作物模型为人们认识旱区农业生境过程并对其进行调控提供了一种有效的工具。为了探讨小麦生长模拟模型DSSAT-CERES-Wheat能否准确模拟水分胁迫条件下旱区冬小麦的生长发育和产量形成过程,同时确定参数估计和模型验证的最优方案,该研究...作物模型为人们认识旱区农业生境过程并对其进行调控提供了一种有效的工具。为了探讨小麦生长模拟模型DSSAT-CERES-Wheat能否准确模拟水分胁迫条件下旱区冬小麦的生长发育和产量形成过程,同时确定参数估计和模型验证的最优方案,该研究进行了连续两季（2012.10-2013.06和2013.10-2014.06）的冬小麦分段受旱田间试验。试验将冬小麦整个生育期划分为越冬、返青、拔节、抽穗和灌浆5个主要生长阶段,每相邻两个生长阶段连续受旱,形成4个不同的受旱时段水平（D1-D4）,根据小麦生育期的需水量,设置灌水定额分别为40和80 mm 2个水平（I1和I2）,共形成8个处理,每处理3次重复,在遮雨棚内采用裂区试验布置,此外在旁边设置1个各生育期全灌水的对照处理。文中设置了5套不同的参数估计和验证方案,利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到不同的参数估计结果。通过对比分析冬小麦物候期、单粒质量、生物量、产量、以及土壤水分含量的模拟值和实测值之间的差异,以确定利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟旱区冬小麦生境过程的精度。结果表明,参数P1V（最适温度条件下通过春化阶段所需天数）和G3（成熟期非水分胁迫下单株茎穂标准干质量）具有较强的变异性,变异系数分别为19.07%和16.34%,受基因型-环境互作的影响较大,而其他参数的变异性则较弱,变异系数均小于10%;DSSAT-GLUE参数估计工具具有较好的收敛性,不同参数估计方案所得的参数值具有一定的一致性;不同的参数估计方案所得的模型输出结果有较大差异,其中参数估计方案1（利用两季试验中的充分灌溉处理CK数据进行参数估计,其他不同阶段受旱处理数据进行验证）的模型校正和验证精度最高,其中模型校正的绝对相对误差（absolute relative error,ARE）和相对均方根误差（relative root mean squared error,RRMSE）分别为4.89%和5.18%。在冬小麦抽穗期和灌浆期受旱时,DSSAT-CERES-Wheat模型可以较好地模拟小麦的生长发育过程以及土壤水分的动态变化,但是在越冬期和返青期受旱时,模拟结果相对较差,并且随着受旱时段提前和受旱程度的加重,模拟精度将变得更低。此外,该模型无法模拟由不同水分胁迫造成的冬小麦物候期差异,需要对模型进行相应的改进。交叉验证表明DSSAT-CERES-Wheat模型模拟该研究中不同水分胁迫条件下冬小麦生长和产量的总体性误差在15%~18%左右。总之,DSSAT-CERES-Wheat模型在模拟旱区冬小麦生境过程时存在着一定的局限性,若要更广泛地将该模型应用在中国干旱半干旱地区的冬小麦生产管理和研究,有必要对冬小麦营养生长阶段前期的水分胁迫响应机制和模拟方法进行进一步的深入研究。展开更多
为给小麦变量施氮提供依据,利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数OSAVI(Optimization of soil-adjusted vegetation index)与CERES-Wheat模型相结合进行变量施肥管理(变量区),以相邻地...为给小麦变量施氮提供依据,利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数OSAVI(Optimization of soil-adjusted vegetation index)与CERES-Wheat模型相结合进行变量施肥管理(变量区),以相邻地块常规非变量(均一)施肥区(对照区)为对照,对变量追氮模型的可行性进行探讨,并对变量追肥处理的实际效果进行分析。结果表明,CERES-Wheat模型能较好地反映冬小麦的生长状况,在冬小麦产量预测中,目标产量与实测产量具有良好的一致性。变量施肥区的产量、籽粒蛋白质含量及经济效益均优于对照区,同时变量施肥区的籽粒产量和蛋白质含量的空间变异较对照均有所降低,说明基于高光谱响应与模拟模型的冬小麦变量追氮技术具有一定的理论意义和实用价值。展开更多
滴灌技术结合节水灌溉制度可显著提高作物水分利用效率,但针对滴灌条件下冬小麦节水灌溉制度的优化研究相对较少,利用作物模型优化节水灌溉制度可以弥补田间试验的不足,对于作物精确灌溉具有重要的指导意义。本研究利用胶东冬小麦滴灌...滴灌技术结合节水灌溉制度可显著提高作物水分利用效率,但针对滴灌条件下冬小麦节水灌溉制度的优化研究相对较少,利用作物模型优化节水灌溉制度可以弥补田间试验的不足,对于作物精确灌溉具有重要的指导意义。本研究利用胶东冬小麦滴灌节水试验数据(2016—2019年)评价了根区水质模型(RZWQM-CERES)的适应性,并模拟评价了不同节水滴灌制度对冬小麦产量和水分利用效率的影响,以筛选最佳节水滴灌制度。结果表明RZWQM-CERES可以较好地模拟土壤水分、冬小麦生长和产量对不同滴灌处理和季节的响应,其中模拟0~90 cm土壤贮水量的均方根误差(RMSE)为22.7~32.3 mm、相对均方根误差(NRMSE)为11.9%~16.3%、决定系数(R2)为0.52~0.69,模拟收获期生物量的RMSE为1184~1904 kg hm-2、NRMSE为9.9%~16.8%、R2为0.67,模拟产量的RMSE为361~491 kg hm^(–2)、NRMSE为5.7%~7.8%、R2为0.75。长期模拟结果表明该地区冬小麦需水关键期为孕穗期(丰水年和平水年)或拔节期(枯水年)。针对不同降水年型冬小麦产量和水分利用效率对灌溉量的响应差异,筛选滴灌条件下冬小麦最佳灌溉制度为:丰水年在拔节期和开花期各灌水45mm;平水年(或枯水年)在拔节期、孕穗期及开花期各灌水35mm(或45 mm)。本研究结果扩展了RZWQM-CERES优化冬小麦滴灌制度的应用潜力,为实施冬小麦精确灌溉提供了重要的技术支持。展开更多
文摘作物模型为人们认识旱区农业生境过程并对其进行调控提供了一种有效的工具。为了探讨小麦生长模拟模型DSSAT-CERES-Wheat能否准确模拟水分胁迫条件下旱区冬小麦的生长发育和产量形成过程,同时确定参数估计和模型验证的最优方案,该研究进行了连续两季（2012.10-2013.06和2013.10-2014.06）的冬小麦分段受旱田间试验。试验将冬小麦整个生育期划分为越冬、返青、拔节、抽穗和灌浆5个主要生长阶段,每相邻两个生长阶段连续受旱,形成4个不同的受旱时段水平（D1-D4）,根据小麦生育期的需水量,设置灌水定额分别为40和80 mm 2个水平（I1和I2）,共形成8个处理,每处理3次重复,在遮雨棚内采用裂区试验布置,此外在旁边设置1个各生育期全灌水的对照处理。文中设置了5套不同的参数估计和验证方案,利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到不同的参数估计结果。通过对比分析冬小麦物候期、单粒质量、生物量、产量、以及土壤水分含量的模拟值和实测值之间的差异,以确定利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟旱区冬小麦生境过程的精度。结果表明,参数P1V（最适温度条件下通过春化阶段所需天数）和G3（成熟期非水分胁迫下单株茎穂标准干质量）具有较强的变异性,变异系数分别为19.07%和16.34%,受基因型-环境互作的影响较大,而其他参数的变异性则较弱,变异系数均小于10%;DSSAT-GLUE参数估计工具具有较好的收敛性,不同参数估计方案所得的参数值具有一定的一致性;不同的参数估计方案所得的模型输出结果有较大差异,其中参数估计方案1（利用两季试验中的充分灌溉处理CK数据进行参数估计,其他不同阶段受旱处理数据进行验证）的模型校正和验证精度最高,其中模型校正的绝对相对误差（absolute relative error,ARE）和相对均方根误差（relative root mean squared error,RRMSE）分别为4.89%和5.18%。在冬小麦抽穗期和灌浆期受旱时,DSSAT-CERES-Wheat模型可以较好地模拟小麦的生长发育过程以及土壤水分的动态变化,但是在越冬期和返青期受旱时,模拟结果相对较差,并且随着受旱时段提前和受旱程度的加重,模拟精度将变得更低。此外,该模型无法模拟由不同水分胁迫造成的冬小麦物候期差异,需要对模型进行相应的改进。交叉验证表明DSSAT-CERES-Wheat模型模拟该研究中不同水分胁迫条件下冬小麦生长和产量的总体性误差在15%~18%左右。总之,DSSAT-CERES-Wheat模型在模拟旱区冬小麦生境过程时存在着一定的局限性,若要更广泛地将该模型应用在中国干旱半干旱地区的冬小麦生产管理和研究,有必要对冬小麦营养生长阶段前期的水分胁迫响应机制和模拟方法进行进一步的深入研究。
文摘为给小麦变量施氮提供依据,利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数OSAVI(Optimization of soil-adjusted vegetation index)与CERES-Wheat模型相结合进行变量施肥管理(变量区),以相邻地块常规非变量(均一)施肥区(对照区)为对照,对变量追氮模型的可行性进行探讨,并对变量追肥处理的实际效果进行分析。结果表明,CERES-Wheat模型能较好地反映冬小麦的生长状况,在冬小麦产量预测中,目标产量与实测产量具有良好的一致性。变量施肥区的产量、籽粒蛋白质含量及经济效益均优于对照区,同时变量施肥区的籽粒产量和蛋白质含量的空间变异较对照均有所降低,说明基于高光谱响应与模拟模型的冬小麦变量追氮技术具有一定的理论意义和实用价值。
文摘滴灌技术结合节水灌溉制度可显著提高作物水分利用效率,但针对滴灌条件下冬小麦节水灌溉制度的优化研究相对较少,利用作物模型优化节水灌溉制度可以弥补田间试验的不足,对于作物精确灌溉具有重要的指导意义。本研究利用胶东冬小麦滴灌节水试验数据(2016—2019年)评价了根区水质模型(RZWQM-CERES)的适应性,并模拟评价了不同节水滴灌制度对冬小麦产量和水分利用效率的影响,以筛选最佳节水滴灌制度。结果表明RZWQM-CERES可以较好地模拟土壤水分、冬小麦生长和产量对不同滴灌处理和季节的响应,其中模拟0~90 cm土壤贮水量的均方根误差(RMSE)为22.7~32.3 mm、相对均方根误差(NRMSE)为11.9%~16.3%、决定系数(R2)为0.52~0.69,模拟收获期生物量的RMSE为1184~1904 kg hm-2、NRMSE为9.9%~16.8%、R2为0.67,模拟产量的RMSE为361~491 kg hm^(–2)、NRMSE为5.7%~7.8%、R2为0.75。长期模拟结果表明该地区冬小麦需水关键期为孕穗期(丰水年和平水年)或拔节期(枯水年)。针对不同降水年型冬小麦产量和水分利用效率对灌溉量的响应差异,筛选滴灌条件下冬小麦最佳灌溉制度为:丰水年在拔节期和开花期各灌水45mm;平水年(或枯水年)在拔节期、孕穗期及开花期各灌水35mm(或45 mm)。本研究结果扩展了RZWQM-CERES优化冬小麦滴灌制度的应用潜力,为实施冬小麦精确灌溉提供了重要的技术支持。
