苜蓿生產力、土壤水分和輪作效應的APSIM模型評價與應用研究.pdf

1、本研究以寧夏固原市農科所頭營科研基地、寧夏同心縣澇塘鄉(xiāng)河草溝村、寧夏賀蘭山農牧場、寧夏鹽池縣馬兒莊鄉(xiāng)、寧夏鹽池科技局農科所農牧試驗基地、寧夏海原縣賈塘鄉(xiāng)西北農林科技大學寧南半干旱試驗區(qū)試驗數(shù)據(jù)為支撐，應用澳大利亞農業(yè)生產系統(tǒng)模型（APSIM模型），從APSIM苜蓿模型在寧夏苜蓿種植區(qū)的適應性、APSIM模型對不同灌溉情形的適應性和APSIM模型對寧夏海原地區(qū)草糧輪作系統(tǒng)的適應性3個方面，全面系統(tǒng)地對APSIM模型在寧夏苜蓿種植區(qū)的適應性

2、進行了驗證分析，并利用經過驗證的模型研究分析了不同氣候變化與水分條件下苜蓿生產力與土壤水分環(huán)境變化及時空分布。主要研究結果如下:
　　(1)完成了APSIM模型在寧夏苜蓿種植區(qū)的主要參數(shù)的本地化。首次確定了固原紫花苜蓿、美國大葉紫花苜蓿和E3006紫花苜蓿品種參數(shù)。實現(xiàn)了影響模型模擬苜蓿生長、灌溉及輪作精度的主要參數(shù)的本地化。
　　(2)利用寧夏固原市農科所頭營科研基地、寧夏同心縣澇塘鄉(xiāng)河草溝村、寧夏賀蘭山農牧場田間試驗數(shù)據(jù)

3、。首次通過了APSIM在固原地區(qū)的參數(shù)校準以及在銀川和同心兩個地區(qū)對苜蓿生育期、苜蓿干物質產量和土壤含水量的驗證。驗證結果表明校準后的APSIM苜蓿模型模擬研究區(qū)苜蓿生長生育期、干物質產量和土壤含水量的模擬值與實測值決定系數(shù)R2范圍在0.71～1之間，D值范圍在0.85～0.99之間，體現(xiàn)出了較好的相關性和一致性，表明校準后的APSIM苜蓿模型在寧夏苜蓿種植區(qū)具有較好的適應性。干物質產量模擬值比實測值平均高估7.1％與土壤整體含水量模擬

4、值比實測值平均高估10.1％相關。
　　(3)利用寧夏鹽池縣馬兒莊鄉(xiāng)、寧夏鹽池科技局農科所農牧試驗基地試驗數(shù)據(jù)，對APSIM模擬不同灌溉情形下的苜蓿生長能力進行了驗證。各驗證項模擬值和實測值表現(xiàn)出較好的相關性和一致性，決定系數(shù)R2范圍在0.56至0.89之間，D值范圍在0.96至0.99之間，NRMSE范圍在17％至48％之間。同時，灌溉量與灌溉次數(shù)對干物質產量的影響趨勢相同，校準后的APSIM模型可以較為準確地模擬不同灌溉情形下

5、苜蓿的生產情況。
　　(4)利用寧夏海原縣賈塘鄉(xiāng)西北農林科技大學寧南半干旱試驗區(qū)田間試驗數(shù)據(jù)，采用苜蓿-小麥-谷子8種不同輪作方式中的小麥-小麥-小麥(WWW)和谷子-谷子-谷子(MMM)2種進行APSIM草糧輪作系統(tǒng)的校正，確定相應作物品種參數(shù)。利用另外6種方式進行驗證分析。驗證結果表明6種輪作方式下產量實測值和模擬值的決定系數(shù)R2值范圍在0.83至0.98之間，D值范圍在0.94至0.99之間，6種輪作方式中5種方式的NRMS

6、E值范圍在21.1％至29.8％之間。土壤含水量實測值和模擬值的決定系數(shù)R2值范圍在0.52至1之間，D值范圍在0.94至0.97之間，6種輪作方式中5種方式的NRMSE值范圍在27.4％至38.3％之間，產量和土壤含水量表現(xiàn)出了較好的相關性和一致性。首次實現(xiàn)了APSIM對寧夏海原地區(qū)草糧輪作系統(tǒng)的適應性驗證。
　　(5)基于APSIM苜蓿模型模擬研究了寧夏4個研究區(qū)1981～2010年間無灌溉情形下氣候變化對苜蓿的雨養(yǎng)產量以及土

7、壤含水量影響情況。30年間，4個研究區(qū)苜蓿雨養(yǎng)產量模擬值差異較大。生長季降雨量與苜蓿雨養(yǎng)產量之間的相關系數(shù)都很小，表明苜蓿的產量與生長季的降水無明顯的線性關系。土壤含水量與苜蓿生長季降水量之間表現(xiàn)出一定的線性相關關系，尤其是同心和銀川決定系數(shù)分別達到0.7和0.6，表明在寧夏干旱、半干旱地區(qū)土壤含水量主要來源于年季降雨。
　　(6)利用校驗好的APSIM灌溉模型，進行了不同灌溉情形的應用嘗試，得出一些基本結論。灌溉是寧夏干旱、半干

8、旱地區(qū)苜蓿增產的重要因素，可大幅度增加苜蓿干物質產量。灌溉量較低時，蒸發(fā)蒸騰量(ET)也較低，灌溉量較大時，ET也較大，兩者變化趨勢基本一致，ET值與灌水量呈線性顯著相關(P＜0.01)，相關系數(shù)達到0.826。苜蓿水分利用效率與灌溉量不成正比，呈先增長后下降的趨勢，對苜蓿栽培具有一定指導意義。
　　(7)利用校驗好的APSIM草糧輪作模型，分別對2000～2011年12年間和2039～2050未來12年間不同氣候條件下草糧輪作系

9、統(tǒng)土壤含水量和作物產量的變化情況進行了模擬分析和對比，預測未來氣候條件下草糧輪作系統(tǒng)相對于歷史氣候條件下草糧輪作系統(tǒng)土壤含水量有較為明顯的下降，但作物產量卻有所增加。土壤含水量下降主要與未來降雨有所下降有關，作物產量增加可能與未來氣候太陽輻射量增大有關。
　　(8)通過將GIS與APSIM相結合，利用21個氣象觀測站點的氣象數(shù)據(jù)，運用反距離插值法，有效地分析了寧夏干旱、半干旱地區(qū)苜蓿全生育期內以及不同生育階段平均降雨量、日照時數(shù)、