苜蓿生產(chǎn)力、土壤水分和輪作效應(yīng)的APSIM模型評價與應(yīng)用研究.pdf

1、本研究以寧夏固原市農(nóng)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(nóng)牧場、寧夏鹽池縣馬兒莊鄉(xiāng)、寧夏鹽池科技局農(nóng)科所農(nóng)牧試驗基地、寧夏海原縣賈塘鄉(xiāng)西北農(nóng)林科技大學(xué)寧南半干旱試驗區(qū)試驗數(shù)據(jù)為支撐，應(yīng)用澳大利亞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(yīng)性、APSIM模型對不同灌溉情形的適應(yīng)性和APSIM模型對寧夏海原地區(qū)草糧輪作系統(tǒng)的適應(yīng)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(yīng)性

2、進行了驗證分析，并利用經(jīng)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(chǎn)力與土壤水分環(huán)境變化及時空分布。主要研究結(jié)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(nóng)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(nóng)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(zhǔn)以及在銀川和同心兩個地區(qū)對苜蓿生育期、苜蓿干物質(zhì)產(chǎn)量和土壤含水量的驗證。驗證結(jié)果表明校準(zhǔn)后的APSIM苜蓿模型模擬研究區(qū)苜蓿生長生育期、干物質(zhì)產(chǎn)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(guān)性和一致性，表明校準(zhǔn)后的APSIM苜蓿模型在寧夏苜蓿種植區(qū)具有較好的適應(yīng)性。干物質(zhì)產(chǎn)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(guān)。
　　(3)利用寧夏鹽池縣馬兒莊鄉(xiāng)、寧夏鹽池科技局農(nóng)科所農(nóng)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(guān)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(zhì)產(chǎn)量的影響趨勢相同，校準(zhǔn)后的APSIM模型可以較為準(zhǔn)確地模擬不同灌溉情形下

5、苜蓿的生產(chǎn)情況。
　　(4)利用寧夏海原縣賈塘鄉(xiāng)西北農(nóng)林科技大學(xué)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(yīng)作物品種參數(shù)。利用另外6種方式進行驗證分析。驗證結(jié)果表明6種輪作方式下產(chǎn)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(chǎn)量和土壤含水量表現(xiàn)出了較好的相關(guān)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)量模擬值差異較大。生長季降雨量與苜蓿雨養(yǎng)產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)都很小，表明苜蓿的產(chǎn)量與生長季的降水無明顯的線性關(guān)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(guān)關(guān)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(yīng)用嘗試，得出一些基本結(jié)論。灌溉是寧夏干旱、半干

8、旱地區(qū)苜蓿增產(chǎn)的重要因素，可大幅度增加苜蓿干物質(zhì)產(chǎn)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(guān)(P＜0.01)，相關(guān)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(dǎo)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(chǎn)量的變化情況進行了模擬分析和對比，預(yù)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(chǎn)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(guān)，作物產(chǎn)量增加可能與未來氣候太陽輻射量增大有關(guān)。
　　(8)通過將GIS與APSIM相結(jié)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(nèi)以及不同生育階段平均降雨量、日照時數(shù)、