半干旱地区喷灌玉米CERES-Maize模型率定验证及应用.pdfVIP

水 利 学 报 2015年5月 SHUILI XUEBAO 第46卷 第5期 文章编号：0559-9350（2015）05-0584-10 半干旱地区喷灌玉米CERES-Maize模型率定验证及应用 温江丽，李久生 （中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038） 摘要：作物模型是确定水氮优化管理措施的有力工具，而模型的率定和验证是模拟结果推广应用的前提。利用内 蒙古半干旱区 2012、2013年的大型喷灌机条件下玉米水氮充足处理对 CERES-Maize模型的作物品种参数进行率 定，其他不同水氮处理进行验证，并应用模型模拟了不同降雨年型下灌水施肥方案对作物产量和氮素淋失量的影 响。模型验证结果表明，CERES-Maize模型可以较好地描述该地区不同水氮处理条件下玉米叶面积指数（LAI ）在 生育期内的变化过程。中、高灌水量处理玉米生育期内 LAI 的模拟精度（标准均方根误差 nRMSE=23.0 %~ 37.7 %，一致性指数d=0.612~0.945）优于水分亏缺较严重的处理（nRMSE=31.8%~60.6%，d=0.501~0.878）。产 量和收获期干物质质量模拟值与实测值之间的相对误差变化范围为0.1%~ 17.7 %，nRMSE 变化范围为7.6 %~ 8.7 %，d 变化范围为0.758 ~0.791，吻合程度为优。CERES-Maize模型可用以优化喷灌水氮管理措施。不同降雨 年型玉米最优灌水方案为：枯水年灌水次数为10次，灌溉定额为 292mm；平水年和丰水年灌水次数分别为8次 和6次，灌溉定额分别为 191mm 和 95mm。不同降雨年型最优施肥方案为：基肥的施入量为 40 kg/hm ，拔节期2 和抽穗期的施入量均为60kg/hm 。优化水氮管理措施不仅能够获得较高的玉米产量，还能减少氮素淋失。2 关键词：CERES-Maize模型；半干旱地区；喷灌；玉米；叶面积指数；干物质质量；产量 中图分类号：S275.5 文献标识码：A doi：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 玉米是内蒙古自治区的主要粮食作物之一，据统计2012年内蒙古玉米产量达 1784.39万t，占粮 ［1］ 食总产量的 71 % 。由于该地区属典型大陆性半干旱气候，降雨量少、蒸发量大，所以合理的灌溉 是保证玉米高产和稳产的关键。与此同时，内蒙古地区土壤以砂土为主，其入渗速率大、保水保肥 ［2-4］ 率低等特点对灌溉方式及灌溉制度提出了更高的要求。已有研究 表明，砂土土壤条件下传统地面 灌溉较易造成水氮淋失，降低水肥利用效率。大型喷灌机具有对土壤和地形适应性强、节水增产和 ［5］ 可以少量多次灌溉等优点 。近年来，利用大型喷灌机进行灌溉已在内蒙古地区得到了广泛推广和应 ［6］ 用 。但是，适用于该地区大型喷灌机条件下的水肥管理制度仍研究较少。优化该地区的水肥管理制 度对提高大型喷灌机条件下水肥利用效率至关重要。 由于通过田间试验优化水肥管理制度耗时、费力，近年来利用作物模型与田间试验相结合的方 ［7-9］ 法进行作物生产力模拟和水肥管理制度优化已得到了广泛发展和应用 。作物-环境资源合成系统 （Crop-EnvironmentResourceSynthesesSystem，CERES）作为具有代表性的作物模型，以作物系统模块 的形式在农业技术转移决策支持系统（DecisionSupportSystemforAgrotechnologyTransfer，Cropping ［10］ SystemModel，DSSATCSM）公共平台上运行 。该模型包括气象、土壤水分、土壤养分、作物生长 以及田间管理模块，这些模块既