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华北平原和新疆地区是我国主要的两个棉花生产基地,并且这两个地区的地理位置、气候条件截然不同,因此选择这两个地区对COTTON2K进行校验具有典型的意义。COTTON2K是以色列Avishalom Marani教授在GOSSYM的基础上开发的模型,适用于干旱地区灌溉条件下的棉花生产。该模型在土壤水分运移、灌溉形式、氮的转化和运移、蕾铃的脱落、土壤冠层温度和模拟的时间步长等方面得到很大的改进,尤其是在模拟土壤过程方面,模拟精度很高。
本文针对模型应用中的突出问题,即模型中没有涉及到而在我国的棉花栽培中普遍使用的整枝打顶问题,在试验的基础上对模型进行了修订。试验结果表明:棉花整枝打项处理比简化栽培方式下的处理主茎节数减少,株高缩短,叶面积指数减少,花蕾减少但脱落减少,最后的铃数增加。两种栽培方式下的干物质分配也不相同:简化栽培处理分配更多的产量到营养器官如茎、叶和叶柄等,而整枝处理恰恰相反,分配更多的产物到生殖器官蕾和铃。在上述研究的基础上对模型的源程序进行了修改,增加了整枝和打顶的功能,使模型能够模拟三种不同的栽培方式:简化栽培,整枝不打顶和整枝打顶。同时对模型源程序中叶片寿命的设定值进行了修改,使得模型对叶面积指数的模拟精度提高。
利用禹城2003和石河子2002年的数据对修订后模型的品种参数进行了校正,校正结果表明:基本上能够达到模拟结果和试验结果的吻合,其中关于株高和主茎节数的校正结果比较理想;总的果节数拟合较好,但蕾铃数和脱落数波动较大;关于叶面积系数、叶片干重和叶柄干重的模拟值和观测值基本吻合,但存在的一个共同问题时峰值的出现的时间模拟值较观测值稍微提前。总的来说,在早期特别是现蕾以前模拟的精度很高,随着器官的分化,棉花的生长发育机理变得越来越复杂,模拟的精度有所下降。但对于这样一个复杂的过程,模型在经过整枝方式的修改后所能达到的结果是可以接受的。
模型校正之后,利用禹城2004年和石河子2003的试验结果对模型在当地常规整枝方式下进行全面的验证,包括不同品种,不同密度,不同氮肥水平、不同盐分浓度和不同水分。验证结果表明:总的来说,模型对形态指标的模拟精度高于对干物质积累的模拟精度;模型对不同熟性的品种均能较好的模拟;模型对不同的栽培条件密度、氮肥水平和灌水量均具有一定的敏感性,能够较好的反应实际情况;模型对高浓度盐分水平反应的灵敏较差,模拟误差较大。模型对0-50cm各个土壤层次的土壤水分的动态变化过程拟合较好,50-100cm土壤层次模拟误差稍大,这是由于模型对地上水位考虑不足造成的;模型对土壤中的氮的动态过程模拟也具有一定的精度,基本上可以模拟不同氮肥施用水平上的土壤硝态氮和铵态氮的动态过程。
最后利用模型对华北和新疆地区棉花的光温和光温水生产力及耗水规律进行了分析,结果表明新疆的光温生产力是华北的2倍左右,且水分利用效率远远高于禹城。但是新疆的光温水生产力很低,不及华北平原的1/8,基本依靠灌溉维持。华北平原具有雨热同季的优势,光温水生产力和光温生产力相差悬殊不大。因此,华北和新疆在发展棉花生产上,各具有优势,二者缺一不可。