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华北平原地区土层深厚,光热充足,是我国冬小麦的主要生产基地之一。麦区属于大陆性季风气候,降水严重不足,且降水集中在夏季,这对于生长季为从前一年10月至次年6月上旬且耗水量大的冬小麦来说,更是严重缺水,所以冬小麦生长严重依赖于灌溉补水。而河北地区的水资源又严重不足,因此制定本地区冬小麦最优的灌溉方案有重要意义。 本文引入DSSAT模型,以中国科学院栾城农业生态系统试验站作为代表样点,利用其1997-2012年间的气象、农田观测及管理资料,进行适用于华北地区的最佳灌溉方案研究。主要有以下内容: (1)首先对DSSAT模型进行2个品种的(41851和科农199)调参,并进行回拟和模拟验证分析,结果表明DSSAT模型在本地区有较好的效果。 (2)利用所建立的DSSAT模型参数体系,根据已有研究成果和当地管理习惯,设立以灌溉时间分别在越冬(12/01)、拔节(3/29)、抽穗(4/20)和灌浆(5/15)期,并结合0-4次的五个灌溉水平,共有16种灌溉组合,进行冬小麦发育期和产量的模拟,最终确立产量和水分利用效率最好的组合为适宜于本地区的最佳灌溉方案。 (3)利用Pearson-Ⅲ分布法根据1997-2012年(共15年)的降水量划分丰水年、平水年和枯水年三种年型。并对各年型的代表年份,进行上述16种灌溉方案的产量和水分利用效率的对比分析,从而得出不同降水年型下的最佳灌溉方案。 本文的主要结论如下: (1) DSSAT模型对品种41851的产量回拟和模拟验证的归一化均方根误差分别为8.38%、11.93%;对品种科农199的产量回拟和模拟验证的归一化均方根误差分别为7.16%、6.59%。发育期模拟方面:品种41851与科农199的开花期和成熟期的模型回拟与验证的归一化均方根误差均都小于10%。表明模型在本地区的模拟效果较好。 (2)对16种灌溉组合方案的模拟分析结果表明:在常规的耕作方式、灌溉方式和较充分的养分供给情况下,灌溉次数和灌溉时间对冬小麦的产量和水分利用效率的影响显著。产量最优的灌溉方案为:灌三水(越冬+拔节+抽穗水)>灌四水>灌二水(拔节+抽穗水)>灌一水(拔节水)>雨养;水分利用效率最优的方案为:灌二水(拔节+抽穗水)>灌一水(拔节水)>灌三水(越冬+拔节+抽穗水)>灌四水>雨养。即灌三水时的产量最高,产量均值为7006.87kg/hm2,比灌二水时的产量均值6848.27kg/hm2高158.6kg/hm2,但灌三水时的水分利用效率均值为14.38kg/hm2·mm,这远远低于灌二水时的均值16.955kg/hm2·mm,表明灌二水时的水分利用效率最优。综合产量和水分利用效率分析,得出灌二水时(即拔节水+抽穗水)的产量和水分利用效率均较好,是最佳的灌溉方案。 (3)以1999-2000年、2002-2003年、2009-2010年分别作为枯水年、丰水年和平水年的代表年份,进行不同灌溉组合的产量和水分利用效率的分析,结果表明:丰水年灌一水(拔节水)时产量为7317kg/hm2,水分利用效率为17.96kg/hm2·mm,产量和水分利用效率均最好;平水年灌二水(拔节+抽穗水)时产量为7820kg/hm2,水分利用效率为18.28kg/hm2·mm,效果为最佳;枯水年灌三水(即越冬+拔节+抽穗水)产量为8034kg/hm2,水分利用效率为18.72kg/hm2·mm,是最佳灌溉方案。