为了探明气候变化对长江中下游地区冬小麦潜在产量的影响,基于政府间气候变化专门委员会(IPCC) AR5提出的BCC-CSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式输出的基于典型浓度RCP各情景(基准时段baseline、RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5)主要气象要素的逐日模拟数据和历史观测数据.通过DSSAT模型模拟历史时期(2001-2009年)冬小麦的物候期和产量,并计算模拟数据与实测数据二者的均方根误差和一致性指数(开花、成熟期和产量模拟结果的相对均方差根误差分别在0.83％-2.98％之间和7％以下,符合度D均接近于1)明确最优遗传参数,应用最优参数模拟加以验证,完成模型参数区域化.结合历史阶段(1961-1990年)和未来时期(2021-2050年)主要气象要素变化趋势,利用DSSAT模型模拟分析未来30年长江中下游地区气候变化对小麦产量的影响及变化趋势,以期为未来作物生产提供理论依据.结果表明,DSSAT-CERES-Wheat品种遗传参数本地化后能准确模拟冬小麦的生长发育过程及产量潜力.较基准年相比,2021-2050年RCP情景下,冬小麦生育期内≥10℃积温除RCP 2.6情景外呈现逐渐增加趋势,增加幅度为RCP 8.5＞RCP 2.6＞RCP 4.5;降水量年际波动都比较大,区域性差异明显;太阳总辐射量较基准年均有所降低,但降低的幅度随着年份的增加逐渐减小,变化率均呈现显著或极显著的增加趋势.除昆山外冬小麦开花期、成熟期较基准年均有所提前,开花期到成熟期天数则随之缩短.仅考虑气候条件时,长江中下游地区冬小麦产量潜力与基准年减少,昆山、英山下降幅度较滁州、钟祥大(3％-59％),且区域差异明显.分析可得,一定范围内冬小麦产量随积温的增加逐渐增加,超过一定阈值时则逐渐减少,其他气候因子增加或减少并不能弥补积温过低产生的负效应.

在沈阳地区日光温室试验的基础上,利用番茄生长模型DSSAT-CROPGRO-Tomato模拟了不同灌水水平条件下温室番茄的生长发育和产量形成过程,并确定了参数估计和模型验证的最优方案.试验设4个处理,全育期的灌水上限均为计划湿润层田间持水率,灌水下限分别为计划湿润层田间持水率的50％(W1)、60％(W2)、70％(W3)和80％(CK).利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到遗传参数的不同估计结果,通过对比分析番茄物候期、冠层高度、地上干物质量、鲜果产量、叶面积指数(LAI)、土壤含水率的模拟值与实测值之间的差异,来确定该模型模拟精度.结果表明:番茄遗传参数——最优条件下最终果实负载所需光热时间(PODUR)的估计值具有较大变异性,变异系数为11.5％,将CROPGRO-Tomato模型应用于不同地区日光温室时,应对此参数进行充分估计,否则会影响其模拟精度.在模型应用过程中,应选用充分灌水处理的观测数据进行遗传参数估计,可以提高模型的模拟精度.此时的绝对相对误差和标准均方根误差值分别为8.7％和10.5％.对作物LAI和土壤含水率动态模拟结果可以看出,灌水水平越高,模型模拟精度越高.留一交叉验证法的总体模拟误差在10.5％～12.5％.说明DSSAT-CROPGRO-Tomato模型可以较为准确地模拟沈阳日光温室不同灌水水平条件下番茄生长发育和产量形成过程.

合理的灌溉制度是提高农业水资源利用效率、保证夏玉米高产稳产的前提.采用农业技术转化决策系统(DSSAT,Decision Support System for Agrotechnology Transfer)探究了河南省北部地区夏玉米不同降水年型下的最优灌溉制度.经过参数的校正和验证,归一化均方根误差(nRMSE)、均方根误差(RMSE)和一致性指数(d)均表现出模拟值与实测值的吻合度很好,DSSAT-maize模型可以准确模拟夏玉米物候期、地上部分生物量、产量和土壤水分状况.然后基于模型模拟了不同灌溉处理下的夏玉米生产潜力,从而评估夏玉米缺水量,并对比分析不同生育时期灌水对产量的影响确定最优灌溉时期,综合考虑产量和水分利用效率确定最优灌溉制度.结果 表明:夏玉米生长季的缺水量年际间差异显著,多年平均值为38.91 mm,波动范围为0-193.03 mm.在丰水年,不需要灌溉;在平水年,开花期灌水30 mm;在枯水年,开花期和灌浆期灌水50 mm;在特别干旱年,苗期、拔节期和开花期至少灌水180 mm.优化的灌溉制度下丰水年、平水年和枯水年的WUE达到最高且产量分别占其最高产量的100％、99.72％和97.89％,实现了作物高产节水协同提高的目标.

为了探讨番茄生长模拟模型DSSAT-CROPGRO-Tomato能否准确模拟秸秆还田条件下北方日光温室番茄的生长发育和产量形成过程,基于2016年和2018年温室番茄小区试验数据对模型进行验证.试验设置4个秸秆还田量处理,分别为O(S0)、1.5×104(S1)、3×104(S2)和4.5× 104 kg·hm-2(S3).利用GLUE参数估计模块获得不同方案相应的作物遗传参数,通过分析和对比番茄物候期、鲜果产量、最大叶面积指数、土壤水分、土壤无机态氮和地上干物质量的实测值与模拟值,验证模型模拟精度并确定最优方案.结果 表明,参数PODUR(最优条件下最终果实负载所需光热时长)和SLAVR(比叶面积)的变异系数较大,分别为28.53％和14.13％.模型在2016年所有处理为参数估计方案时模拟精度最高,其ARE和nRMSE分别为10.33％和7.12％.模型对温室土壤水分、番茄生长和产量的模拟精度较高.留一交叉验证法体现模型对温室番茄产量总体误差在18.68％～21.95％.说明CROPGRO-Tomato模型可以较准确模拟秸秆不同还田量条件下沈阳日光温室番茄生长和产量形成过程.

科学的灌溉制度是干旱半干旱地区农业生产的重要保障.黑河位于西北干旱区,是我国第二大内陆河,且当地中游农业灌溉和下游生态需水矛盾十分突出.利用DSSAT (Decision Support for Ago-technology Transfer)模型模拟了黑河中游地区玉米、小麦、油菜、马铃薯的生长情况,对比分析了四种作物生育期内需水量变化与当地降水条件、现行灌溉制度之间的差异.通过设置灌溉组合探究了四种作物最适宜的灌溉制度,并计算了优化灌溉制度下的节水潜力.结果 表明:DSSAT模型通过参数校正与验证后,对四种作物生长过程模拟性能较好,产量标准化均方根误差(nRMSE)均低于15.0％,决定系数(R2)均达到0.65以上.缺水量模拟结果表明,四种作物生长季平均水分亏缺介于122.5-367.0 mm.通过调整灌溉制度,可使玉米、小麦、油菜、马铃薯的水分利用效率分别提高54.8％、25.0％、18.3％和51.3％,且产量变幅均低于5.0％,实现了高产节水的目的.在研究区实施最优灌溉制度,中游农业灌区每年可以节省8.1×108 m3的水资源量,用于支持下游生态保护.

明确DSSAT作物模型对东北地区主要作物生长发育和产量模拟适用性,对进一步开展东北地区DSSAT模型应用推广研究进而保障粮食安全具有重要意义.以吉林省梨树县春小麦、大豆、谷子和马铃薯4种主要作物为研究对象,利用3年田间试验资料对DSSAT模型进行了系统评价.结果表明:DSSAT模型中春小麦、大豆、谷子和马铃薯的生育期、叶面积指数、地上生物量、茎部生物量、叶片生物量和产量的模拟值与实测值的决定系数分别为0.94～0.99、0.92～0.99、0.96～0.99和0.97～0.98,归一化均方根误差分别为12.21％～26.01％、1.67％～33.24％、1％～15.34％和3.2％～28.08％,D值均在0.994以上;其中,春小麦生育期及产量拟合程度最高,其次为叶面积指数;大豆及谷子产量及叶面积指数拟合程度最高,其次为生育期;马铃薯生育期及产量拟合程度最高,其次为叶面积指数;而作物叶面积指数、叶片生物量、茎部生物量及地上部总生物量的生长动态过程模拟结果显示,春小麦、大豆、谷子和马铃薯的决定系数均在0.84以上,归一化均方根误差分别为24.5％～38.2％、28.7％～47.4％、9.2％～26.3％和28.7％～45.1％;春小麦茎部生物量拟合最高,叶面积指数拟合效果最低;大豆及马铃薯叶面积指数拟合最高,叶片生物量拟合效果最低;谷子叶片生物量拟合最高,茎部生物量拟合效果最低.总体来说,经过调参校准后的DSSAT模型可以较好模拟4种作物的生育期、叶面积指数、地上部各部生物量和产量,未来可以作为吉林省主要作物生长模拟相关研究的重要工具.