DSSAT模型在黑河流域的適用性評價及節(jié)水灌溉應(yīng)用研究.pdf

1、水資源是保障人類生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時也是維系生態(tài)系統(tǒng)平衡的前提條件。隨著人類社會的不斷進步以及極端氣候事件的頻繁發(fā)生，全球水資源短缺問題日益嚴峻。水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本，水資源短缺會導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，進而影響國家糧食安全。中國西北內(nèi)陸地區(qū)由于遠離海洋，降水稀少、蒸發(fā)強烈，屬于資源型缺水地區(qū)，水資源極其匱乏。以地處西北地區(qū)的張掖為代表的黑河中游河西走廊平原自古就是中國重要的糧食生產(chǎn)基地，但是該地區(qū)降水稀少，年降水在100-250 mm左右且年

2、內(nèi)分布不均勻，而年蒸發(fā)量達到1200 mm以上，灌溉成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必要條件，但是該地區(qū)的主要灌溉方式為大水漫灌，由此造成大量的深層滲漏和無效蒸發(fā)，灌溉水利用效率極低，中游的過度用水會導(dǎo)致下游來水的減少，造成下游生態(tài)環(huán)境惡化，同時也會引發(fā)一系列社會問題。因此，研究中游地區(qū)種植作物的需水規(guī)律，針對性地進行灌溉，對于提高灌溉水利用效率，促進水資源的可持續(xù)發(fā)展與利用具有重要意義。
　　本研究選取黑河中游典型的綠洲灌區(qū)—盈科灌區(qū)作為研究區(qū)，

3、針對研究區(qū)內(nèi)廣泛種植的玉米作物，以DSSAT（Decision Support System for Agro-technology Transfer）模型為技術(shù)支撐，探究了玉米的最佳播種日期、玉米生長期內(nèi)的需水規(guī)律及灌溉需水關(guān)鍵期，并對不同降水年型下的適宜灌溉量進行了模擬研究，最后對節(jié)水潛力做了進一步估算。具體來說，本研究首先利用2006、2007、2008三年的作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)、物候期以及土壤含水量等相關(guān)資料對 DSSAT-Maize模

4、型參數(shù)進行調(diào)試與驗證，評價DSSAT模型在盈科灌區(qū)的適用性情況；在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)立不同播種日期、生長關(guān)鍵期灌溉組合的假設(shè)情景，利用DSSAT模型進行模擬分析，對比最終輸出產(chǎn)量探究玉米在該地區(qū)的最佳播種日期、關(guān)鍵灌溉期以及適宜灌溉量；隨后對張掖氣象站1971-2010年共計40年的降水資料，利用P-III型頻率曲線方法進行分析，選出三個典型水平代表年，包括豐水年、平水年以及枯水年，針對選定的三個不同水平年對其灌溉關(guān)鍵期進行不同灌溉量的灌

5、溉模擬，分析得到不同降水條件下的最佳參考灌溉量，探討區(qū)域灌區(qū)的最佳灌溉管理制度；最后利用小波分析對40年的降水資料進行周期分析，得到該地的降水主周期，在此基礎(chǔ)上對比最佳灌溉制度與當?shù)貙嶋H采用的灌水定額指標，估算盈科灌區(qū)的最大節(jié)水潛力。結(jié)果如下：
　　第一，對于玉米的最終產(chǎn)量以及物候生長期（出苗、開花、灌漿期）等數(shù)據(jù)資料，校準期與驗證期內(nèi)模型的模擬值與實測值均達到了較好的一致性：校準期內(nèi)，物候期模擬偏差只有兩天，產(chǎn)量的標準化均方根誤

6、差 nRMSE為6％；驗證期內(nèi)產(chǎn)量的nRMSE值在2006年為4.95%，2008年為2.96%，表明DSSAT-Maize能夠適用于張掖盈科灌區(qū)，基本實現(xiàn)了模型的本地化。同時對于2008年種植期內(nèi)土壤含水量的動態(tài)變化過程模型模擬值與實測值也達到了較好的一致性，各層均方根誤差RMSE均遠小于0.2，模型能夠準確地模擬作物根部土壤層中的水分過程，可以用于模擬不同灌溉量對作物產(chǎn)量的影響。
　　第二，對于4個不同的播種日期，4月5日與4

7、月20日播種產(chǎn)量更為接近，其中4月5日播種的產(chǎn)量最高，而5月5日與5月20日播種的產(chǎn)量遠小于前兩個播種日期，因此，在張掖盈科灌區(qū)，最適宜玉米種植的時間為四月中上旬。
　　第三，針對玉米5個生長關(guān)鍵期：出苗期、拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期設(shè)置不同的灌溉組合進行限量灌溉模擬，結(jié)果表明：拔節(jié)期與抽雄期是玉米灌溉的關(guān)鍵時期，在這個組合的灌溉處理方式下作物產(chǎn)量達到最大值，隨著灌溉次數(shù)以及灌溉量的不斷增加，產(chǎn)量變化量的增幅極其微小甚至存在產(chǎn)

8、量降低的現(xiàn)象。因此在玉米的拔節(jié)期與抽雄期對其進行適量灌溉高效且經(jīng)濟。
　　第四，不同水平年下適宜灌溉量存在明顯差異，其中枯水年（1989年）灌溉需水量最大，為480 mm；在平水年（1992年），灌溉需水量次之，為420 mm，略小于枯水年的最佳灌溉量；而在豐水年（1972年），灌溉需水量最少，只需要100 mm。
　　第五，當?shù)亟邓髦芷跒?年，通過對比當?shù)噩F(xiàn)行灌溉管理定額與參考最佳灌溉管理方式，可以發(fā)現(xiàn)，一個降水周期內(nèi)節(jié)