DSSAT模型在黑河流域的適用性評(píng)價(jià)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(shí)也是維系生態(tài)系統(tǒng)平衡的前提條件。隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步以及極端氣候事件的頻繁發(fā)生，全球水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻。水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本，水資源短缺會(huì)導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，進(jìn)而影響國(guó)家糧食安全。中國(guó)西北內(nèi)陸地區(qū)由于遠(yuǎn)離海洋，降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)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(guó)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(dá)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(wú)效蒸發(fā)，灌溉水利用效率極低，中游的過(guò)度用水會(huì)導(dǎo)致下游來(lái)水的減少，造成下游生態(tài)環(huán)境惡化，同時(shí)也會(huì)引發(fā)一系列社會(huì)問(wèn)題。因此，研究中游地區(qū)種植作物的需水規(guī)律，針對(duì)性地進(jìn)行灌溉，對(duì)于提高灌溉水利用效率，促進(jìn)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(duì)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(zhǎng)期內(nèi)的需水規(guī)律及灌溉需水關(guān)鍵期，并對(duì)不同降水年型下的適宜灌溉量進(jìn)行了模擬研究，最后對(duì)節(jié)水潛力做了進(jìn)一步估算。具體來(lái)說(shuō)，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(duì) DSSAT-Maize模

4、型參數(shù)進(jìn)行調(diào)試與驗(yàn)證，評(píng)價(jià)DSSAT模型在盈科灌區(qū)的適用性情況；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)立不同播種日期、生長(zhǎng)關(guān)鍵期灌溉組合的假設(shè)情景，利用DSSAT模型進(jìn)行模擬分析，對(duì)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(duì)張掖氣象站1971-2010年共計(jì)40年的降水資料，利用P-III型頻率曲線方法進(jìn)行分析，選出三個(gè)典型水平代表年，包括豐水年、平水年以及枯水年，針對(duì)選定的三個(gè)不同水平年對(duì)其灌溉關(guān)鍵期進(jìn)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(duì)40年的降水資料進(jìn)行周期分析，得到該地的降水主周期，在此基礎(chǔ)上對(duì)比最佳灌溉制度與當(dāng)?shù)貙?shí)際采用的灌水定額指標(biāo)，估算盈科灌區(qū)的最大節(jié)水潛力。結(jié)果如下：
　　第一，對(duì)于玉米的最終產(chǎn)量以及物候生長(zhǎng)期（出苗、開(kāi)花、灌漿期）等數(shù)據(jù)資料，校準(zhǔn)期與驗(yàn)證期內(nèi)模型的模擬值與實(shí)測(cè)值均達(dá)到了較好的一致性：校準(zhǔn)期內(nèi)，物候期模擬偏差只有兩天，產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤

6、差 nRMSE為6％；驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了模型的本地化。同時(shí)對(duì)于2008年種植期內(nèi)土壤含水量的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程模型模擬值與實(shí)測(cè)值也達(dá)到了較好的一致性，各層均方根誤差RMSE均遠(yuǎn)小于0.2，模型能夠準(zhǔn)確地模擬作物根部土壤層中的水分過(guò)程，可以用于模擬不同灌溉量對(duì)作物產(chǎn)量的影響。
　　第二，對(duì)于4個(gè)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(yuǎn)小于前兩個(gè)播種日期，因此，在張掖盈科灌區(qū)，最適宜玉米種植的時(shí)間為四月中上旬。
　　第三，針對(duì)玉米5個(gè)生長(zhǎng)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(jìn)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(shí)期，在這個(gè)組合的灌溉處理方式下作物產(chǎn)量達(dá)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(duì)其進(jìn)行適量灌溉高效且經(jīng)濟(jì)。
　　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(dāng)?shù)亟邓髦芷跒?年，通過(guò)對(duì)比當(dāng)?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(gè)降水周期內(nèi)節(jié)