基于DSSAT模型的关中灌区冬小麦最优灌溉制度研究

节水中心2012届硕士研究生王文佳，在导师冯浩研究员的指导下，经过三年努力完成基于DSSAT模型的关中灌区冬小麦最优灌溉制度研究。

研究方向：水土保持与沙漠化防治

摘  要

本研究将计算作物需水量、有效降水量的工具CropWat和模拟不同灌水方案下作物产量反应的工具DSSAT结合起来，利用CropWat计算得出的冬小麦需水量和其生长期间的有效降水量拟定灌溉方案，并将其输入DSSAT中进行模拟分析，得出关中地区不同水平年不同生育期灌水对冬小麦产量、水分利用效率、土壤蒸发量以及作物蒸腾量的影响，并通过对不同生育期不同灌水定额对上述指标的影响确定了不同生育期对水分的需求量以及关键灌溉期，最后，通过分析不同水平年冬小麦产量、水分利用效率与作物蒸散量的对比关系得出不同水平年的作物高产水分高效灌溉水量区间，并根据此区间范围确定了最终灌溉制度。取得的主要研究结论如下：

1）CROPWAT-DSSAT模拟结果与以往的试验研究和模型模拟结果具有较好的一致性，说明利用该模型计算作物需水量以及模拟不同灌溉制度对作物产量的影响是可行的。经过对模拟值与实测值对比分析表明，DSSAT模型对土壤水分变化模拟和冬小麦物候期模拟较为精确，故可以用来模拟水分限制条件下的作物潜在生产力。

2）近30年来，冬小麦生长季期间的平均需水量为451.6mm，而有效降水量仅为203.2mm，水分供需比不足50%。降水量与作物需水量在冬小麦生长季期间趋势相对一致，均表现为苗期稍高，越冬期降低，随后在冬小麦返青拔节期开始增高，在收获期稍有回落。从水分供需比来看，在冬小麦越冬期及拔节开花期水分供需比较低，冬小麦缺水较为严重，又由于越冬期冬小麦需水量整体较少，因此，拔节开花期为冬小麦整个生长季期间干旱最为严重的时期。在冬小麦一生中，灌水的最佳时段为播后150天左右，即返青期前后，此时灌水对冬小麦增产作用最大，灌水量以30-60mm为宜，具体数量应根据前期土壤墒情及降水条件进行相应调整。

3）为确定不同降水条件下的最优灌溉制度，本文通过P-Ⅲ型曲线从近30年中选出2000-2001年、1980-1981年和2009-2010年分别作为枯水年、平水年和丰水年的典型年进行分析对比，研究结果表明：冬小麦产量、土壤蒸发量和作物蒸腾量以及WUE均表现为丰水年略大于平水年，二者均显著大于枯水年，但边际效益表现为平水年＞枯水年＞丰水年。

4）经过对不同生育期灌水对作物产量、土壤蒸发量、作物蒸腾量和WUE等进行模拟分析后发现，返青水对上述指标的影响最为显著，其次为拔节水，越冬水和灌浆水影响相对较小，说明返青期为关键灌水期，在缺水条件下应首先保障返青水，并且在土壤墒情较好的情况下可考虑适当取消灌浆水和越冬水。这是由于返青时期正是冬小麦迅速生长阶段，也是冬小麦需水量较大的时期，此时若不进行及时灌溉或者灌水量较少，直接影响作物叶片生长，从而影响冬小麦光合作用最终导致产量下降；冬小麦拔节到开花期为需水量最大的时期，但由于此阶段关中地区降水量也逐步增多，因此相比较而言，返青期灌水更为关键。

5）通过对256个灌溉制度的小麦产量效应模拟发现：枯水年以125mm（返青水75mm+拔节水50mm）为最佳灌溉方案；平水年最优灌溉方案为75mm(返青水75mm)；丰水年的最优灌溉方案为50mm（返青水25mm+拔节水25mm）。

关键词：CropWat，DSSAT，灌溉制度，关中灌区，冬小麦