AquaCrop模型在草坪草耗水特性研究中的應用

肖波

摘要 以草地早熟禾為試驗材料，在溫室內開展草坪草土壤水分梯度控制試驗，將AquaCrop模型應用到非充分灌溉條件下草坪草蒸散耗水特性的研究中，通過參數調試、模型檢驗和田間驗證，最終建立草坪草生物量水分響應模型。結果表明：AquaCrop 模型模擬草坪草生長發(fā)育的效果與實測結果較為一致，模擬值與測量值非常接近，建立的草坪草AquaCrop模型，具有較強的科學性和實用性。

關鍵詞 AquaCrop模型；草坪草；耗水特性

中圖分類號 S688.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）08-0143-03

Abstract Kentucky bluegrass was used in the experiment and AquaCrop was first applied into the research of water consumption charac-teristics of turfgrass under deficit irrigation in glasshouse in this project.And model parameters of AquaCrop model were estimated and optimized according to meteorological data，soil moisture and turfgrass data investigated from field experiments.Finally，turfgrass response to water model was built on the basis of parameters debugging and model testing.

Key words AquaCrop model；turfgrass；water consumption characteristics

草坪是城市綠地的重要組成部分，隨著我國城市化進程的加快，對草坪的需求也日益增加。但因其耗水量大，備受社會關注。當前，我國有相當一部分城市水資源短缺。因此，解決水資源缺乏和草坪需水量大的矛盾，已成為我國草坪業(yè)發(fā)展的重大課題[1-2]。目前，國內外學者從草種選擇、灌水方式、灌溉制度、養(yǎng)護管理等方面，提出了多種草坪節(jié)水技術。但是，從根本上講，這些節(jié)水技術都需要依賴于對草坪草耗水特性的了解，即弄清楚草坪草需水量多少、何時需水的問題，因為只有在掌握草坪草耗水特性及需水規(guī)律的基礎上，進行合理灌溉，才能真正達到節(jié)水的目的[3-5]。有關作物耗水特性的研究方法有許多種[6-7]，其中作物-水分模型是一種較好的研究方法，但目前尚未見到利用作物-水分模型進行草坪草耗水特性的研究報道。聯(lián)合國世界糧農組織（FAO）于2009年推出了國際上最新的AquaCrop模型（FAO crop model to simulate yield response to water），該模型為水分驅動模型，即作物生物量、產量主要由土壤中可供應的水量決定，著重模擬作物對水分供應的響應狀況[8-9]。

鑒于此，本研究從作物模型的角度，將聯(lián)合國世界糧農組織（FAO）最新推出的水分驅動作物模型—AquaCrop模型應用到非充分灌溉條件下的草坪草耗水特性的研究中，通過草坪土壤水分梯度控制試驗，確定最佳的模型參數，并進行模型檢驗和田間驗證，建立草坪草生物量水分響應模型，利用該模型相關參數的生理學意義，結合草坪草水分生理的相關指標，揭示草坪草對水分的響應機制，進而為制定草坪草節(jié)水灌溉制度提供理論依據。

1 材料與方法

于2014年4月在長江大學園藝園林學院設施園藝基地進行。種植的草坪草為草地早熟禾，品種為午夜，播種時間為 2014年4月 15 日，5月下旬草坪成坪。于6月3日開始，開展草坪水分梯度試驗，設4個水分處理，即用土壤水分測定儀，使土壤含水量分別控制在田間持水量的10 %（A）、20 %（A）、30 %（C）和40 %（D），每個處理4次重復。然后，用透明塑料薄膜，搭建防雨棚。每天觀察草坪草生長狀況，當發(fā)現(xiàn)草坪草輕度萎蔫時，進行灌溉，灌水量以土壤含水量達到初始狀態(tài)為宜。AquaCrop模型的建立，參考杜文勇等[8]和付馳等[9]的方法。

2 結果與分析

2.1 不同水分條件下草坪草蓋度的模擬

利用AquaCrop模型數據庫，初步建立了草坪草生長模型，對不同水分條件下的草坪草生長過程進行了模擬。利用2014年6月的田間試驗數據，以生物量為目標函數，構建草坪草生長模型，通過試差法使模型的模擬結果和實測結果相匹配，來校正參數。在進行模型參數校正時，參考 FAO 給定的模型參數取值范圍，以模型自帶的參數值為初賦值，調整幅度控制在 5 %以內，建立和生成模擬控制文件，進行模擬試驗對比，分析模擬值與實測值在草坪蓋度和草坪地上生物量之間的差異，不斷修改各個參數，直至模擬值與實測值吻合程度良好。

從圖1可以看出，模擬值與實際值較為吻合，變化趨勢一致。處理A草坪蓋度呈現(xiàn)快速下降的趨勢，而處理D草坪草生長旺盛，蓋度呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)。

2.2 不同水分條件下草坪草地上生物量鮮重的模擬

從圖2可以看出，隨著水分脅迫的不斷增強，處理A的草坪草地上生物量呈現(xiàn)急劇下降的趨勢，處理B、C的生物量呈現(xiàn)逐步下降的趨勢， 處理D的生物量呈現(xiàn)出平穩(wěn)狀態(tài)。

3 結論與討論

自20世紀 60 年代以來，計算機模擬技術為作物生長發(fā)育量化分析和生產決策研究提供了強有力的技術支撐，極大地推動了作物生長模擬模型（crop growth simulation model）的發(fā)展。作物生長模擬模型，簡稱作物模型，是對作物生長發(fā)育過程及其與環(huán)境的關系進行定量描述和預測的重要手段。國內外學者在大量灌溉試驗基礎上，相繼提出了一系列不同形式的作物水分響應模型。實踐表明，這些模型具有一定的地域特征和時域特征，往往不能隨意應用到其他的區(qū)域。

聯(lián)合國世界糧農組織退出的AquaCrop模型，對用戶完全免費，且運行界面簡潔友好，得到了快速發(fā)展。目前國外對該模型的研究較多，內容涉及模型的描述、參數調整及驗證、模擬應用等。AquaCrop模型在我國的研究還處于起步階段，僅有少量文獻報道。這些研究表明，其輸入參數簡單，模擬精度較高，應用前景廣闊。

多年來，有關草坪草耗水特性以及制定相應的節(jié)水灌溉制度的研究，備受國內外學者關注。本項目以草地早熟禾為試驗材料，在溫室內開展草坪草土壤水分梯度控制試驗，將AquaCrop模型應用到非充分灌溉條件下草坪草蒸散耗水特性的研究中，通過參數調試、模型檢驗和田間驗證，最終建立了草坪草生物量水分響應模型。這些工作為草坪蒸散耗水量研究打下了一定的基礎，對于制定科學合理的節(jié)水灌溉制度具有重要意義。

4 參考文獻

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