基于DSSAT模型的河南省冬小麥需水量分析

陳丹丹，李國強,3，張 杰，臧賀藏,3，胡 峰，鄭國清,3*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與信息研究所，河南 鄭州 450002； 2.河南省智慧農(nóng)業(yè)工程技術研究中心，河南 鄭州 450002; 3.農(nóng)作物種植監(jiān)測與預警河南省工程實驗室，河南 鄭州450002)

基于DSSAT模型的河南省冬小麥需水量分析

陳丹丹1,2，李國強1,2,3，張 杰1,3，臧賀藏1,2,3，胡 峰1,3，鄭國清1,2,3*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與信息研究所，河南 鄭州 450002； 2.河南省智慧農(nóng)業(yè)工程技術研究中心，河南 鄭州 450002; 3.農(nóng)作物種植監(jiān)測與預警河南省工程實驗室，河南 鄭州450002)

為定量評估河南省不同生態(tài)地點冬小麥需水量變化特征，應用DSSAT模型模擬了充分灌溉、雨養(yǎng)不灌溉條件下河南省15個地點連續(xù)10 a(2003—2012年)冬小麥產(chǎn)量、田間蒸散量、作物蒸騰量、土壤蒸發(fā)量等，分析了灌溉增產(chǎn)以及水分生產(chǎn)率的分布規(guī)律，并計算河南省不同地點平均需水量和缺水量。結(jié)果表明：充分灌溉條件下，河南省15個生態(tài)地點10 a間冬小麥平均產(chǎn)量介于7 847～9 565 kg/hm2，作物蒸騰量介于319～380 mm，土壤蒸發(fā)量介于96～166 mm，田間蒸散量介于445～539 mm，水分生產(chǎn)率介于1.67～1.98 kg/(hm2·m3)；雨養(yǎng)不灌溉條件下，15個生態(tài)地點10 a間冬小麥平均產(chǎn)量介于1 927～6 260 kg/hm2，作物蒸騰量介于66～244 mm，土壤蒸發(fā)量介于120～195 mm，田間蒸散量介于209～370 mm，水分生產(chǎn)率介于0.79～2.17 kg/(hm2·m3)。15個生態(tài)地點10 a間灌溉增產(chǎn)介于1 594～6 698 kg/hm2，總體呈中北部較高南部較低。15個生態(tài)地點10 a間需水量介于395～452 mm，河南省中東部及南部需水量相對較低；缺水量介于76～282 mm，整體呈北高南低。研究結(jié)果可為河南省冬小麥水分定量化管理措施的制定提供參考。

河南省； 冬小麥； DSSAT模型； 需水量； 時空分布

河南省是中國冬小麥的主產(chǎn)區(qū)和重要的商品糧基地[1]。水資源短缺、供需矛盾突出，成為制約河南農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一[2]。因此，高效利用當?shù)赜邢薜乃Y源，并結(jié)合作物需水量提高水分利用效率對優(yōu)化河南省小麥種植布局，促進河南省小麥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

目前，國內(nèi)外對作物需水量的研究較多，就研究方法而言可以分為三類。第一類是通過田間試驗方法篩選出最優(yōu)的水分管理措施。張喜英等[3]通過田間試驗研究了冬小麥不同生育時期水分虧缺及虧缺程度；郭步慶等[4]利用田間定位試驗研究了華北地區(qū)通過種植模式調(diào)整實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水的潛力。此種方法是將水分、田間管理以及氣候條件等多種因素排列組合在一起，既耗時費力，又無法同時完成，且田間試驗結(jié)果在拓展應用中風險較大，難以從區(qū)域尺度上升至空間尺度[5]。第二類是經(jīng)驗公式計算法，最常用的是通過計算參考作物蒸發(fā)蒸騰量來計算作物需水量，如Blaney-Criddle[6]法、Priestley-Taylor[7]法、Hargreaves[8]法、FAO56 Penman-Montieth法[9]等，其中FAO56 Penman-Montieth公式物理學基礎嚴密、計算精度較高，是聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的標準計算方法[10]，但該方法需要的氣象數(shù)據(jù)資料較多，在很多地方應用時往往存在數(shù)據(jù)不全的問題。第三類是作物模型模擬方法，作物模型以作物生理生態(tài)原理為基礎[11-12]，定量描述“作物-土壤-氣候”系統(tǒng)中光、溫、水存在狀況(包括極端狀態(tài))對作物生長發(fā)育的影響。DSSAT模型就是其中之一，其將水分脅迫作為作物生長的重要限制因子，并且在系統(tǒng)中采用了獨立模塊來模擬水分平衡過程，在計算土壤水分蒸散量時，DSSAT采用了2種不同的計算方法，一種是Penman-Montieth法，另一種是Priestley-Taylor法，Priestley-Taylor法比Penman-Montieth法簡單，在模型輸入中不需要空氣濕度和風速數(shù)據(jù)，在大面積模擬中較為方便[13]。國內(nèi)外學者利用該模型在農(nóng)田水分管理領域取得了一定的研究成果。Timsina等[14]在印度利用該模型模擬分析了影響小麥水分和產(chǎn)量的因素，并提出增產(chǎn)措施和建議；Liu等[15]在加拿大利用該模型模擬比較了充分灌溉和控制灌溉條件下作物含水量、硝態(tài)氮含量及產(chǎn)量的變化；Salmeron等[16]在西班牙利用該模型模擬分析了噴灌均勻度和種植密度對玉米產(chǎn)量的影響。魯向暉等[17]利用該模型模擬了小麥葉面積指數(shù)、水分利用效率及產(chǎn)量的變化，并驗證模型的適應性，為河南省豫西地區(qū)小麥保護性耕作措施提供理論支持；王文佳[18]利用該模型在我國西北地區(qū)模擬分析了小麥水分利用效率、土壤蒸發(fā)量、作物蒸騰量與產(chǎn)量的關系，制定了不同水平年下的優(yōu)化灌溉制度；He等[19]利用該模型模擬分析了我國西北地區(qū)小麥—玉米輪作制度下的不同灌溉措施并制定了優(yōu)化灌溉措施；周麗麗等[5]利用DSSAT的子模型CERES-Wheat模型模擬了滄州地區(qū)冬小麥需水量?；贒SSAT模型在冬小麥農(nóng)田水利方面的研究主要集中在陜西、甘肅、河北省以及豫西地帶，而該模型在河南省整體范圍內(nèi)對冬小麥需水量的模擬分析鮮有報道。鑒于此，本研究以DSSAT模型為基礎，利用情景分析方法，通過對田間蒸散量、作物蒸騰量、土壤蒸發(fā)量進行綜合分析，定量化估算出河南省不同地區(qū)冬小麥需水量，旨在為冬小麥生長季的水分高效利用以及灌溉策略的定量化應用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省介于31°23′～36°22′N、110°21′～116°39′E，屬暖溫帶-亞熱帶、濕潤-半濕潤季風氣候。年平均氣溫在12～16 ℃，全年無霜期從北向南為180～240 d，年平均降雨量為632.1 mm，且50%集中在6—8月份，小麥生產(chǎn)季(10月上旬到次年6月中上旬)降水稀少。根據(jù)河南省地理位置及生態(tài)氣候類型，在全省選擇15個具有代表性的縣(市)作為試驗點(圖1)。

圖1 河南省15個試驗點的分布情況

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 氣象數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)(http://cdc.nmic.cn/home.do)提供的河南省2003—2012年連續(xù)10 a的逐日氣象數(shù)據(jù)，包括逐日降雨量、逐日最高氣溫、逐日最低氣溫、逐日日照時數(shù)和逐日太陽輻射量等。模型運行所需的最小數(shù)據(jù)集包括逐日太陽輻射量、逐日最高氣溫、逐日最低氣溫以及逐日降水量。后三者可經(jīng)過簡單處理直接使用，逐日太陽輻射量根據(jù)國際上公認的Angstron(埃斯屈朗)經(jīng)驗公式求得。

1.2.2 土壤數(shù)據(jù) DSSAT模型所需各地點的土壤信息包括土壤類型和土壤剖面特征，即土壤名稱、顏色、農(nóng)田坡度、礦化度，各層土壤質(zhì)地(黏粒、粉粒、砂粒百分比)、土壤容重、田間持水量、凋萎系數(shù)、飽和含水量、有機碳含量、全氮含量和pH值等。部分物理特性參數(shù)(土壤容重、全氮含量、pH值)參考中國土壤數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站中國土種數(shù)據(jù)庫(新)，其他參數(shù)取自1∶100萬中國土壤屬性數(shù)據(jù)庫及《中國土種志》[20]，其中，有機碳含量通過有機質(zhì)含量乘以0.58換算得到[21]。

1.2.3 品種參數(shù)數(shù)據(jù) 選用河南省常種小麥品種豫麥34為研究對象，收集整理鄭州、商丘、駐馬店、中牟4個地點的6個田間試驗數(shù)據(jù)，調(diào)試出一組豫麥34遺傳參數(shù)值(表1)。由于驗證過程已在麥類作物學報上發(fā)表[22]，在此不再贅述。

表1 調(diào)試后豫麥34的遺傳參數(shù)值

注：P1V：春化敏感系數(shù)；P1D：光周期敏感系數(shù)；P5：灌漿期特性系數(shù)；G1：籽粒數(shù)特性系數(shù)；G2：標準籽粒質(zhì)量系數(shù)；G3：成熟期單株莖穗質(zhì)量系數(shù)；PHINT：出葉間隔特性參數(shù)。

1.2.4 不同地點冬小麥播種日期及作物系數(shù) 不同地點播期數(shù)據(jù)及作物系數(shù)(表2)來源于河南省氣候中心1981—2010年冬小麥播種期的平均值[23]。河南省冬小麥播期由北向南分別為10月上旬、中旬、下旬，作物系數(shù)是指不同發(fā)育期中需水量與蒸散量的比值，河南省冬小麥的作物系數(shù)介于0.84～0.92。

表2 河南省不同地點冬小麥播種日期及作物系數(shù)

1.3 研究方法

1.3.1 情景模擬 本研究應用DSSAT模型對充分灌溉和雨養(yǎng)不灌溉條件下河南省15個生態(tài)地點連續(xù)10 a(2003—2012年)冬小麥產(chǎn)量、田間蒸散量、作物蒸騰量、土壤蒸發(fā)量等指標進行模擬分析。具體過程為：把模擬年限中的氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、大田作物管理數(shù)據(jù)以及調(diào)試好的品種參數(shù)數(shù)據(jù)分別導入DSSAT模型的不同模塊，在作物管理文件灌溉和水分管理模擬選項中分別設置為充分灌溉和雨養(yǎng)不灌溉并進行模擬分析。作物需水量即充分灌溉條件下大田蒸散量與作物系數(shù)的乘積。

1.3.2 統(tǒng)計分析 利用Excel 2010進行統(tǒng)計分析并作圖，主要采用ArcGIS 10.0軟件的反距離權(quán)重插值方法對各生態(tài)地點要素數(shù)據(jù)進行空間插值，生成空間柵欄數(shù)據(jù)，并對其進行分類，得出相應的空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省冬小麥產(chǎn)量模擬分析

利用DSSAT模型對2003—2012年連續(xù)10 a 河南省不同地點2種灌溉方式下冬小麥產(chǎn)量進行模擬(圖2)發(fā)現(xiàn)，不同灌溉方式下冬小麥產(chǎn)量總體保持穩(wěn)定。充分灌溉條件下，產(chǎn)量為7 652～10 263 kg/hm2，平均值為8 913 kg/hm2，標準偏差為712.6 kg/hm2，變異系數(shù)為0.08，最高值出現(xiàn)在2010年，總體呈現(xiàn)下降趨勢但不明顯；雨養(yǎng)不灌溉條件下，產(chǎn)量為2 526～5 699 kg/hm2，平均值為3 569 kg/hm2，標準偏差為929.8 kg/hm2，變異系數(shù)為0.26，最高值出現(xiàn)在2006年，總體呈現(xiàn)下降趨勢但不明顯。

圖2 2003—2012年河南省冬小麥2種灌溉方式下的產(chǎn)量模擬情況

不同地點10 a間冬小麥產(chǎn)量變化情況如表3所示，充分灌溉條件下，不同生產(chǎn)地點產(chǎn)量最小值介于6 410～8 242 kg/hm2，最大值介于9 101～11 185 kg/hm2，平均值介于7 847～9 565 kg/hm2。平均值較高的5個地點表現(xiàn)為欒川(9 565 kg/hm2)>駐馬店(9 478 kg/hm2)>新鄉(xiāng)(9 440 kg/hm2)>西華(9 395 kg/hm2)>西峽(9 379 kg/hm2)；平均值較低的5個地點表現(xiàn)為安陽(8 686 kg/hm2)>盧氏(8 625 kg/hm2)>三門峽(8 477 kg/hm2)>信陽(7 854 kg/hm2)>固始(7 847 kg/hm2)。雨養(yǎng)不灌溉條件下,產(chǎn)量最小值介于1 453～3 964 kg/hm2，最大值介于2 339～9 418 kg/hm2，平均值介于1 927～6 260 kg/hm2；平均值較高的5個地點表現(xiàn)為信陽(6 260 kg/hm2)>欒川(5 692 kg/hm2)>固始(5 561 kg/hm2)>駐馬店(4 712 kg/hm2)>新鄉(xiāng)(4 544 kg/hm2)，平均值較低的5個地點表現(xiàn)為商丘(2 720 kg/hm2)>鄭州(2 355 kg/hm2)>開封(2 220 kg/hm2)>三門峽(1 962 kg/hm2)>盧氏(1 927 kg/hm2)。

表3 河南省15個地點冬小麥不同灌溉方式下產(chǎn)量模擬結(jié)果

2.2 河南省冬小麥灌溉增產(chǎn)模擬分析

灌溉增產(chǎn)指的是充分灌溉處理與雨養(yǎng)不灌溉處理之間的產(chǎn)量差值。如表3所示，15個生態(tài)地點連續(xù)10 a灌溉增產(chǎn)平均值介于1 594～6 698 kg/hm2。平均值較高的5個地點表現(xiàn)為盧氏(6 698 kg/hm2)>開封(6 541 kg/hm2)>三門峽(6 515 kg/hm2)>許昌(6 404 kg/hm2)>商丘(6 397 kg/hm2)，平均值較低的5個地點表現(xiàn)為新鄉(xiāng)(4 896 kg/hm2)>駐馬店(4 766 kg/hm2)>欒川(3 873 kg/hm2)>固始(2 286 kg/hm2)>信陽(1 594 kg/hm2)。河南省冬小麥灌溉增產(chǎn)分布情況如圖3所示。由圖3可以看出，河南省冬小麥灌溉增產(chǎn)總體呈現(xiàn)中北部較高南部較低，灌溉增產(chǎn)潛力較大區(qū)域主要集中在三門峽、盧氏、西峽、南陽、鄭州、開封、許昌、西華和商丘一帶，灌溉增產(chǎn)潛力較小區(qū)域主要集中在信陽、固始一帶；灌溉增產(chǎn)值大于5 847 kg/hm2地區(qū)面積占全省小麥總面積的38.6%，灌溉增產(chǎn)值介于4 997～5 846 kg/hm2的區(qū)域面積占全省小麥總面積的40.5%，灌溉增產(chǎn)值小于3 295 kg/hm2的區(qū)域面積占全省小麥總面積的8%。

圖3 河南省冬小麥灌溉增產(chǎn)模擬分布情況

2.3 河南省冬小麥生長季田間蒸散量、作物蒸騰量及土壤蒸發(fā)量模擬分析

由圖4可見，2003—2012年，充分灌溉條件下，河南省冬小麥田間蒸散量、作物蒸騰量及土壤蒸發(fā)量總體穩(wěn)定。田間蒸散量介于456～508 mm，平均值為478.9mm，標準偏差為18.7 mm，變異系數(shù)為0.039；作物蒸騰量介于318.5～397.6 mm，平均值為355.8 mm，標準偏差為24.5 mm，變異系數(shù)為0.069；土壤蒸發(fā)量介于106～136 mm，平均值為123.1 mm，標準偏差為10.8 mm，變異系數(shù)為0.087。田間蒸散量和作物蒸騰量最大值均出現(xiàn)在2010年，而土壤蒸發(fā)量各年間相對比較平穩(wěn)。

圖4 2003—2012年充分灌溉條件下河南省冬小麥田間蒸散量、作物蒸騰量及土壤蒸發(fā)量模擬變化情況

由圖5可見，2003—2012年，雨養(yǎng)不灌溉條件下，河南省冬小麥田間蒸散量、作物蒸騰量及土壤蒸發(fā)量波動比較明顯，這與不同年份降雨量不同有關，田間蒸散量介于206.8～306.5 mm，平均值為263.9 mm，標準偏差為25.7 mm，變異系數(shù)為0.098；作物蒸騰量介于72.9～158.7 mm，平均值為113.8 mm，標準偏差為25.8 mm，變異系數(shù)為0.227；土壤蒸發(fā)量介于104～163.8 mm，平均值為150.2 mm，標準偏差為18.4 mm，變異系數(shù)為0.122。

圖5 2003—2012年雨養(yǎng)不灌溉條件下河南省冬小田間蒸散量、作物蒸騰量及土壤蒸發(fā)量模擬變化情況

水分生產(chǎn)率是產(chǎn)量與田間蒸散量的比值。由表4可知，10 a間15個地點不同灌溉方式下作物蒸騰量、土壤蒸發(fā)量及田間蒸散量不同，充分灌溉條件下，作物蒸騰量介于319～380 mm，土壤蒸發(fā)量介于96～166 mm，田間蒸散量介于445～539 mm，田間蒸散量平均值較高的5個地點表現(xiàn)為欒川(539 mm)>盧氏(515 mm)>新鄉(xiāng)(490 mm)>商丘(485 mm)>西峽(481 mm)，較低的5個地點表現(xiàn)為鄭州(468 mm)>開封(464 mm)>許昌(463 mm)>固始(461 mm)>信陽(445 mm)；水分生產(chǎn)率介于1.67～1.98 kg/(hm2·m3)，水分生產(chǎn)率平均值較高的5個地點表現(xiàn)為許昌[1.98 kg/(hm2·m3)]=駐馬店[1.98 kg/(hm2·m3)]>西華[1.96 kg/(hm2·m3)]>南陽[1.95 kg/(hm2·m3)]=西峽[1.95 kg/(hm2·m3)]，較低的5個地點表現(xiàn)為三門峽[1.80 kg/(hm2·m3)]>欒川[1.77 kg/(hm2·m3)]>信陽[1.76 kg/(hm2·m3)]>固始[1.70 kg/(hm2·m3)]>盧氏[1.67 kg/(hm2·m3)]。雨養(yǎng)不灌溉條件下，作物蒸騰量介于66～244 mm，土壤蒸發(fā)量介于120～195 mm，田間蒸散量介于209～370 mm，田間蒸散量平均值較高的5個地點表現(xiàn)為信陽(370 mm)>固始(346 mm)>駐馬店(300 mm)>欒川(289 mm)>西峽(276 mm)，較低的5個地點表現(xiàn)為許昌(244 mm)>鄭州(224 mm)>三門峽(223 mm)>開封(210 mm)>新鄉(xiāng)(209 mm)；水分生產(chǎn)率介于0.79～2.17 kg/(hm2·m3)，水分生產(chǎn)率平均值較高的5個地點表現(xiàn)為新鄉(xiāng)[2.17 kg/(hm2·m3)]>欒川[1.97 kg/(hm2·m3)]>信陽[1.69 kg/(hm2·m3)]>固始[1.61 kg/(hm2·m3)]>駐馬店[1.57 kg/(hm2·m3)]，較低的5個地點表現(xiàn)為南陽[1.09 kg/(hm2·m3)]=商丘[1.09 kg/(hm2·m3)]>開封[1.06 kg/(hm2·m3)]>鄭州[1.05 kg/(hm2·m3)]>三門峽[0.88 kg/(hm2·m3)]>盧氏[0.79 kg/(hm2·m3)]。

表4 河南省15個地點冬小麥作物蒸騰量、土壤蒸發(fā)量及田間蒸散量模擬結(jié)果

2.4 河南省冬小麥需水量及缺水量分析

通過充分灌溉條件下田間蒸散量與作物系數(shù)的乘積得出冬小麥的需水量，不同地點10 a間冬小麥需水量分布情況如圖6所示。15個地點中，冬小麥需水量最小值為開封的395 mm，最大值是欒川的452 mm，均值為419 mm。河南省冬小麥需水量主要集中在415～423 mm，該部分區(qū)域占河南省冬小麥總面積的47.2%，主要集中于駐馬店、西華以及河南省中西部地區(qū)；冬小麥需水量較高(424 mm以上)的區(qū)域占河南省冬小麥總面積的18.4%，主要集中于河南省北部的安陽、新鄉(xiāng)和西部的盧氏、欒川一帶；冬小麥需水量相對較低(414 mm以下)的區(qū)域占河南省冬小麥總面積的34.4%，主要集中在河南省中東部的鄭州、開封、許昌、商丘以及南部的信陽、南陽等地區(qū)。

圖6 河南省冬小麥需水量模擬分布情況

充分灌溉條件下田間蒸散量與雨養(yǎng)不灌溉條件下田間蒸散量的差值即為該地區(qū)冬小麥缺水量也就是灌溉需水量。利用反距離權(quán)重法空間插值得出河南省冬小麥缺水量分布圖(圖7)。由圖7可知，15個生態(tài)地點中，冬小麥灌溉缺水量最小值是76 mm，出現(xiàn)在信陽地區(qū)；最大值出現(xiàn)在新鄉(xiāng)，為282 mm。冬小麥缺水量總體表現(xiàn)為從北向南逐漸遞減，這與南方降雨量較北方多有關。河南省冬小麥缺水量主要集中在214～247 mm，該部分區(qū)域占河南省冬小麥總面積的55.1%，主要集中于商丘、西華、許昌及南陽以北的大部分地區(qū)；缺水量較大(248 mm以上)的區(qū)域占河南省冬小麥總面積的12.8%，主要集中在新鄉(xiāng)、開封、盧氏和欒川一帶；缺水量較低(低于213 mm)的區(qū)域占河南省冬小麥總面積的32.1%，主要集中在南陽、駐馬店以南區(qū)域。

圖7 河南省冬小麥缺水量模擬分布情況

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，充分灌溉條件下，河南省15個生態(tài)地點10 a間冬小麥平均產(chǎn)量介于7 847～9 565 kg/hm2，較低值主要集中在信陽、固始一帶，可能與當?shù)仃幱晏燧^多、光照輻射量不足有關；雨養(yǎng)不灌溉條件下，產(chǎn)量介于2 526～5 699 kg/hm2，產(chǎn)量較高地區(qū)主要集中在信陽、欒川、固始一帶，這與當?shù)亟涤炅枯^多有關。灌溉增產(chǎn)介于1 594～6 698 kg/hm2，可見，水分對河南省小麥增產(chǎn)起著至關重要的作用。

河南省冬小麥作物需水量介于395～452 mm，最低值集中在欒川、盧氏一帶，這與姬興杰等[23]、宋妮等[24]通過FAO推薦的Penman-Montieth公式計算出的河南省冬小麥需水量336～469 mm和345～492 mm，最低值出現(xiàn)在盧氏的結(jié)果基本一致；而模型模擬出來的缺水量為76～282 mm，較之計算出來的176.5～392.5 mm偏低，可能與計算方法不同有關。本研究缺水量的計算方法是充分灌溉條件下田間蒸散量減去雨養(yǎng)不灌溉條件下田間蒸散量，由于DSSAT模型是以作物生理生態(tài)原理為基礎，定量描述“作物-土壤-氣候”系統(tǒng)中光、溫、水對作物生長發(fā)育的影響，其在計算蒸散量的過程中充分考慮了有效降雨量及土壤含水量即底墑水的情況[18]；而前人缺水量的計算方法是將冬小麥生育期內(nèi)作物總需水量減去生育期內(nèi)有效降雨總量，并未考慮底墑水，這應該是其值偏大的主要原因。

本研究只針對豫麥34這一個小麥品種進行了需水量計算，而實際生產(chǎn)中多作物并存的情況、種植結(jié)構(gòu)等對需水量都有一定的影響，這將是下一步的研究重點。

[1] 姬興杰,成林,方文松.未來氣候變化對河南省冬小麥需水量和缺水量的影響預估[J].應用生態(tài)學報,2015,26(9):2689-2699.

[2] 姚素梅,吳大付,楊宏偉,等.河南省農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中的水土環(huán)境問題及其解決途徑[J].水資源與水工程學報，2010，21(3)：35-38,42.

[3] 張喜英,裴冬,胡春勝.太行山山前平原冬小麥和夏玉米灌溉指標研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2002,18(6):36-41.

[4] 郭步慶,陶洪斌,王璞,等.華北平原不同糧作模式下作物水分利用[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報,2013,18(1):53-60.

[5] 周麗麗,梁效貴,高震,等.基于CERES-Wheat模型的滄州地區(qū)冬小麥需水量分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2015,23(10):1320-1328.

[6] Blaney H F,Criddle W D.Determining water requirements in irrigated areas from climatological and irrigation data[M].Washington,DC:USDA Conservation Service,1950.

[7] Priestley C H B,Taylor R J.On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters[J].Monthly Weather Review,1972,100(2):81-92.

[8] Hargreaves G H.Estimation of potential and crop evapotranspiration[J].Multidimensional Systems & Signal Processing,1974,17(4):1-12.

[9] Allen R G,Pereira L S,Raes D,etal.Crop evapotranspiration:Guidelines for computing crop water requirements[M].Rome：FAO,1998.

[10] 呂玉平,徐俊增,李斌,等.Priestley-Taylor和Hargreaves公式在高矮兩種參考作物上的適應性與率定[J].水利水電科技進展,2015,35(6):47-51,89.

[11] 張建濤,李國強,陳丹丹,等.兩種冬小麥氣候適宜度平均模型的比較[J].作物雜志,2016(2):159-164.

[12] 莫志鴻,馮利平,鄒海平,等.水稻模型ORYZA2000在湖南雙季稻區(qū)的驗證與適應性評價[J].生態(tài)學報,2011,31(16):4628-4637.

[13] 史源,李益農(nóng),白美健,等.DSSAT作物模型進展以及在農(nóng)田水管理中的應用研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2015(1):15-19.

[14] Timsina J,Godwin D,Humphreys E,etal.Evaluation of options for increasing yield and water productivity of wheat in Punjab,India using the DSSAT-CSM-CERES-Wheat model[J].Agricultural Water Management,2008,95(9):1099-1110.

[15] Liu H L,Yang J Y,Tan C S,etal.Simulating water content,crop yield and nitrate-N loss under free and controlled tile drainage with subsurface irrigation using the DSSAT model[J].Agricultural Water Management,2011,98(6):1105-1111.

[16] Salmeron M,Urrego Y F,Isla R,etal.Effect of non-uniform sprinkler irrigation and plant density on simulated maize yield[J].Agricultural Water Management,2012,113(10):1-9.

[17] 魯向暉,穆興民,Nangia V,等.DSSAT模型對豫西冬小麥保護性耕作效應模擬效果驗證[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(3):64-70.

[18] 王文佳.基于DSSAT模型的關中灌區(qū)冬小麥最優(yōu)灌溉制度研究[D].楊凌:中國科學院研究生院,2012:11-38.

[19] He J Q,Cai H J,Bai J P.Irrigation scheduling based on CERES-Wheat model for spring wheat production in the Minqin Oasis in Northwest China[J].Agricultural Water Management,2013,128(10):19-31.

[20] 全國土壤普查辦公室.中國土種志(第六卷)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1996.

[21] 李軍，樊廷錄，王立祥.黃土高原作物生長模型DSSAT3數(shù)據(jù)庫組建[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2001,19(1):120-126.

[22] 李國強,陳丹丹,張建濤,等.基于DSSAT模型的河南省小麥生產(chǎn)潛力定量模擬與分析[J].麥類作物學報,2016,36(4):507-515.

[23] 姬興杰,成林,朱業(yè)玉,等.河南省冬小麥需水量和缺水量的時空格局[J].生態(tài)學雜志,2014,33(12):3268-3277.

[24] 宋妮,孫景生,王景雷,等.河南省冬小麥需水量的時空變化及影響因素[J].應用生態(tài)學報,2014,25(6):1693-1700.

Analysis on Water Demand of Winter Wheat in Henan Province Based on DSSAT Model

CHEN Dandan1,2,LI Guoqiang1,2,3,ZHANG Jie1,3,ZANG Hecang1,2,3,HU Feng1,3,ZHENG Guoqing1,2,3*

(1.Agricultural Economy & Information Research Institute，Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China; 2.Research Center for Smart Agriculture Engineering and Technology of Henan Province,Zhengzhou 450002,China; 3.Engineering Laboratory for Crop Monitoring and Early Warning of Henan Province,Zhengzhou 450002,China)

In order to quantitatively evaluate the change of winter wheat water requirement in different regions of Henan province,DSSAT model was applied to simulate the winter wheat yield,evapotranspiration (ET),transpiration (EP) and soil evaporation(ES) under full irrigation(FI) and no irrigation(NI) conditions in 15 ecological points for 10 consecutive years (2003 to 2012) in Henan province.The distribution of irrigation production and the water productivity were analyzed,and the average water demand and water shortage in different ecological points were calculated.The results showed that the average yield of winter wheat was 7 847—9 565 kg/ha,ET value was 445—539 mm,EP value was 319—380 mm,ES value was 96—166 mm and water productivity was 1.67—1.98 kg/(ha·m3)under FI condition.The average yield of winter wheat was 1 927—6 260 kg/ha,ET value was 209—370 mm,EP was 66—244 mm,ES was 120—195 mm,and water productivity was 0.79—2.17 kg/(ha·m3)under NI condition.The increased yield by irrigation was 1 594—6 698 kg/ha in 15 ecological points,which was overall higher in north and middle region of Henan province,while lower in the south region.The average value of water demand was 395—452 mm in 15 ecological points,the water demand were relatively lower in middleeast and south region of Henan provine.The average value of water shortage was 76—282 mm,the water shortage for winter wheat was overall more in the north region of Henan province，while fewer in the south region.The above research results could provide reference for the development of quantitative management measures of winter wheat in Henan province.

Henan province; winter wheat; DSSAT model; water demand; spatial-temporal distribution

2016-09-20

河南省科技攻關項目(152102110134)；河南省重大科技專項(121100110900)；河南省重點科技攻關計劃項目(162102210378)；河南省超級產(chǎn)糧大省獎勵資金扶持糧油良種培育項目(推廣類)(ycm201513126)

陳丹丹(1987-)，女，河南尉氏人，助理研究員，碩士，主要從事作物模型模擬研究。E-mail：1095279667@qq.com李國強為共同第一作者。

*通訊作者：鄭國清(1964-)，男，河南淅川人，研究員，博士，主要從事精準農(nóng)業(yè)與作物系統(tǒng)模擬研究。 E-mail：zgqzx@hnagri.org.cn

S512.1；S126

A

1004-3268(2017)02-0153-08