[00114473]春小麦产量形成对干旱胁迫的响应模拟及补灌调控

1.课题来源和背景 本项目来源于国家自然科学基金项目。黄土高原是我国典型的旱作农业区,集中了我国三分之一的贫困人口,该区域雨养农业的可持续发展与国家的粮食安全和环境保护密切相关。但近年来随全球气候的变化,导致极端干旱和极端降水频发,农业生产所受的威胁日趋严重。面对频发干旱造成的粮食减产和绝收,采取适宜管理措施进行预先干预和补救,是行之有效的途径。 2.研究的目的与意义 结合模型、大田调控试验和长期定位试验,对已有的模型进行拓展研究,并利用模型模拟研究不同干旱胁迫组合条件对小麦产量形成的影响,确定干旱胁迫下春小麦产量形成过程中土壤水分的阈值区间,探讨春小麦产量形成在阈值区间的动态变化过程和响应机制,并以阈值为基础,建立优化调控模型,提出干旱胁迫下春小麦增产的最优补偿补灌方案。从而揭示半干旱地区制约小麦生产的水分限制因素,对实现旱地小麦潜力评估和调控等方面都具有重要的意义和应用价值,为旱作小麦精准高效栽培提供理论依据。 3.主要论点和意义 （1）本研究利用APSIM 模型模拟了不同干旱胁迫条件下小麦产量的形成过程,通过分析小麦产量形成对不同生育期、不同历时、不同程度干旱胁迫的响应机制,发现不同生育期干旱胁迫对春小麦产量的影响大小依次为：拔节期＞灌浆期＞抽穗期＞开花期＞出苗期＞无胁迫＞分蘖期 （2）小麦产量随灌水量呈“先增后降”的变换趋势,且灌水量达到300~400mm 时小麦产量和水分利用效率均达到最佳;小麦产量随干旱胁迫历时的增加大幅下降。 （3）利用数理统计和系统动力学原理确定了其响应的精确阈值,提出干旱胁迫下春小麦增产的最优补偿补灌方案,其中当灌水天数为出苗后第1 天、47 天、60 天、82 天、86 天,以及5 次总灌水量为343.09 mm 时,小麦产量为5 次灌水条件下的最大值5578.91kg·hm-2。当灌水天数为出苗后第1天、19 天、63 天、84 天,4 次总灌水量为369.76 mm 时,小麦产量达到最大为5071.90 kg·hm-2。当灌水天数为出苗后第1 天、50 天、83 天,3 次总灌水量为388.05 mm 时,小麦产量达到最大为4073.45 kg·hm-2。 （4）同时在此过程中形成了适用于研究区的土壤、作物和干旱胁迫因子的数据库,通过对模型参数的优化提高了其模拟精度,验证了模型对模拟研究区干旱胁迫下小麦产量形成的适宜性。 （5）发表科技论文29篇,培养博士研究生1名,硕士研究生3名。 4.创见与创新 （1）以精准调控影响小麦产量形成过程的主导因子为目标,把干旱胁迫调控条件设置为边界条件,对模型模拟干旱胁迫条件下春小麦产量形成过程的适宜进行拓展性研究。 （2）以该地区少水多变的特征为切入点,结合自然降水与土壤贮水之间的互补,运用系统工程的原理全面和系统地分析不同干旱胁迫时期、程度和历时的协同响应机制及调控方案。 5.社会经济效益,存在的问题 （1）研究区（甘肃旱作区）在中国干旱半干旱农业区具有广泛的代表性,项目针对旱地春小麦提出的应对气候变化的最优耕作方案可广泛的适用于中国的干旱地区。项目研究成果具有很大的社会经济效益应用潜力。 （2）标准气候、作物和土壤等基础属性数据库的建立与更新是模型应用的重要保证,而不同地区的气候、作物和土壤属性各不相同,因此模型的应用推广范围能否进一步扩大,还需要通过试验进一步扩大其适宜性验证,使之在黄土丘陵区具有更广泛的代表性。 6.历年奖励情况 无。