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Global sensitivity analysis of the AquaCrop model for winter wheat under different water treatments based on the extended Fourier amplitude sensitivity test 被引量:5
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作者 XING Hui-min XU Xin-gang +4 位作者 LI Zhen-hai CHEN Yi-jin FENG Hai-kuan YANG Gui-jun CHEN Zhao-xia 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2017年第11期2444-2458,共15页
Sensitivity analysis (SA) is an effective tool for studying crop models; it is an important link in model localization and plays an important role in crop model calibration and application. The objectives were to (... Sensitivity analysis (SA) is an effective tool for studying crop models; it is an important link in model localization and plays an important role in crop model calibration and application. The objectives were to (i) determine influential and non-influential parameters with respect to above ground biomass (AGB), canopy cover (CC), and grain yield of winter wheat in the Beijing area based on the AquaCrop model under different water treatments (rainfall, normal irrigation, and over-irrigation); and (ii) generate an AquaCrop model that can be used in the Beijing area by setting non-influential parameters to fixed values and adjusting influential parameters according to the SA results. In this study, field experiments were conducted during the 2012-2013,2013-2014, and 2014-2015 winter wheat growing seasons at the National Precision Agriculture Demonstration Research Base in Beijing, China. The extended Fourier amplitude sensitivity test (EFAST) method was used to perform SA of the AquaCrop model using 42 crop parameters, in order to verify the SA results, data from the 2013-2014 growing season were used to calibrate the AquaCrop model, and data from 2012-2013 and 2014-2015 growing seasons were val- idated. For AGB and yield of winter wheat, the total order sensitivity analysis had more sensitive parameters than the first order sensitivity analysis. For the AGB time-series, parameter sensitivity was changed under different water treatments; in comparison with the non-stressful conditions (normal irrigation and over-irrigation), there were more sensitive parameters under water stress (rainfall), while root development parameters were more sensitive. For CC with time-series and yield, there were more sensitive parameters under water stress than under no water stress. Two parameters sets were selected to calibrate the AquaCrop model, one group of parameters were under water stress, and the others were under no water stress, there were two more sensitive parameters (growing degree-days (GDD) from sowing to the maximum rooting depth (root) and the maximum effective rooting depth (rtx)) under water stress than under no water stress. The results showed that there was higher accuracy under water stress than under no water stress. This study provides guidelines for AquaCrop model calibration and application in Beijing, China, as well providing guidance to simplify the AquaCrop model and improve its precision, especially when many parameters are used. 展开更多
关键词 winter wheat aquacrop model sensitivity analysis EFAST method sensitive parameter
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Improving maize growth and development simulation by integrating temperature compensatory effect under plastic film mulching into the AquaCrop model 被引量:1
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作者 Chao Zhang Jiying Kong +3 位作者 Min Tang Wen Lin Dianyuan Ding Hao Feng 《The Crop Journal》 SCIE CSCD 2023年第5期1559-1568,共10页
Temperature compensatory effect, which quantifies the increase in cumulative air temperature from soil temperature increase caused by mulching, provides an effective method for incorporating soil temperature into crop... Temperature compensatory effect, which quantifies the increase in cumulative air temperature from soil temperature increase caused by mulching, provides an effective method for incorporating soil temperature into crop models. In this study, compensated temperature was integrated into the AquaCrop model to investigate the capability of the compensatory effect to improve assessment of the promotion of maize growth and development by plastic film mulching(PM). A three-year experiment was conducted from2014 to 2016 with two maize varieties(spring and summer) and two mulching conditions(PM and non-mulching(NM)), and the AquaCrop model was employed to reproduce crop growth and yield responses to changes in NM, PM, and compensated PM. A marked difference in soil temperature between NM and PM was observed before 50 days after sowing(DAS) during three growing seasons. During sowing–emergence and emergence–tasseling, the increase in air temperature was proportional to the compensatory coefficient, with spring maize showing a higher compensatory temperature than summer maize. Simulation results for canopy cover(CC) were generally in good agreement with the measurements, whereas predictions of aboveground biomass and grain yield under PM indicated large underestimates from 60 DAS to the end of maturity. Simulations of spring maize biomass and yield showed general increase based on temperature compensation, accompanied by improvement in modeling accuracy, with RMSEs decreasing from 2.5 to 1.6 t ha^(-1)and from 4.1 t to 3.4 t ha^(-1). Improvement in biomass and yield simulation was less pronounced for summer than for spring maize, implying that crops grown during low-temperature periods would benefit more from the compensatory effect. This study demonstrated the effectiveness of the temperature compensatory effect to improve the performance of the AquaCrop model in simulating maize growth under PM practices. 展开更多
关键词 Plastic film mulching Soil temperature Compensatory effect aquacrop model Maize growth
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Modeling of Different Irrigation Methods for Maize Using AquaCrop Model: Case Study
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作者 Thamer Thamer Nadine Nassif +2 位作者 Ayad Almaeini Nadhir Al-Ansari Diaa Hassan 《Engineering(科研)》 2021年第8期472-492,共21页
<span style="font-family:Verdana;">Modeling of irrigation methods </span><span style="font-family:Verdana;">is</span><span style="font-family:""><spa... <span style="font-family:Verdana;">Modeling of irrigation methods </span><span style="font-family:Verdana;">is</span><span style="font-family:""><span style="font-family:Verdana;"> one of the most important techniques that contribute to the future of modern agriculture. This will conserve water as water scarcity is a major threat for agriculture. In this study, AquaCrop model was used to model different irrigation methods of maize in field trails in Al-Yousifya, 15 km Southwest of Baghdad. Field experiments were conducted for two seasons during 2016 and 2017 using five irrigation methods including furrow, surface drip and subsurface drip with three patterns of emitter depth (10, 20 and 30 cm) irrigation. AquaCrop simulations of biomass, grain yield, harvest index and water productivity were validated using different statistical parameters under the natural conditions obtained in the study area. For 2016 and 2017 seasons, results of R</span><sup><span style="font-family:Verdana;">2</span></sup><span style="font-family:Verdana;"> were 0.98 and 0.99, 0.99 and 0.99, 0.99 and 0.97, and 0.8 and 0.73 for biomass, grain yield, harvest index and water productivity, respectively. The study has conducted that simulation using AquaCrop is considered very efficient tool for modeling of different irrigation applications</span><span style="font-family:Verdana;"> for maize production under the existing conditions</span><span style="font-family:Verdana;"> in the central region of Iraq. 展开更多
关键词 aquacrop model Grain Yield MAIZE Subsurface Drip Irrigation Water Productivity
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Aquacrop Model Calibration in Potato and Its Use to Estimate Yield Variability under Field Conditions 被引量:6
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作者 Antonio de la Casa Gustavo Ovando +1 位作者 Luciano Bressanini Jorge Martínez 《Atmospheric and Climate Sciences》 2013年第3期397-407,共11页
AquaCrop model estimates the crop productivity decrease in response to water stress, determining the biomass (B) based on water productivity (WP) and accumulated transpiration (ΣTr);and the yield (Y) is calculated ac... AquaCrop model estimates the crop productivity decrease in response to water stress, determining the biomass (B) based on water productivity (WP) and accumulated transpiration (ΣTr);and the yield (Y) is calculated according to B and the harvest index (HI). AquaCrop was evaluated considering different WP values for 2010 late growing season to simulate crop yield of potato (Solanum tuberosum L.) cv. Spunta, in a commercial production field of 9 ha located in the green belt of Cordoba city (31°30'S, 64°08'W, 402 m asl), while monitoring in 2009 was used to verify the model. Canopy cover estimation by AquaCrop was adjusted using observed field data obtained from vertical digital photographs acquired at 2.5 m height. WP values of 15.8 and 31.6 (for C3 and C4 species, respectively) and two intermediate values 21 and 26.3 g·mˉ2 were considered to evaluate the model performance. While linear function between observed tuber yields and estimated by AquaCrop had always a correlation coefficient greater than 0.94 (p 0.001), using WP = 26.3 and WP =31.6 g·mˉ2 presented overestimation, whereas with 15.8 g·mˉ2 had an opposite behavior, while WP = 21 g·mˉ2 was the value that produced the lowest estimation error. In addition, soil moisture from this estimated value of WP was highly correlated with measured water content in different areas of production field. The verification test shows that while the model slightly underestimates canopy cover, biomass was overestimated. After setting the coefficients of canopy cover development, the AquaCrop crop model estimated adequately potato yield for high production values that are less affected by lack of water, but in both years showed a tendency to overestimate the lowest yields, as was observed for other crops. Meanwhile, the dispersion between the observed and estimated yield was higher in the verification test because the sampling this year was more random. 展开更多
关键词 POTATO CANOPY COVER aquacrop model SOIL Water CONTENT
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Simulation and evaluation of tomato growth by AquaCrop model under different agricultural waste materials
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作者 Changquan Zhou Wenju Zhao +2 位作者 Haolin Li Feng Ma Keqian Wu 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE 2024年第5期112-119,共8页
This study aimed to enhance the utilization of agricultural waste and identify the most suitable agricultural waste materials for tomato cultivation. It utilized a locally modified substrate labeled as CK, along with ... This study aimed to enhance the utilization of agricultural waste and identify the most suitable agricultural waste materials for tomato cultivation. It utilized a locally modified substrate labeled as CK, along with five different groups of agricultural waste materials, designated as T1 (organic fertilizer: loessial soil: straw in a ratio of 4:5:1), T2 (organic fertilizer: loessial soil: straw: grains in a ratio of 3:5:1:1), T3 (organic fertilizer: loessial soil: straw: grains in a ratio of 2:5:1:2), T4 (organic fertilizer:loessial soil:straw:grains in a ratio of 1:5:1:3), and T5 ( loessial soil:straw:grains in a ratio of 5:1:4), the AquaCrop model was employed to validate soil water content and tomato growth and yield under these treatments. Furthermore, a multi-objective genetic algorithm was employed to determine the optimal agricultural waste materials that would ensure maximum tomato yield, water use efficiency (WUE), partial factor productivity of fertilizer (PFP) and sugar-acid ratio. The results indicated that the AquaCrop model reasonably simulated volumetric soil water content, tomato canopy cover, and biomass, with root mean square error (RMSE) ranges of 20.0-69.4 mm, 15.2%-25.1%, and 1.093-3.469 t/hm2, respectively. The CK group exhibited an R-squared (R2) value of 0.63 for volumetric soil water contents, while the ratio scenarios showed R2 values exceeding 0.80. The multi-objective genetic optimization algorithm identified T5 as the optimal ratio scenario, resulting in maximum tomato yield, WUE, PFP, and quality. This study offers a theoretical foundation for the efficient utilization of agricultural wastes and the production of high-quality fruits and vegetables. 展开更多
关键词 agricultural waste materials aquacrop model NSGA-II algorithm TOMATO QUALITY
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基于AquaCrop模型的晋南冬小麦根区灌溉制度优化研究
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作者 许鸿鑫 郭瑾 +3 位作者 郑利剑 马娟娟 白继中 孙西欢 《节水灌溉》 北大核心 2025年第8期44-51,共8页
为了构建根区灌溉下AquaCrop模型并优化根区灌溉下的冬小麦灌溉制度,于2022-2024年在山西运城进行为期2 a的大田试验,设置2组根区灌溉模式:地下40 cm埋设滴灌管道(T1),地表滴灌加地下40 cm埋设滴灌管道(地表与地下灌水比例为3∶7,T2)。... 为了构建根区灌溉下AquaCrop模型并优化根区灌溉下的冬小麦灌溉制度,于2022-2024年在山西运城进行为期2 a的大田试验,设置2组根区灌溉模式:地下40 cm埋设滴灌管道(T1),地表滴灌加地下40 cm埋设滴灌管道(地表与地下灌水比例为3∶7,T2)。利用田间试验数据实现根区灌溉下AquaCrop模型的参数本地化校准,并综合产量和水分利用效率对不同水文年下根区灌溉冬小麦进行灌溉制度优化研究和评价。结果表明:①构建的根区灌溉下的AquaCrop模型对冬小麦生长发育的模拟精度较高,冠层覆盖度的R2为0.99、CVRMSE为1.4%~4.0%、d为0.97~1.00;生物量模拟R2为0.93~0.95、CVRMSE为19.3%~23.8%、d为0.93~0.94;土壤水分模拟R2为0.78~0.93、CVRMSE为11.0%~20.8%、d为0.87~0.93;②根区灌溉提高了水分利用效率,平水年条件下水分利用效率可达2.44 kg/m^(3);③特枯年和枯水年以T1处理效果最佳,宜采用4次灌水(越冬期、拔节期、抽穗期和灌浆期各67.5 mm);平水年以T2处理略优,宜采用3次灌水(越冬期、拔节期和抽穗期各67.5 mm);丰水年2种处理表现相当,宜优先保证2次灌水(越冬期和拔节期各67.5 mm)效果最佳。 展开更多
关键词 冬小麦 根区灌溉 aquacrop模型 灌溉制度 水分利用效率
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基于AquaCrop模型的河北平原冬小麦灌溉制度优选研究 被引量:1
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作者 玄梓煜 张晓涛 +1 位作者 党红凯 牛俊 《灌溉排水学报》 2025年第5期10-19,共10页
【目的】评价AquaCrop作物模型对河北平原典型站点冬小麦生长过程模拟的准确性,筛选适宜的冬小麦灌溉制度。【方法】于2022年10月—2023年6月在河北省衡水地区开展冬小麦大田试验,试验共设置了一水(W1)、二水(W2)、三水(W3)和四水(W4)4... 【目的】评价AquaCrop作物模型对河北平原典型站点冬小麦生长过程模拟的准确性,筛选适宜的冬小麦灌溉制度。【方法】于2022年10月—2023年6月在河北省衡水地区开展冬小麦大田试验,试验共设置了一水(W1)、二水(W2)、三水(W3)和四水(W4)4种灌溉制度,利用田间观测冬小麦生长数据对AquaCrop模型的作物参数进行校准,结合2020—2021年与2022—2023年冬小麦生长及产量数据,进行模型验证与灌溉制度优选。【结果】率定后的AquaCrop模型在模拟冬小麦冠层覆盖度、地上生物量以及土壤含水率方面的效果较好,决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、归一化均方根误差(NRMSE)、纳什系数(EF)以及一致性指数(d)分别>0.85、<4.5、<12、>0.8和>0.9;2022年不同处理下冬小麦产量的相对误差(RE)平均值低于2021年。2021年和2022年,W3灌溉制度下冬小麦的水分利用率分别为1.88 kg/m^(3)和2.35 kg/m^(3)。【结论】4种灌溉制度中,W3处理能够有效提高冬小麦的水分利用率与产量,经参数率定优化的AquaCrop模型能够较好地模拟河北平原典型站点冬小麦生长过程,为后续AquaCrop模型应用于河北平原区域尺度模拟提供基础。 展开更多
关键词 aquacrop模型 河北平原 冬小麦 模型验证 灌溉制度
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基于AquaCrop和NSGA-II的南疆核桃地下滴灌灌溉制度优化
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作者 徐静波 赵经华 +2 位作者 杨荣 阎洁 张在男 《农业工程学报》 北大核心 2025年第14期102-112,共11页
为探究南疆核桃适宜的地下滴灌灌溉制度,该研究于2023年和2024年在新疆阿克苏地区对树龄16 a的“温185”核桃进行试验,设置75%ET_(c)(ET_(c)为作物蒸发蒸腾量,W1)、100%ET_(c)(W2)、125%ET_(c)(W3)和150%ET_(c)(W4)4种灌水定额处理,构... 为探究南疆核桃适宜的地下滴灌灌溉制度,该研究于2023年和2024年在新疆阿克苏地区对树龄16 a的“温185”核桃进行试验,设置75%ET_(c)(ET_(c)为作物蒸发蒸腾量,W1)、100%ET_(c)(W2)、125%ET_(c)(W3)和150%ET_(c)(W4)4种灌水定额处理,构建了基于AquaCrop模型和NSGA-II算法的核桃灌溉制度优化模型,以产量最大化,灌水量最小为目标函数对模型求解,通过利用优劣解距离法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)对最优解集进行评价,得到南疆地下滴灌核桃的最优灌溉制度。结果表明,适当增加灌水定额可以提高核桃产量,水分利用效率与灌溉水利用效率随灌水定额的增加而减少;AquaCrop模型模拟2 a冠层覆盖度的决定系数R2≥0.94,均方根误差(root mean square error,RMSE)和标准化均方根误差(normal1zed root mean square error,NRMSE)分别为3.01%~8.52%和5.02%~17.71%,Nash效率系数(Nash-Sutcliffe model effciency coefficient,EF)和拟合度指数(d)分别为0.57~0.89和0.90~0.99;模拟值与实测土壤含水率R2≥0.82,RMSE和NRMSE分别为9.02%~21.51%和4.31%~9.81%,EF和d分别为0.41~0.79和0.89~0.95;产量模拟值与实测值R2、RMSE、NRMSE、EF和d变化范围分别为0.89~0.95、114.57~178.73 kg/hm^(2)、0.04%~0.05%、0.14~0.48和0.86~0.88;AquaCrop模拟不同灌水场景模拟结果表明,方案T9灌溉定额为6500 m^(3)/hm^(2),灌水周期为7 d时产量最高达4080.34 kg/hm^(2);基于AquaCrop-NSGA-II算法的双目标优化模型优化结果显示,最佳灌水方案S7灌水周期为11 d,总灌溉量为3520.22 m^(3)/hm^(2),产量为4021.75 kg/hm^(2),与AquaCrop模型模拟得到的最大产量对应的灌水方案T9相比,产量仅下降了1.44%,但灌溉用水量减少了2979.78 m^(3)/hm^(2)。推荐南疆核桃地下滴灌灌溉周期为11 d,灌水次数为10次,灌溉定额为3520.22 m^(3)/hm^(2)。该研究构建的基于AquaCrop模型模拟及多目标优化算法可以用于优化南疆核桃地下滴灌灌溉制度。 展开更多
关键词 灌溉 aquacrop模型 优化 地下滴灌 核桃
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基于AquaCrop模型和水足迹理论的冬小麦水氮方案优化 被引量:1
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作者 贾一凡 王昊 +2 位作者 韩策 徐征和 刘玉玉 《灌溉排水学报》 2025年第5期30-39,共10页
【目的】在不同水文年背景下,利用AquaCrop模型筛选不同施氮水平下的冬小麦最佳灌水方案,结合水足迹理论进行方案分析,评价AquaCrop模型对水肥耦合的模拟性能,为位山灌区农业水资源利用效率提升提供参考。【方法】基于位山灌区田间试验... 【目的】在不同水文年背景下,利用AquaCrop模型筛选不同施氮水平下的冬小麦最佳灌水方案,结合水足迹理论进行方案分析,评价AquaCrop模型对水肥耦合的模拟性能,为位山灌区农业水资源利用效率提升提供参考。【方法】基于位山灌区田间试验数据对AquaCrop模型参数进行校准,使AquaCrop模型能较好地模拟灌区冬小麦产量、地上生物量。通过评估典型水文年3个施氮水平下共76种灌水方案下的产量和灌溉水利用效率,筛选最优灌水方案,并结合土壤水分动态平衡模型进行水足迹分析。【结果】施氮量为218 kg/hm^(2)时,湿润年2008—2009年最佳灌水方案为P10(灌溉时间为拔节期、灌浆期,总灌溉定额108 mm);平水年2019—2020年最佳灌溉方案为P41(灌溉时间为抽穗期、灌浆期,总灌溉定额162 mm);干旱年2012—2013年最佳灌溉方案为P26(灌溉时间为抽穗期、灌浆期,总灌溉定额136 mm)。198、178 kg/hm^(2)施氮量对应的各典型水文年最佳灌水方案与218 kg/hm^(2)施氮量大致相同。【结论】灌溉水短缺条件下,在冬小麦抽穗期和灌浆期优先灌溉可带来较大收益。3种方案的水足迹作用过程均以绿水足迹为主,蓝水足迹在拔节期、抽穗期、灌浆期起到辅助作用,湿润年的蓝水足迹占比相较于平水年和干旱年较小。 展开更多
关键词 aquacrop模型 灌溉方案 水足迹 水肥耦合 冬小麦
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基于AquaCrop模型的水稻多目标灌溉制度优化研究 被引量:10
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作者 马超 吴天傲 +2 位作者 章伟忠 李江 缴锡云 《灌溉排水学报》 CAS CSCD 2024年第1期9-16,共8页
【目的】优化现有水稻灌溉制度,节约灌溉用水量,减少稻田氮磷流失量以降低面源污染风险。【方法】构建了基于AquaCrop模型和NSGA-Ⅱ算法的水稻灌溉制度模拟优化模型,利用水稻田间试验数据,开展以产量最大、氮磷流失量最小、灌水次数最少... 【目的】优化现有水稻灌溉制度,节约灌溉用水量,减少稻田氮磷流失量以降低面源污染风险。【方法】构建了基于AquaCrop模型和NSGA-Ⅱ算法的水稻灌溉制度模拟优化模型,利用水稻田间试验数据,开展以产量最大、氮磷流失量最小、灌水次数最少的3种目标组合(产量-氮磷流失量(Y-TNP)、产量-灌水次数(Y-N)、产量-氮磷流失量-灌水次数(Y-TNP-N))下的灌溉制度优化模型研究,提出适应不同生育期降水年型的稳产-控污-提效灌溉制度。【结果】(1)与常规灌溉相比,Y-TNP灌溉制度优化水稻产量下降2.14%,氮磷流失量减少23.09%;Y-N灌溉制度优化水稻产量下降1.76%,灌水次数减少53%;Y-TNP-N灌溉制度优化水稻产量下降2.64%,氮磷流失量减少22.83%,灌水次数减少2次。(2)不同典型年以Y-TNP-N为目标优化的稳产-控污-提效灌溉制度水稻产量介于7.74~7.78 t/hm^(2),同时大幅度减少灌水量进而降低氮磷流失量。【结论】AquaCrop模型可模拟试验区水稻的生长发育过程,本文构建的模拟-优化耦合模型可用于优化不同生育期降水年型下稳产-控污-提效的灌溉制度。 展开更多
关键词 水稻 灌溉制度 aquacrop模型 NSGA-Ⅱ优化算法 面源污染
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基于AquaCrop模型的芝麻作物参数敏感性分析及模型适用性评价 被引量:3
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作者 李梦瑶 关皓月 +5 位作者 张建涛 黄明 李丰 戎亚思 李友军 李国强 《河南农业科学》 北大核心 2024年第7期149-159,共11页
为探明AquaCrop模型芝麻作物参数校准方法,验证模型适用性,以2022—2023年试验数据为基础,通过查阅文献资料,确定芝麻参数初始值和取值范围,采用EFAST方法对AquaCrop模型53个作物参数进行全局敏感性分析、模拟结果的不确定分析并进行参... 为探明AquaCrop模型芝麻作物参数校准方法,验证模型适用性,以2022—2023年试验数据为基础,通过查阅文献资料,确定芝麻参数初始值和取值范围,采用EFAST方法对AquaCrop模型53个作物参数进行全局敏感性分析、模拟结果的不确定分析并进行参数校准验证。结果表明,对各处理最大生物量均敏感的参数有27个,其中全局敏感性指数(TS_(i))均大于0.3的参数有CDM、CDSE、POFE、RSWT、PSENSP、PSTOSP、RSWB和ECSW;对各处理籽粒产量均敏感的参数有14个,其中TS_(i)均大于0.2的参数有POHX、RSWT、CDSE、DMCON、PSTO和PSTOSP。校准验证过程中冠层覆盖度和地上部生物量模拟值和实测值决定系数(R2)分别介于0.875~0.954、0.951~0.970;标准均方根误差(NRMSE)分别介于11.5%~18.1%、18.9%~27.7%;纳什效率系数(NSE)分别介于0.873~0.940、0.930~0.959。籽粒产量模拟值与实测值相对误差介于0.03~0.07。本地化后的AquaCrop模型能够较好地模拟芝麻生长发育过程,可用于芝麻优化管理或未来产量预测。 展开更多
关键词 芝麻 aquacrop模型 参数敏感性 EFAST 适用性
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基于AquaCrop模型的塔额盆地夏玉米节水潜力分析 被引量:5
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作者 任聪哲 范文波 +3 位作者 乔长录 王世威 李顺顺 刘雨 《干旱地区农业研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期140-149,209,共11页
以AquaCrop模型为基础,结合2021—2022年塔额盆地夏玉米实测数据,对模型部分保守参数和产量模块的标准水分生产力(WP*)和参考收获指数(HI 0)进行校准与验证,通过设置起始灌水时间、灌溉定额和灌水周期三因素交叉试验,对夏玉米进行产量模... 以AquaCrop模型为基础,结合2021—2022年塔额盆地夏玉米实测数据,对模型部分保守参数和产量模块的标准水分生产力(WP*)和参考收获指数(HI 0)进行校准与验证,通过设置起始灌水时间、灌溉定额和灌水周期三因素交叉试验,对夏玉米进行产量模拟,分析其产量与作物水分利用效率受灌溉定额和起始灌水时间的影响程度,在产量和作物水分利用效率均为较高值的前提下选择最优灌溉方案。以实际夏玉米播种面积为参考值,模拟并预测2022年及未来4年在不同灌溉方案下的夏玉米产量和节水总量,并依此分析塔额盆地夏玉米节水潜力。结果表明:(1)对AquaCrop模型作物生长模块主要参数、土壤水分胁迫参数和产量模块参数WP*和HI 0进行参数率定,最终产量模块参数选择WP*=35 g·m^(-2)、HI 0=43%,2021年和2022年产量模拟相对误差值分别为1.26%和1.07%。(2)结合模型模拟得出最优灌溉方案如下:起始灌水时间5月20日,灌溉定额470 mm,灌水周期7 d,灌水11次,作物水分利用效率2.005 kg·m^(-3),产量9.423 t·hm^(-2)。(3)以2022年为现状水平年,最优灌溉方案下,现状水平年和未来水平年(2022—2025年)可分别实现节水量2.1338×10^(5)、2.1826×10^(5)、2.1992×10^(5) m^(3)和2.2306×10^(5) m^(3)。 展开更多
关键词 夏玉米 节水潜力 aquacrop模型 塔额盆地
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AquaCrop模型对不同灌溉定额下盐碱地青贮玉米生长模拟及适用性评价 被引量:2
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作者 张萌 田军仓 《节水灌溉》 北大核心 2024年第11期10-17,共8页
为探明宁夏引黄灌区盐碱地青贮玉米生长适宜的灌水量及AquaCrop模型在引黄灌区的适应性。以当地农业公司灌溉定额的95%为高水平,设置3个不同处理:低水平280.5 mm(W1)、中水平382.5 mm(W2)、高水平484.5 mm(W3),研究不同灌溉定额对青贮... 为探明宁夏引黄灌区盐碱地青贮玉米生长适宜的灌水量及AquaCrop模型在引黄灌区的适应性。以当地农业公司灌溉定额的95%为高水平,设置3个不同处理:低水平280.5 mm(W1)、中水平382.5 mm(W2)、高水平484.5 mm(W3),研究不同灌溉定额对青贮玉米的效应,并基于2 a的试验数据对AquaCrop模型进行率定、验证,以水分利用效率最大为目标确定出较优的灌溉方案。2023年W3处理下的0~40 cm土层土壤含水率(SWC)均高于W1处理和W2处理;各处理在生物量平均值和产量表现为W3处理>W2处理>W1处理。各处理SWC模拟值与实测值的R^(2)、EF和RMSE分别为0.73~0.79、0.67~0.75、0.35%~2.40%;冠层覆盖度模拟值和实测值的R^(2)、EF和RMSE分别为0.90~0.96、0.98~0.99、2.38%~8.00%;生物量模拟值和实测值的R^(2)、EF分别为0.91~0.95、0.97~0.99,RMSE为2.03~2.05 t/hm^(2);产量模拟值和实测值的RE为1.40%~2.46%,R^(2)为0.98,水分利用效率模拟值和实测值的RE为0.73%~3.94%,R^(2)为0.97。说明AquaCrop模型能较好地模拟宁夏引黄灌区青贮玉米的生长过程;以节水增产为目标,灌溉定额为382.5 mm时,青贮玉米水分利用效率较优。 展开更多
关键词 aquacrop模型 青贮玉米 冠层覆盖度 生物量和产量 WUE 灌溉定额
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基于AquaCrop模型的滇西地区玉米最佳种植密度 被引量:1
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作者 贾晗思 石应玲 +2 位作者 字雪明 廖明山 杨柯 《云南农业大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2024年第6期169-176,共8页
【目的】研究AquaCrop模型在滇西地区的适应性及不同降雨年型下的玉米最佳种植密度。【方法】利用研究区多年玉米种植密度试验数据,优化并验证AquaCrop模型参数,评估模型的精度和区域适应性;采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线筛选出1980—2021年... 【目的】研究AquaCrop模型在滇西地区的适应性及不同降雨年型下的玉米最佳种植密度。【方法】利用研究区多年玉米种植密度试验数据,优化并验证AquaCrop模型参数,评估模型的精度和区域适应性;采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线筛选出1980—2021年降雨量丰水年、平水年和枯水年,使用模型研究不同年型下6种种植密度的玉米产量。【结果】AquaCrop模型能够准确模拟滇西地区丰水年、平水年和枯水年不同种植密度下的玉米产量。丰水年、平水年和枯水年的最佳种植密度分别为7.885×10^(4)、7.843×10^(4)和7.774×10^(4)株/hm^(2),相比传统种植模式增产38.14%~41.75%。【结论】在滇西地区,玉米的最佳种植密度为7.8×10^(4)株/hm^(2)。该结论对提高玉米产量、保障粮食安全和提升土地利用效率具有重要意义。 展开更多
关键词 玉米 种植密度 aquacrop模型 产量模拟
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三江平原白浆土区雨养玉米AquaCrop模型模拟研究 被引量:1
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作者 李思琪 王俊洁 +4 位作者 孟明雪 王子康 孟子惟 王一帆 蒲晓 《首都师范大学学报(自然科学版)》 2024年第5期74-80,共7页
本研究评价AquaCrop模型对三江平原白浆土区雨养玉米生长过程模拟和产量估算的适用性,在模型参数率定和校准的基础上与其他气候区研究进行对比。结果表明,AquaCrop模型很好地模拟了三江平原白浆土区雨养玉米农田土壤含水量、雨养玉米生... 本研究评价AquaCrop模型对三江平原白浆土区雨养玉米生长过程模拟和产量估算的适用性,在模型参数率定和校准的基础上与其他气候区研究进行对比。结果表明,AquaCrop模型很好地模拟了三江平原白浆土区雨养玉米农田土壤含水量、雨养玉米生物量和产量。土壤含水量、雨养玉米生物量、雨养玉米产量观测值和模拟值的均方根误差范围分别为0.80%~1.02%、0.372~0.995 t/hm^(2)、0.563~1.040 t/hm^(2),其一致性指数范围分别为0.8789~0.9907、0.9927~0.9989、0.9824~0.9889。不同气候区的玉米AquaCrop模型参数率定存在异同,其中冠层生长指数和冠层蒸腾作物系数的率定值存在明显差异,而归一化水分生产力、冠层衰减系数、最大冠层盖度和收获指数等参数的率定值差异较小。在模型使用时,如遇播种时间明显提前,适当延长最大冠层参数对应时间可有效调整提前播种产生的模拟结果偏差。 展开更多
关键词 aquacrop模型 雨养玉米 生物量 产量 三江平原
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基于AquaCrop模型的玉米产量与水分利用效率模拟
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作者 唐博文 孟凡香 +2 位作者 孟波 王瑾 范一鸣 《南水北调与水利科技(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1224-1238,共15页
以黑龙江省松嫩平原为研究区,探究不同降水年类型下灌溉对玉米产量和水分利用效率(water use efficiency,E_(WU))的影响,并制定科学合理的玉米灌溉方案,以提高农业水资源的利用效率。考虑玉米不同生育期和灌水定额的影响,共拟定37种灌... 以黑龙江省松嫩平原为研究区,探究不同降水年类型下灌溉对玉米产量和水分利用效率(water use efficiency,E_(WU))的影响,并制定科学合理的玉米灌溉方案,以提高农业水资源的利用效率。考虑玉米不同生育期和灌水定额的影响,共拟定37种灌溉方案,并将其输入本地化的水作物模型(AquaCrop)中进行模拟分析。探究不同降水年类型下雨养和灌溉对玉米产量、水分利用效率和灌溉水利用效率(irrigation water use efficiency,E_(IWU))的影响,确定关键灌溉期。通过对不同降水年类型下玉米产量和E_(WU)的对比关系进行分析,确定最优的灌溉制度。结果表明:AquaCrop模型能较好地模拟松嫩平原玉米的生长过程;在玉米关键生育期,适时适量的灌溉能确保作物获得足够的水分,减少产量损失,提高E_(WU),但过度灌溉会导致两者降低;综合考虑玉米产量和E_(WU),在特枯水年,苗期-拔节期(20 mm)、拔节-抽雄期(60 mm)和抽雄-灌浆期(60 mm)为最优灌溉方案;在枯水年,拔节-抽雄期(60 mm)和抽雄-灌浆期(60 mm)为最优灌溉方案,平水年和丰水年降水可以满足玉米水分需求,不需要灌溉。研究可为黑龙江省松嫩平原地区制定更加合理有效的玉米灌溉制度提供相应的理论依据,从而更好地应对气候变化和水资源短缺带来的挑战,保障粮食安全。 展开更多
关键词 玉米 aquacrop模型 产量 水分利用效率 灌溉水利用效率
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基于水热耦合的冬小麦-夏玉米产量响应与变化预测 被引量:1
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作者 任贺靖 路凯超 +1 位作者 蔡甲冰 侯立柱 《农业机械学报》 北大核心 2025年第2期429-443,484,共16页
全球气候变化对未来粮食产量影响巨大。水分和温度是冬小麦-夏玉米生长过程中最重要的环境因子,显著影响其产量。利用华北平原保定灌溉试验站2006—2015年冬小麦-夏玉米灌溉试验数据对AquaCrop模型进行参数率定与校核,依据Blank型、Stew... 全球气候变化对未来粮食产量影响巨大。水分和温度是冬小麦-夏玉米生长过程中最重要的环境因子,显著影响其产量。利用华北平原保定灌溉试验站2006—2015年冬小麦-夏玉米灌溉试验数据对AquaCrop模型进行参数率定与校核,依据Blank型、Stewart型、Jensen型、Minhas型4种经典的水分生产函数,构建冬小麦-夏玉米生育期内各阶段积温、耗水量和产量之间的水热生产函数;在此基础上,利用第六次国际耦合模式比较计划CMIP6中海-气耦合全球气候MIROC6模式数据来考虑未来气候变化情景,对低强迫排放情景(SSP1-RCP2.6和SSP4-RCP3.4)、中等强迫排放情景(SSP2-RCP4.5)、中等至高强迫排放情景(SSP3-RCP7.0)和高强迫排放情景(SSP5-RCP8.5)等5种未来气候变化情景的逐日降雨量与气温数据进行降尺度分析,并结合构建的水热生产函数对冬小麦-夏玉米产量变化进行分析和预测。结果表明:经多年灌溉试验数据校核后的AquaCrop模型可以较好地模拟该地区冬小麦-夏玉米生长过程,夏玉米产量模拟值与实测值间的决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、标准化均方根误差(NRMSE)和一致性系数(d)分别为0.91、0.58 t/hm^(2)、0.06、0.97,冬小麦分别为0.80、0.42 t/hm^(2)、0.10、0.94。通过AquaCrop模型模拟的多年数据构建了4种水热生产函数,其中Jensen型生产函数效果最好;冬小麦在抽穗-灌浆期对水分最敏感,返青-拔节期积温对产量影响效应最明显,而夏玉米在拔节-抽穗期对水分最敏感,本阶段积温对产量的影响效应也最明显。在未来气候变化的5种排放情景下,冬小麦潜在产量呈波动趋势,但均高于当前时期的多年平均潜在产量,在SSP3-RCP7.0情景更适合生长发育;夏玉米潜在产量整体呈上升趋势,在SSP1-RCP2.6情景更适合生长发育。在未来5种气候情景下,仅考虑水热条件补充灌溉对冬小麦潜在产量的贡献率为70%左右;生育期降雨量对夏玉米潜在产量的贡献率为94%左右。研究结果可评估未来气候变化下粮食作物产量变化情况,为保障国家粮食安全战略提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 冬小麦-夏玉米 积温 产量 aquacrop模型 水热耦合 CMIP6
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基于EFAST方法的AquaCrop作物模型参数全局敏感性分析 被引量:35
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作者 邢会敏 相诗尧 +4 位作者 徐新刚 陈宜金 冯海宽 杨贵军 陈召霞 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期64-76,共13页
【目的】敏感性分析是作物模型本地化过程中的重要环节,对作物模型的校正与应用有重要的意义。【方法】本研究以国家精准农业示范研究基地2012—2013、2013—2014和2014—2015年冬小麦试验为研究对象,采用全局敏感性分析方法扩展傅里叶... 【目的】敏感性分析是作物模型本地化过程中的重要环节,对作物模型的校正与应用有重要的意义。【方法】本研究以国家精准农业示范研究基地2012—2013、2013—2014和2014—2015年冬小麦试验为研究对象,采用全局敏感性分析方法扩展傅里叶幅度检验法(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test,EFAST)对AquaCrop模型42个作物参数进行敏感性分析,以评估模型在北京地区的敏感参数。【结果】(1)对干生物量敏感作物参数是:水分和温度胁迫参数(生物量生产的最小生长度(stbio),引起冠层早衰的土壤水分消耗上限(psen))、生物量和产量参数(归一化水分生产力(wp))、蒸散参数(作物冠层形成后到衰老之前的作物系数(kcb))、作物冠层和物候发展参数(冠层生长系数(cgc),从播种到出苗时长(eme),最大冠层覆盖度(mcc),冠层衰老系数(cdc),从播种到成熟的时长(mat),产量形成过程中收获指数的建立长度(hilen))。其中stbio,kcb,wp和cgc 4个作物参数敏感性指数最大;(2)对冠层覆盖度最敏感的参数是:作物冠层和物候发展参数(cgc,mcc,每公顷株数(den),出苗率达到90%时的土壤覆盖度(ccs),mat和cdc)、根区发展参数(最大有效根深(rtx))、水分和温度胁迫参数(psen)、蒸散参数(kcb);(3)对产量最敏感的参数是作物冠层和物候发展参数(从播种到开花时长(flo),mat,cdc,hilen和从播种到开始衰老时长(sen))、水分和温度胁迫参数(psen)、生物量和产量参数(参考收获指数(hi)和wp)、蒸散参数(kcb)。【结论】利用EFAST方法对AquaCrop模型中的作物参数进行一阶和全局敏感分析,最大干物量的敏感性分析结果以及干生物量随时间变化的敏感性分析结果显示,敏感性参数的选择上差异不大,但排序上存在较大的差异,最大干生物量的敏感性分析不能分析作物参数对干生物量在整个生育期的影响,结果不全面;冠层覆盖度随时间变化的一阶和全局敏感性分析结果显示,在敏感参数的选择和排序上均有较好的一致性,全局敏感性分析中作物参数的敏感性指数更高,对冠层覆盖度的影响表现得更明显。本研究结果用于AquaCrop模型本地化,可提高该模型在北京地区的模拟效率和模拟精度。 展开更多
关键词 冬小麦 aquacrop模型 敏感性分析 EFAST方法 干生物量
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冬小麦生物量和产量的AquaCrop模型预测 被引量:41
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作者 杜文勇 何雄奎 +3 位作者 Shamaila Z 胡振方 曾爱军 Muller J 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期174-178,183,共6页
以华北地区冬小麦为研究对象,将AquaCrop作物生长模型应用到滴灌、喷灌、漫灌中,对模型主要参数如气象、土壤、作物特性等进行调整,并对作物产量和生物量模拟的有效方法进行了研究。模拟结果表明,产量和收获时地上部分生物量的模拟值与... 以华北地区冬小麦为研究对象,将AquaCrop作物生长模型应用到滴灌、喷灌、漫灌中,对模型主要参数如气象、土壤、作物特性等进行调整,并对作物产量和生物量模拟的有效方法进行了研究。模拟结果表明,产量和收获时地上部分生物量的模拟值与实测值较为接近且略高于实测值,模型性能指数均高于0.95。产量模拟效果优于生物量,滴灌模拟效果最好。 展开更多
关键词 冬小麦 产量 生物量 预测 灌溉 aquacrop模型
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AquaCrop模型在大葱生物量和土壤贮水量模拟中的应用和验证 被引量:22
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作者 李子忠 徐洋 +3 位作者 卢宪菊 胡克林 江丽华 徐钰 《中国农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期59-66,共8页
为评估AquaCrop模型在华北平原模拟大葱生长和农田水分的适用性,本研究利用实测的农民施肥方式的一个小区和增施氮肥处理的土壤水分、作物生长和产量数据,结合气象资料,获得了AquaCrop模型模拟大葱生长和土壤水分的模型参数,并利用实测... 为评估AquaCrop模型在华北平原模拟大葱生长和农田水分的适用性,本研究利用实测的农民施肥方式的一个小区和增施氮肥处理的土壤水分、作物生长和产量数据,结合气象资料,获得了AquaCrop模型模拟大葱生长和土壤水分的模型参数,并利用实测的农民施肥方式的另外一个小区、减施氮肥、优化施氮和秸秆还田处理的土壤贮水量和生物量数据进行了模型验证。结果表明:在无水分胁迫条件下AquaCrop模型对大葱土壤贮水量及生物量的模拟结果是可以接受的。对土壤贮水量实测值与模拟值的RMSE为19.4~24.9 mm之间,相对误差为3.9%~12.4%;大葱生物量实测值与模拟值的RMSE为0.31~0.73 t/hm2,相对误差为5.8%~12.8%。 展开更多
关键词 大葱 土壤水分 aquacrop模型 参数化 验证
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