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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 被引量:1
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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和NSGA-II的南疆核桃地下滴灌灌溉制度优化 被引量:1
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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模型的河北平原冬小麦灌溉制度优选研究 被引量:2
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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模型的北疆玉米亏水滴灌水肥管理制度优化与模拟
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作者 张科 李小龙 +2 位作者 何新林 秦达 李鹏飞 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第12期1272-1282,共11页
为探究水旱胁迫下滴灌玉米稳产增产最优水肥配施方案,设计亏水灌溉随水施肥大田试验,并构建AquaCrop模型,寻求适宜北疆滴灌玉米生长的模型参数和稳产增产的最优灌溉制度.研究结果表明:中肥高水(CK1W1)处理能够提高水肥利用效率,使玉米... 为探究水旱胁迫下滴灌玉米稳产增产最优水肥配施方案,设计亏水灌溉随水施肥大田试验,并构建AquaCrop模型,寻求适宜北疆滴灌玉米生长的模型参数和稳产增产的最优灌溉制度.研究结果表明:中肥高水(CK1W1)处理能够提高水肥利用效率,使玉米植株的株高、茎粗、叶面积等生长指标显著提高,籽粒产量较均值提高12.46%,较对照组提高7.38%,生物产量较均值提高14.63%;AquaCrop模型在模拟北疆玉米的冠层覆盖度及产量等方面展现出良好的性能,冠层覆盖度的一致性指数高达0.904 7,决定系数在0.810 0以上,均方根误差在6.50%左右;籽粒产量与生物产量的决定系数均超过0.950 0,模型性能指数接近0.900 0,一致性指数分别为0.920 8和0.967 5,表明模型可以有效模拟北疆玉米生育期内的生长状况.AquaCrop模型优化亏水滴灌的最优灌溉方案为M3(苗期灌水1次共30 mm,拔节期灌水4次共179 mm,吐丝期灌水5次共239 mm),其生物产量和籽粒产量分别为36 850 kg/hm^(2)和19 570 kg/hm^(2).研究可为干旱缺水地区的玉米稳产增产及农业可持续发展提供科学参考. 展开更多
关键词 滴灌玉米 亏水灌溉 aquacrop模型 水肥制度优化
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基于积温补偿与温源置换改进AquaCrop模型优化覆膜玉米生长动态模拟
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作者 殷昊威 谷晓博 +3 位作者 张媛铃 孙博文 张余益 杜娅丹 《农业工程学报》 北大核心 2025年第22期91-100,共10页
为提升AquaCrop模型在西北旱区覆膜农田中的适配性与模拟精度,该研究通过4 a(2018年、2019年、2023年和2024年)田间试验,设置平作不覆膜(NM)、平作全覆膜(PM)和全膜双垄沟播(BM)3种覆膜种植方式,利用积温补偿和温源置换两种改进方法改进... 为提升AquaCrop模型在西北旱区覆膜农田中的适配性与模拟精度,该研究通过4 a(2018年、2019年、2023年和2024年)田间试验,设置平作不覆膜(NM)、平作全覆膜(PM)和全膜双垄沟播(BM)3种覆膜种植方式,利用积温补偿和温源置换两种改进方法改进AquaCrop模型,并运用模拟和实测冠层覆盖度、生物量和产量的均方根误差(root mean square error,RMSE)和标准化均方根误差(normalized root mean square error,NRMSE)对模型的改进后效果进行验证。结果表明:苗期至抽雄期土壤温度与空气温度差异显著,在积温计算中可产生明显的补偿效应,PM和BM处理均表现为播种至苗期温度补偿系数(1.23~1.76)大于苗期至抽雄期(0.50~0.67);且播种至抽雄期整体温度补偿增量(0.70~1.54℃)介于播种至苗期(1.12~5.12℃)与苗期至抽雄期(0.57~1.13℃)之间。基于温度补偿方法改进AquaCrop模型后,其PM和BM处理模拟生物量和产量NRMSE相较于改进前模型分别从11.0%~20.6%和10.9%~23.0%降低至10.3%~18.1%和3.7%~20.1%。基于温源置换方法改进AquaCrop模型后,其PM和BM处理模拟生物量和产量NRMSE相比改进前分别降低至6.2%~16.4%和1.4%~17.4%,相比基于积温补偿方法的改进,PM和BM两种覆膜处理的玉米生物量RMSE和NRMSE分别降低0~0.6 t/hm^(2)和0~4.1%,产量RMSE和NRMSE分别降低0~0.8 t/hm^(2)和0~7.9%。两种方法均显著提升了AquaCrop模型对覆膜玉米生物量与产量动态变化的模拟精度,验证了在AquaCrop模型中引入覆膜增温效应的重要性,研究结果拓展了AquaCrop模型在旱区农业的适用范围,为不同覆盖模式与管理措施的农田效益评估提供了可靠的量化工具。 展开更多
关键词 aquacrop模型 夏玉米 覆膜 积温补偿 土壤温度 产量
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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模型的夏玉米作物参数敏感性分析及模型适用性评价
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作者 窦金阳 顾宗芳 +1 位作者 杨路华 李丽 《灌溉排水学报》 2025年第12期20-27,共8页
【目的】探讨AquaCrop模型输出结果对参数变化的响应,评估模型的稳定性和适用性;评估不同灌溉策略对产量和水分利用效率的影响,优化灌溉管理。【方法】基于田间实测数据,采用EFAST全局敏感性分析对AquaCrop模型中40个夏玉米参数进行敏... 【目的】探讨AquaCrop模型输出结果对参数变化的响应,评估模型的稳定性和适用性;评估不同灌溉策略对产量和水分利用效率的影响,优化灌溉管理。【方法】基于田间实测数据,采用EFAST全局敏感性分析对AquaCrop模型中40个夏玉米参数进行敏感性筛选,根据筛选结果对模型进行校准和验证,并预测不同水文年的限水灌溉制度。【结果】作物产量与生物量对基础作物系数、水分生产率、基础温度、衰老开始日历日、成熟日历日和初始收获指数6个参数较为敏感,其中衰老开始日历日和成熟日历日总敏感指数最高(0.63~0.64),作物衰老期与成熟期对产量形成具有关键的调控作用。通过2023—2024年试验数据验证,产量相对误差≤9%,证实模型具有较高精度。【结论】作物产量与生物量对基础作物系数、水分生产率、基础温度、衰老开始日历日、成熟日历日和初始收获指数6个参数敏感;参数优化提高了模型模拟精度,效果较好;基于水文年情景模拟提出的优化灌溉方案为:平水年仅在出苗—拔节期灌水75 mm,灌溉定额为75 mm;偏旱年需在出苗—拔节期、抽穗—灌浆期各灌水75 mm,灌溉定额为150 mm。 展开更多
关键词 aquacrop模型 参数敏感性 EFAST方法 灌水量优化
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冬小麦生物量和产量的AquaCrop模型预测 被引量:42
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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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基于EFAST方法的AquaCrop作物模型参数全局敏感性分析 被引量:36
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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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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:23
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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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基于AquaCrop模型的北京地区冬小麦水分利用效率 被引量:17
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作者 邢会敏 徐新刚 +5 位作者 冯海宽 李振海 杨福芹 杨贵军 贺鹏 陈召霞 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第23期4507-4519,共13页
【目的】作物水分利用效率(water use efficiency,WUE)是农业水分管理与决策的重要指标。北京是严重缺水的城市,其主要种植作物冬小麦灌溉用水占比高,开展冬小麦产量水分利用效率的分析研究,可为北京地区的冬小麦节水灌溉与增产平衡提... 【目的】作物水分利用效率(water use efficiency,WUE)是农业水分管理与决策的重要指标。北京是严重缺水的城市,其主要种植作物冬小麦灌溉用水占比高,开展冬小麦产量水分利用效率的分析研究,可为北京地区的冬小麦节水灌溉与增产平衡提供决策信息支持。【方法】利用2011—2012、2012—2013和2013—2014年国家精准农业示范研究基地冬小麦不同生育期不同灌溉处理下的田间实测数据,对AquaCrop作物模型进行参数本地化。统计北京地区2004—2014年冬小麦生育期的日降雨量数据,利用Pearson-Ⅲ型分布划分了3种降雨年型:湿润年(2012—2013年生育期)、平水年(2009—2010年生育期)和干旱年(2005—2006年生育期)。应用AquaCrop研究分析了3种不同降雨年型、14种灌溉情景下冬小麦籽粒产量水平和产量水分利用效率特征变化。【结果】基于AquaCrop模型的产量模拟值和实测值的R 2、RMSE和d分别为0.99、0.3 t·hm^(-2)、0.99。模型模拟的冬小麦产量水分利用效率:2011—2012年正常灌溉条件下为1.72 kg·m^(-3),2012—2013年正常灌溉条件下为1.67 kg·m^(-3),2013—2014年雨养、正常灌溉和过量灌溉条件下分别为1.27、1.74和1.64 kg·m^(-3),正常灌溉条件下产量水分利用效率最高,其次是过量灌溉,雨养条件下产量水分利用效率最低。在此基础上应用AquaCrop模型模拟分析了3种不同降雨年型冬小麦籽粒产量和产量水分利用效率随灌溉量变化的响应特征,其中,湿润年产量水分利用效率和籽粒产量达到最大值时所需的灌溉量分别为35和50 mm;平水年达到最大值所需的灌溉量分别为35和40 mm;干旱年达到最大值所需的灌溉量均为65 mm。【结论】AquaCrop模型可以很好预测北京地区不同年份不同灌溉条件下冬小麦的籽粒产量和产量水分利用效率。冬小麦产量与产量水分利用效率均随着灌溉量的增加逐渐增大,至最大值后开始减小,在干旱的情况下,植物通过自身适应策略会提高水分利用效率,随着水分的增加,水分利用率将降低,因此3种不同年型的产量水分利用效率的大小顺序依次为干旱年、平水年和湿润年。因此,在制定冬小麦灌溉策略时,要做到产量和产量水分利用效率兼顾。以上研究结果表明,利用Aqua Crop模型可以为北京地区冬小麦田间灌溉和决策提供指导。关于降雨年型本研究仅对湿润年、平水年和干旱年3种年型在越冬期、返青期、拔节期、开花期和灌浆期不同灌溉量和籽粒产量和产量水分利用效率之间的关系进行模拟,对于不同时期不同灌溉量对籽粒产量和产量水分利用效率的影响没有考虑,需要进一步研究验证。 展开更多
关键词 冬小麦 aquacrop模型 水分利用效率 生物量 籽粒产量
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AquaCrop模型在西北胡麻生物量及产量模拟中的应用和验证 被引量:17
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作者 李玥 牛俊义 +2 位作者 郭丽琢 高珍妮 孙小花 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期93-103,共11页
为了预测水分和养分对胡麻籽粒产量、生物量与水分生产率的影响,使用FAO研发的水分驱动作物模型AquaCrop对胡麻在不同灌溉与氮磷水平下的生长情况进行模拟和验证。试验分别于2011年、2012年在甘肃省榆中县良种场进行,试验设置4个灌溉水... 为了预测水分和养分对胡麻籽粒产量、生物量与水分生产率的影响,使用FAO研发的水分驱动作物模型AquaCrop对胡麻在不同灌溉与氮磷水平下的生长情况进行模拟和验证。试验分别于2011年、2012年在甘肃省榆中县良种场进行,试验设置4个灌溉水平,3个氮水平,3个磷水平。模型性能的评价采用模型效率(E)、决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)等统计指标。分析结果表明:AquaCrop模型校正的籽粒产量和生物量在不同灌溉与氮磷水平处理下的预测误差统计值为:0.97<E<0.99,0.11<RMSE<0.33,0.11 t·hm 2<MAE<0.42 t·hm 2,与2012年的试验观察数据(0.96<E<0.99,0.11<RMSE<0.42,0.11 t·hm 2<MAE<0.39 t·hm 2)基本一致;同时,群体覆盖(CC)与生物量的模拟结果与测定值也非常拟合。AquaCrop模型在充分灌溉处理下预测胡麻产量,比非充分灌溉处理下具更高的准确性。因而,水分驱动模型AquaCrop在西北胡麻区不同的灌溉与田间管理措施下有较高的模拟精确性,具有广阔的应用前景和价值。 展开更多
关键词 aquacrop模型 胡麻作物 灌溉 氮磷 校正 验证
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AquaCrop模型对旱区冬小麦抗旱灌溉的模拟研究 被引量:21
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作者 滕晓伟 董燕生 +2 位作者 沈家晓 孟鲁闽 冯海宽 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第20期4100-4110,共11页
【目的】根据干旱情况及时采取灌溉措施,对旱区抗旱以及提高水分利用效率具有重要意义。从大田农业的实际情况出发,研究AquaCrop模型在旱区的适用性及干旱年份抗旱灌溉模拟,为实现抗旱保产提供依据。【方法】于2012—2014年,在旱区陕西... 【目的】根据干旱情况及时采取灌溉措施,对旱区抗旱以及提高水分利用效率具有重要意义。从大田农业的实际情况出发,研究AquaCrop模型在旱区的适用性及干旱年份抗旱灌溉模拟,为实现抗旱保产提供依据。【方法】于2012—2014年,在旱区陕西杨凌及杨凌周边区域进行冬小麦大田试验,采用2013—2014年揉谷试验区的冬小麦观测数据进行模型的参数调试,采用2012—2013年揉谷试验区和2013—2014年武功试验区的冬小麦观测数据进行模型的验证,从而获得Aqua Crop模型在陕西杨凌及周边地区的模型参数。模型参数包括影响冠层生长的冠层增长系数、冠层衰老系数和最大冠层覆盖度,影响生物量积累的水分生产力,影响产量形成的参考收获指数等。然后根据调查的干旱年份2012—2013年的灌溉情况制定出4种灌溉情景,并利用参数本地化后的AquaCrop模型模拟2012—2013年4种灌溉情景对冬小麦生物量和产量的影响,通过模拟结果得出最优灌溉策略。最后比较2012—2013年揉谷试验区、2013—2014年揉谷试验区和武功试验区冬小麦的产量水分利用效率。【结果】在冬小麦冠层覆盖度方面,AquaCrop模型模拟的冠层覆盖度和实测值之间的决定系数(R2)与均方根误差(RMSE)分别为0.464和8.0%。在冬小麦生物量模拟方面,AquaCrop模型模拟的生物量和实测值之间的R2和RMSE分别为0.889和1.622 t·hm-2。在冬小麦产量模拟方面,AquaCrop模型模拟的产量与实测产量之间的RMSE为0.377 t·hm-2。2013年为干旱年份,在播种后第77天进行冬灌并且在播种后第172天的拔节期再进行灌溉的两种情景获得最大的生物量;在播种后第77天进行冬灌、播种后第172天拔节期和播种后第200天抽穗期再分别灌溉,小麦产量最高,达到6.451 t·hm-2。2012—2013年揉谷试验区、2013—2014年揉谷试验区和武功试验区冬小麦的产量水分利用效率分别为1.84、1.69和1.82 kg·m-3。【结论】AquaCrop模型能够较好地模拟旱区冬小麦的生物量和产量,并且AquaCrop模型模拟的干旱年份下不同灌溉策略的生物量和产量,基本可以说明不同灌溉时间和灌溉次数对冬小麦最终产量的影响。同时说明2012—2013年增加的2次灌溉使干旱年份冬小麦的产量水分利用效率超过正常年份。以上研究符合当地农业生产实际情况,说明AquaCrop模型可以为旱区抗旱保产提供依据。AquaCrop模型具有很好的应用前景,正逐渐成为一个重要的田间决策工具。 展开更多
关键词 aquacrop模型 冬小麦 灌溉 干旱
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利用AquaCrop模型模拟旱作覆膜春玉米耗水和产量 被引量:17
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作者 刘琦 龚道枝 +3 位作者 郝卫平 王罕博 高翔 梅旭荣 《灌溉排水学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期54-61,共8页
为检验AquaCrop模型在晋中地区作物生产力模拟效果,于2011-2013年在农业部寿阳旱作农业与环境野外科学观测试验站进行了覆膜和露地春玉米种植对比试验。首先,利用2013年大田数据对模型进行参数校正和率定,使产量、地上生物量模拟值... 为检验AquaCrop模型在晋中地区作物生产力模拟效果,于2011-2013年在农业部寿阳旱作农业与环境野外科学观测试验站进行了覆膜和露地春玉米种植对比试验。首先,利用2013年大田数据对模型进行参数校正和率定,使产量、地上生物量模拟值与实测值的相对误差均在5%以内;然后,利用20112012年大田数据验证模型;最后,对模型参数进行敏感性分析。结果表明,AquaCrop模型能较好地模拟0~120cm土壤含水率、农田蒸散和冠层覆盖度(CC)的动态变化,其模拟值和实测值间相关的决定系数(R2)分别高于0.86、0.86和0.96,均方根误差值(RMSE)分别小于0.92%、0.88mm/d和9.78%,模型性能指数(EF)分别在0.51~0.86、0.43~0.76和0.92~0.99之间。不同处理的最终生物量和经济产量模拟值与实测值的相对误差分别为2.83%~4.42%和3.13%~9.58%。模型敏感分析显示,达到最大冠层覆盖度CCx时间、冠层衰老时间、开花日期、凋萎系数、田间持水率和土壤初始含水率为敏感参数,相对敏感度在0.13~0.58之间变化。该模型能较好地模拟寿阳地区旱作覆膜春玉米的耗水、生长和产量形成过程。 展开更多
关键词 aquacrop模型 春玉米 产量 蒸发蒸腾 敏感性分析
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基于寒地春小麦AquaCrop与WOFOST模型适应性验证分析 被引量:14
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作者 张铁楠 付驰 +4 位作者 李晶 顾万荣 许为政 芦玉双 魏湜 《作物杂志》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期121-126,共6页
使用AquaCrop模型与WOFOST模型对哈尔滨地区春小麦生长进行模拟,以春小麦的地上生物量和产量及生育期土壤体积含水量为指标,对比分析两个模型的模拟精度。结果表明:使用经过校正的两个模型均能够较为准确地模拟哈尔滨地区春小麦的生长... 使用AquaCrop模型与WOFOST模型对哈尔滨地区春小麦生长进行模拟,以春小麦的地上生物量和产量及生育期土壤体积含水量为指标,对比分析两个模型的模拟精度。结果表明:使用经过校正的两个模型均能够较为准确地模拟哈尔滨地区春小麦的生长发育情况及产量形成,观测值与模拟值一致性较好,误差均在合理范围内。在非正常年际AquaCrop模型模拟结果与实测结果偏差较大,说明该模型适合于正常年景的作物生长模拟,WOFOST模型适应性更强。在对2011年土壤水分含量的模拟中,两个模型观测值与模拟值总体趋势相同,误差均在合理范围内。总体来说,经过修正和校准后的AquaCrop模型与WOFOST模型均适合寒地春小麦的模拟研究。 展开更多
关键词 春小麦 aquacrop模型 WOFOST模型 产量 土壤含水量
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