基于APSIM模型的黄土旱塬区苜蓿——小麦轮作系统深层土壤水分及水分利用效率研究

• 作者: 古丽娜扎尔·艾力 陶海宁 王自奎 沈禹颖
• 来源期刊: 草业学报
• 关键词: 黄土旱塬区 草田轮作 紫花苜蓿 轮作周期 水分利用效率
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 22-33
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.11686/cyxb2020271

摘要

黄土高原地区降水较少且季节性分配不均,苜蓿连续种植所导致的深层土壤干燥化问题已经引起普遍关注,苜蓿与粮食作物轮作是恢复苜蓿草地土壤水分、提高粮草种植系统可持续性的有效方式.但是长期轮作对土壤水分环境和水分利用效率的影响仍然缺乏研究,农业生产系统模拟模型(APSIM)具有广泛的适应性,可准确模拟耕作管理对作物系统资源利用的影响.首先根据黄土旱塬区庆阳、长武、镇原3个试验区试验数据验证APSIM模型模拟苜蓿长期连作和苜蓿-小麦轮作系统深层土壤水分和苜蓿产量的可行性,然后设置历时38年的81组轮作情景,评估不同轮作模式对农田深层土壤水分、系统干物质产量、氮素吸收和水分利用效率的影响.结果表明:APSIM模型模拟苜蓿产量的精度较高,模拟结果的决定系数(R2)为0.65,均方误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为0.23 t·hm-2和0.17 t·hm-2,归一化均方误差(NRMSE)为29.2％;模型能够精确模拟长期苜蓿连作和苜蓿轮作小麦农田0～1000 cm的土壤含水量,长期连作模拟结果的R2为0.73,RMSE、MAE及NRMSE分别为0.021 t·hm-2、0.017 t·hm-2和11.7％,轮作系统模拟结果的决定系数为0.83,RMSE、MAE及NRMSE分别为0.024 t·hm-2、0.018 t·hm-2和11.8％.情景模拟结果表明,随着苜蓿在系统中轮作年限的增加,0～1000 cm土壤剖面水分极度缺乏(含水量在0.10～0.15)的区域以400～600 cm土层为起点不断扩大,当苜蓿轮作年限大于12年时,所有轮作周期的处理土壤都出现了大范围水分缺乏.81个情景中12年苜蓿轮作14年小麦(L12W14)、L12W16和L8W16这3个处理的总产量最大;系统吸氮量随着苜蓿加入年限的增加而增加,小麦轮作年限大于10年以后系统吸氮量急剧下降;苜蓿轮作大于8年以后系统水分利用效率随着苜蓿年限的增加而降低.综合考虑土壤水分环境和水分利用效率,建议研究区苜蓿-小麦轮作系统中苜蓿轮作年限为4～6年,小麦轮作年限大于4年.研究结果可为黄土旱塬区苜蓿草地管理及草田轮作实践提供一定的参考.