基于APSIM模型小麦生育期需水量的模拟分析

雷娟娟，闫丽娟，李广,3，聂志刚，王 钧，董莉霞

(1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃农业大学林学院，甘肃 兰州 730070； 4.甘肃农业大学信息科学技术学院，甘肃 兰州 730070)

基于APSIM模型小麦生育期需水量的模拟分析

雷娟娟1，闫丽娟2，李广1,3，聂志刚4，王 钧4，董莉霞4

(1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃农业大学林学院，甘肃 兰州 730070； 4.甘肃农业大学信息科学技术学院，甘肃 兰州 730070)

摘要：为探讨小麦(Triticum aestivum)生育期水资源的合理利用，本研究运用APSIM模型模拟不同生育期降水量变化条件下小麦的产量，并求得不同生育期小麦需水量的阈值。结果表明，区域降水年型基本呈旱涝交替出现；小麦生育期总需水量为325.3 mm；其中，出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期和灌浆期需水量分别为34.72、80.6、67.1、43.81、58.67和30.4 mm，分别占小麦生育期降水总量的10.67%、27.85%、20.63%、13.47%、18.04%和9.35%。出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期和灌浆期平均降水亏缺率分别为70.78%、48.83%、46.22%、40.35%、75.66%和-121.05%；春小麦需水关键期为出苗期、拔节期、开花期。

关键词：APSIM；小麦生育期；需水量；小麦产量

气候变化对人类生存环境以及自然生态系统都产生了显著影响，尤其对农业及水资源利用直接而深远。农业发展受水资源的限制，水资源的时空分布与数量变化会直接影响农业生产[1-2]。农业用水的主体是作物需水量，对农作物需水量进行研究，有利于提高水的生产力以及有效地进行灌溉[3]。

杨琪等[4]利用公式得到甘肃河东地区近50年来冬、春小麦(Triticumaestivum)全生育期的需水量与缺水量，并分析了其变化趋势，结果表明，对春小麦需水量影响最大的气象因子是日平均温度、相对湿度和风速。而通过田间试验对冬小麦、春玉米(Zeamays)间作条件下作物需水规律的研究[5]则为间作种植的水分管理提供参考；胡志桥等[6]采用水量平衡法，对石羊河流域春小麦的需水量进行了研究，结果表明春小麦全生育期需水量为480.5 mm，需水关键期为拔节期、抽穗期和开花期。而根据田间实测资料，采用FAO-PM公式计算昆明1972―2007年小麦各生育期的需水量和缺水率，认为昆明小麦生育期重度水分亏缺，严重影响了小麦的年际生长发育和产量[7]；同样，利用FAO-PM公式估算了黑河中游小麦作物需水量，发现小麦作物需水量整体分布具有由南至北递增的趋势[8]。APSIM(Agricultural Production System Simulator)是用于模拟农业生产，由澳大利亚农业生产系统研究所(APSRU)开发。国内学者已对该模型的适用性进行了验证与调试[9-10]。李广和黄高宝[11]为研究耕作措施对土壤水分与作物生长发育的影响，对APSIM模型的适应性进行了研究，结果表明此模型可用于甘肃旱作区作物生长的模拟。甘肃省定西地区属于季风气候区与非季风气候区的过渡带，是典型的大陆温带干旱半干旱气候[12]，对该地区春小麦生育期水资源的合理利用的研究鲜有报道。本研究利用APSIM模型，根据定西试验点多年实测气候及田间资料，对小麦产量形成过程进行模拟，并计算出定西春小麦各生育期的需水量，分析其影响程度，以期为甘肃旱作区的节水农业提供一定理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况及小区设置

田间试验于2002-2005年在甘肃省定西市安定区李家堡乡甘肃农业大学旱农试验站进行，研究区属陇中黄土高原，是典型的雨养农业区，一年一熟制，春小麦是当地种植面积最大的作物。多年平均降水量391.0 mm，年蒸发量1 531 mm。海拔2 000 m，年均太阳辐射592.9 kJ·m-2，日照时数2 476.6 h，年均气温6.4 ℃，≥0 ℃年积温2 933.5 ℃·d，≥10 ℃年积温2 239.1 ℃·d，无霜期140 d。供试作物为定西35号春小麦。

从1981-2010年研究区的降水量年际变化特征图可以看出(图1)，春小麦休闲期30年的年均降水量为181.75 mm，最大降水量为310.1 mm(2003年)，最大降水量为最小降水量的2.8倍；春小麦生育期30年的年降水量为199.77 mm，最大降水量为289.9 mm(1999年)，最大降水量为最小降水量的3.6倍。研究区30年来降水量的年际变异很大，变异系数为16.45%，休闲期变异系数为25.71%，生育期变异系数为26.70%，年际小麦生育期最大降水量变异系数为34.94%。

图1　1981-2010年降水量年际变化

1.2APSIM模型

APSIM-Wheat可以动态模拟小麦地上和地下部分的生长状况，有研究[11]表明，APSIM 可依据小麦不同生产阶段的降水量来判断产量。该模型包括4个模块：小麦生长(NWHEAT)、土壤肥力(SOILN)、土壤水分(SOILWAT)和作物残余物(RESIDUE)。APSIM-Wheat模型运行所需数据包括气象数据、作物数据、土壤数据、栽培措施数据与试验点的经纬度、海拔等[13]。

1.2.1APSIM模型核心APSIM 模型由4 部分组成: 生物物理模块，用来模拟农业系统中生物和物理过程；管理模块，控制模拟及发展用户定义模拟过程的管理措施；中心引擎，驱动模拟过程及控制不同模拟信息的传递；调用模块，管理各种模拟过程数据的“进出”。

1.2.2APSIM 土壤水分模块APSIM中的土壤水分模块是基于层叠(Cascade)水分平衡模型，利用了CERES和PERFECT模型中水分模块。土壤的水分特征曲线由萎蔫系数(LL15)、最大田间持水(DUL)、作物利用下限(CLL)和饱和体积含水量(SAT)来表示。APSIM相比CERES和PERFECT的优越之处在于水分模块对水分动态的模拟为逐日、连续的；可计算逐日每一土层中大于最大田间持水的饱和含水量部分，这部分饱和水分将移向下层；不同的土壤类型采用的土壤扩散系数不同；邻近层次中非饱和水流可以运动，直到达到特定的水分梯度为止。不同的土壤类型采用的径流曲线不同，其值从0～100不等，采用了美国农业部USLE模型的径流曲线，土壤蒸发参照CERES模型[14]。

1.3数据分析

模拟试验中，APSIM平台参数均来源于李广等[10]研究者在黄土丘陵沟壑区APSIM适用性研究中经过反复本土化修订的参数。运用本土化的APSIM模型，对1981-2010年传统耕作措施下的小麦产量进行模拟，并以天为单位模拟田间日降水量，接着计算每年小麦不同生育期的降水量，包括：出苗期(第79-95天)、拔节期(第96-139天)、抽穗期(第140-158天)、旗叶期(第159-174天)、开花期(第175-181天)、灌浆期(第182-211天)。运用Excel和DPS软件进行相关性分析和多元回归分析。春小麦各生育期需水量由回归分析方法计算。

降水亏缺率计算公式为：

式中：βw为降水亏缺率(%)，R为小麦各生育期的降水量，ETm为小麦各生育期的需水量(mm)[15-16]。

在管理要素、作物品种、土壤类型等完全相同的情况下，运用APSIM模型对研究区域1981-2010年的小麦产量进行模拟，并以天为单位模拟田间日降水量，接着计算每年小麦不同生育期的降水量。选择出苗期降水量、拔节期降水量、抽穗期降水量、旗叶期降水量、开花期降水量、灌浆期降水量、小麦休闲期降水量作为自变量因子，以小麦产量为因变量，对所有变量进行无量纲化处理之后，利用DPS软件进行回归分析。无量纲化方法为“极差化”处理，令x′=(x-m)/(M-m)，式中，m和M分别为指标观测值x的最小值和最大值。

2结果与分析

2.1春小麦各生育期降水量特征分析

研究区1981-2010年，30年小麦各生育期年均降水量分别为灌浆期(67.20 mm)>拔节期(46.36 mm)>抽穗期(36.08 mm)>旗叶期(26.13 mm)>开花期(14.28 mm)>出苗期(10.15 mm)(表1)，分别占30年年均降水量(381.52 mm)的17.61%、12.15%、9.46%、6.85%、3.74%和2.66%；不同生育期降水量的变异系数为开花期(91.00%)>出苗期(85.83%)>旗叶期(76.98%)>抽穗期(66.61%)≥拔节期(51.87%)>灌浆期(44.44%)。结果表明，灌浆期年均降水量最多，出苗期最少；灌浆期降水量占全年降水量比例最多，出苗期占全年降水量比例最少；开花期降水量最不稳定，灌浆期相比其它生育期降水量波动最小。这是因为定西是典型的旱作雨养农业区，地形复杂多山脉屏障，降水稀少，且降水季节分布不均，春冬少雨，夏末秋初多雨[17-18]。

2.2春小麦产量与各生育期降水量的回归分析

利用DPS软件对无量纲化处理之后的变量进行回归分析，得出小麦产量(Y)与出苗期(X1)、拔节期(X2)、抽穗期(X3)、旗叶期(X4)、开花期(X5)、灌浆期(X6)、休闲期(X7)降水量的多元回归方程为：Y=0.27-7.34X1+3.27X2+2.9X3-4.01X4+5.90X5-2.87X6+2.70X7+3.28X12-2.51X22-2.37X32+4.13X42-2.48X52+3.23X62+4.32X1X3+2.01X1X4+3.81X1X5+4.48X1X6+2.15X2X3+1.18X2X5-2.34X2X6-2.36X2X7-5.91X3X5+0.57X4X6-1.67X4X7-3.28X5X6-5.76X5X7。

表1　1981-2010年小麦生育期降水量(mm)变化

回归方程相关系数为0.999 9，显著性水平检验，Sig.=0.000 1<0.01，方程回归达到极显著水平，表明方程拟合性较好，能够反映小麦生育期降水量与小麦产量之间的关系。

开花期多年降水量呈上升趋势，倾向率为0.5 mm·10 a-1；其它生育阶段降水年际变化都呈下降趋势，出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、灌浆期的减少倾向率分别为-1.7、-5.5、-5.5、-0.7、-1.2 mm·10 a-1(图2)。从多年降水变化可以看出，研究区小麦拔节期、抽穗期降水递减率最大，旗叶期递减率相对较小。

图2　1981-2010年小麦不同生育阶段降水量变化趋势

2.3春小麦各生育期需水量定量分析

为进一步分析各生育期降水量对小麦产量的影响，对上述回归模型进行降维处理，因小麦休闲期降水量(X7)自变量影响不显著，已被回归方程剔除。将其它因素都固定为零水平，可得到某因素对产量的一元二次子模型:Y1=0.27-7.34X1+3.28X12;Y2=0.27+3.27X2-2.51X22;Y3=0.27+2.9X3-2.37X32;Y4=0.27-4.01X4+4.13X42;Y5=0.27+5.90X5-2.48X52;Y6=0.27-2.87X6+3.23X62。

在各因素试验水平值范围内，将值代入方程可实现各因子与产量的效应关系，由降维方程可以得出，dYi/dXi=0时，求得dYi阈值，出苗期需水量为34.72 mm，拔节期需水量80.6 mm，抽穗期需水量67.1 mm，旗叶期需水量43.81 mm，开花期需水量58.67 mm，灌浆期需水量30.4 mm。

2.4不同生育期降水量对小麦产量的制约因素分析

研究区1981-2010年小麦全生育期最大降水量289.9 mm，最小降水量80.5 mm，30年全生育期平均降水量199.77 mm，变异系数为26.70%。由模拟试验得出，小麦生长各生育期需水量满足条件下，小麦生育期降水总量应该达到315.3 mm，与30年降水平均值相差115.53 mm。不同生育期需水量分别占小麦生育期降水总量百分比为10.67%(出苗期)、27.85%(拔节期)、20.63%(抽穗期)、13.47%(旗叶期)、18.04%(开花期)、9.35%(灌浆期)。1981-2010年的30年间，出苗期降水量最大值31 mm，最小降水为0，降水亏缺率10.71%～100.00%；拔节期降水量最大值124 mm，最小降水为13.3 mm，降水亏缺率-36.87%～85.32%；抽穗期降水量最大值110 mm，最小降水为2.4 mm，降水亏缺率-63.93%～96.42%；旗叶期降水量最大值89.4 mm，最小降水为0，降水亏缺率-104.06%～100.00%；开花期降水量最大值49.3 mm，最小降水为0，降水亏缺率15.97%～100.00%；灌浆期降水量最大值142.2 mm，最小降水为0，降水亏缺率-367.76%～100.00%(图3)。

图3　1981-2010年降水亏缺率与小麦产量变化趋势

3讨论和结论

本研究使用的气象资料是甘肃省定西市安定区李家堡乡定位试验站实测日照时数转换过的辐射量、日最高温、日最低温、日降水量，运用APSIM模型在管理要素、土壤类型以及作物品种完全相同的情况下对小麦产量形成过程进行模拟研究，相较于高阳等[5]、李广和黄高宝[11]利用统计资料，APSIM模型能够更加灵活，更加全面预测小麦生长发育的动态过程。在APSIM模型小麦生产管理模块的使用上相较于沈禹颖等[13]有待提高，可以进一步深入探究降水格局对小麦氮素利用效率和水分利用效率的影响。但该模型较少考虑突发气候变化和病虫害等因素，所以对于此模型的应用需进一步研究。

研究区，春小麦30年年平均降水量为381.52 mm，最大值564.5 mm，最小值245.7 mm；全生育期平均降水量为199.77 mm，小麦全生育期需水量为315.3 mm，与需水量两者相差115.53 mm，全生育期降水量最大值为289.9 mm，最小值为80.5 mm，变异系数为26.70%，小麦生育期降水量年际变化程度较大，降水年基本呈旱涝交替出现。1999年，小麦全生育期降水289.9 mm，达到最大值，运用APSIM模型模拟的小麦产量在1999年也达到最大值(3 012.17 kg·hm-2)，小麦各生育期(出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期、灌浆期)降水分别为0、69.3、42.3、50.6、0、142.2 mm，拔节期和抽穗期需水量稍欠，旗叶期、灌浆期需水量满足。1982年，小麦全生育期降水80.5 mm，为最小值，小麦产量890.02 kg·hm-2，非最小值，小麦各生育期(出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期、灌浆期)降水分别为8.4、28.4、2.4、3.6、12.2、25.5 mm，都未满足需水量。综上所述，1999年，小麦全生育期降水289.9 mm，全生育期降水量达到30年来最大值，尽管各生育期需水量没有完全达到，但是小麦几个关键生长期降水基本满足，其中拔节期和抽穗期需水量基本满足，旗叶期、灌浆期需水量满足，产量达到最大值；1982年，小麦全生育期降水80.5 mm，为最小值，各生育期需水量严重不足，但是小麦各生育期降水均有所分配，小麦产量890.02 kg·hm-2，非最小值。这与李广和黄高宝[11]认为作物产量不仅与年降水总量有关，还与降水量在不同季节的分配密切相关。王春泽和乔光建[19]结合区域降水特性，并调整农业种植结构以达到雨水资源的充分利用，本研究还需对小麦需水与降水的耦合关系分析进一步研究。而毛婧杰和李广[12]就降水量对小麦产量的影响进行了更加深入和具体的分析，为提高水资源的利用和小麦产量提供理论依据。

出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期、灌浆期需水量分别为34.72、 80.6、 67.1、43.81、58.67、30.4 mm，分别占全生育期需水量的10.67%、27.85%、20.63%、13.47%、8.04%和9.35%。小麦总生育期需水量为315.3 mm，这与张旭东等[20]研究干旱区定西、榆中、临夏春小麦生育期平均需水量324.8 mm基本一致，与王鹏云等[7]对昆明小麦生长需水量的研究结果小麦生育期平均需水量284.1 mm，最大需水量为322.6 mm基本一致。

出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期、灌浆期平均降水亏缺率分别为70.78%、48.83%、46.22%、40.35%、75.66%和-121.05%。结果表明，30年内出苗期降水量都未达到需水值；拔节期在1990、1998年降水量分别为97.7、124 mm，达到需水量；抽穗期降水满足的是1985、1991、2010年，降水量分别为70.9、110、69.6 mm；旗叶期在1984、1993、1994、1999、2000、2002、2007年降水量分别为49.2、44.4、48.4、50.6、49.4、89.4 mm，大于需水量；开花期降水亏缺率都为正值，因此30年内降水量都未满足；灌浆期只有1982、1991年降水量25.5和28 mm，小于需水量，其它年份降水都满足。这与胡志桥等[5]研究结果，春小麦的需水关键期为拔节期和抽穗期和开花期一致。

本研究运用APSIM在甘肃省定西市模拟定西35号春小麦不同生育期降水量对小麦产量的影响，为节水、高产栽培提供了理论依据。主要结论为：1)春小麦30年年均(休闲期+生育期)降水量为381.52 mm，全生育期平均降水量为199.77 mm，小麦全生育期需水量为315.3 mm，不同生育期需水量分别占小麦生育期降水总量百分比为10.67%(出苗期)、27.85%(拔节期)、20.63%(抽穗期)、13.47%(旗叶期)、18.04%(开花期)和9.35%(灌浆期)。作物产量不仅与年降水总量有关，还与降水量在不同季节的分配密切相关。2)小麦出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期、灌浆期需水量分别为34.72、 80.6、 67.1、43.81、58.67和30.4 mm。3)出苗期、拔节期、抽穗期、旗叶期、开花期、灌浆期平均降水亏缺率分别为70.78%、48.83%、46.22%、40.35%、75.66%、-121.05%；春小麦需水关键期为出苗期、拔节期、开花期。

参考文献References：

[1]周迎平,胡正华,崔海羚,陈书涛,师丽魁.1971-2010年气候变化对河南省主要作物需水量的影响.南京信息工程大学学报，2013,5(6):516-521.

Zhou Y P,Hui Z H,Cui H L,Chen S T,Shi L K.Effect of climate change on main crop water requirements in Henan Province during 1971-2010.Journal of Nanjing University of Information Science and Technology,2013,5(6):516-521.(in Chinese)

[2]王莺,李耀辉,孙旭映.气候变化对黄河源区生态环境的影响.草业科学,2015,32(4):539-551.

Wang Y,Li Y H,Sun X Y.Impact of climate change on the eco-environment in the Yellow River Source.Pratacultural Science,2015,32(4):539-551.(in Chinese)

[3]张建云,王国庆,杨扬,贺瑞敏,刘久夫.气候变化对中国水安全的影响研究.气候变化研究进展,2008,4(5):290-295.

Zhang J Y,Wang G Q,Yang Y,He R M,Liu J F.The possible impacts of climate change on water security in China.Advances in Climate Change Research,2008,4(5):290-295. (in Chinese)

[4]杨琪，张勃,尹海霞,赵一飞,李小亚.甘肃河东地区近50 年小麦需水量变化趋势及影响因子.生态学杂志,2013,32(11):3074-3081.Yang Q,Zhang B,Yin H X,Zhao Y F,Li X Y.Change trend of wheat water requirement and related affecting factors in Hedong region of Gansu Province,northwest China in recent 50 years.Chinese Journal of Ecology,2013,32(11):3074-3081.(in Chinese)

[5]高阳,段爱旺,刘浩,刘占东,申孝军.冬小麦、春玉米间作条件下作物需水规律.节水灌溉,2007(3):18-25.

Gao Y,Duan A W,Liu H,Liu Z D,Shen X J.Study on crop water requirement rules under winter wheat-spring maize intercropping system.Water Saving Irrigation，2007(3):18-25.(in Chinese)

[6]胡志桥,田霄鸿,张久东,包兴国,马忠明.石羊河流域主要作物的需水量及需水规律的研究.干旱地区农业研究,2011,29(3):1-6.

Hu Z Q,Tian X H,Zhang J D,Bao X G,Ma Z M.Research on amount and low of water requirement in Shiyang River Basin.Agricultural Research in the Arid Areas,2011,29(3):1-6.(in Chinese)

[7]王鹏云,王辉,李万春,赵丽芬,曾艳,田燕.昆明小麦生长期需水量和缺水状况研究.麦类作物学报,2010,30(1):111-115.

Wang P Y,Wang H,Li W C,Zhao L F,Zeng Y,Tian Y.Research on water demand and water shortage of wheat growing in Kunming.Journal of Triticeae Crops,2010,30(1):111-115.(in Chinese)

[8]王瑶,赵传燕,田风霞,王超.黑河中游春小麦需水量空间分布.生态学报,2011,31(9):2374-2382.

Wang Y,Zhao C Y,Tian F X,Wang C.Spatial variation of water requirement for spring wheat in the middle reaches of Heihe River basin.Acta Ecologica Sinica,2011,31(9):2374-2382.(in Chinese)

[9]刘志娟,杨晓光,王静,吕硕,李克南,荀欣,王恩利.APSIM玉米模型在东北地区的适应性.作物学报,2012,38(4):740-746.

Liu Z J,Yang X G,Wang J,Lyu S,Li K N,Xun X,Wang E L.Adaptability of APSIM maize model in northeast China.Acta Agronomica Sinica,2012,38(4):740-746.(in Chinese)

[10]雷娟娟,闫丽娟,李 广,董莉霞,高珍妮.基于APSIM模型光照与CO2对小麦的影响机制.草业科学,2015,32(8):1310-1316.

Lei J J,Yan L J,Li G,Dong L X,Gao Z N.Effects of CO2and illumination on wheat grain yields based on APSIM model.Pratacultural Science,2015,32(8):1310-1316.(in Chinese)

[11]李广,黄高宝.基于APSIM模型的降水量分配对旱地小麦和豌豆产量影响的研究.中国生态农业学报,2010,18(2):342-347.

Li G,Huang G B.Determination of the effect of precipitation distribution on yield of wheat and pea in dryland using APSIM.Chinese Journal of Eco-Agriculture,2010,18(2):342-347.(in Chinese)

[12]毛婧杰,李广.陇中地区降水量对小麦产量的影响.草业科学,2014,31(2):290-295.

Mao J J,Li G.Impacts of precipitation on wheat yield during growth period.Pratacultural Science,2014,31(2):290-295.(in Chinese)

[13]沈禹颖,南志标,Bill B,Michael R,陈文,邵新庆.APSIM 模型的发展与应用.应用生态学报,2002,13(8):1027-1032.

Shen Y Y,Nan Z B,Bill B,Michael R,Chen W,Shao X Q.Development of APSIM (Agricultural Production Systems Simulator) and its application.Chinese Journal of Applied Ecology,2002,13(8):1027-1032.(in Chinese)

[14]Xu Z Z,Yu Z W.Nitrogen metabolism in flag leaf and grain of wheat in response to irrigation regimes.Jounral Plant Nutrition Soil Science,2006,169:118-126.

[15]王鹤龄,王润元,张强,牛俊义,吕晓东.气候变暖对甘肃省不同气候类型区主要作物需水量的影响.中国生态农业学报,2011,19(4):866-871.

Wang H L,Wang R Y,Zhang Q,Niu J Y,Lyu X D.Impact of warming climate on crop water requirement in Gansu Province.Chinese Journal of Eco-Agriculture,2011,19(4):866-871.(in Chinese)

[16]王鹤龄,牛俊义,王润元,吕晓东.气候变暖对河西走廊绿洲灌区主要作物需水量的影响.草业学报,2011,20(5):245-251.

Wang H L,Niu J Y,Wang R Y,Lyu X D.Impact of climate change on water requirement of main crops in irrigated oasis of Hexi Corridor.Acta Prataculturae Sinica,2011,20(5):245-251.(in Chinese)

[17]李葆春,李广.甘肃定西地区降水资源的分布格局.草业科学,2006,23(10):60-62.

Li B C,Li G.Distribution pattern of precipitation resources in Dingxi area of Gansu.Pratacultural Science,2006,23(10)：60-62.(in Chinese)

[18]霍正文,陈文,凡炳文.近54年定西市降水趋势及突变分析.水文,2012,32(3):88-92.

Huo Z W,Chen W,Fan B W.Analysis of precipitation tendency and sudden change of Dingxi City in recent 54 Years.Hydrology,2012,32(3):88-92.(in Chinese)

[19]王春泽,乔光建.河北省降水特性与农业需水耦合关系分析.南水北调与水利科技,2008,6(6):90-96.

Wang C Z,Qiao G J.The analysis on coupling relationship between the precipitation characteristic of Hebei Province and agricultural water demand.South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology,2008,6(6):90-96.(in Chinese)

[20]张旭东,柯晓新,杨兴国,万信.甘肃河东小麦需水规律及其分布特征.干旱地区农业研究,1999,17(1):39-44.

Zhang X D,Ke X X,Yang X G,Wan X.The laws of wheat’ s water requirements and their distribution behavior in Hedong region of Gansu Province.Agricultural Research in the Arid Areas,1999,17(1):39-44.(in Chinese)

(责任编辑王芳)

Simulation on water requirement of wheat during growth period by APSIM

Lei Juan-juan1， Yan Li-juan2， Li Guang1，3，Nie Zhi-gang4，Wang Jun4, Dong Li-xia4

(1.College of Resources and Environmental, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China；2.College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China；3.College of Forestry Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China；4.College of Information Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Abstract:To find the rational use of water resources for wheat growth periods, this study used the APSIM model to simulate wheat yield under different growth periods with changeable rainfall and estimate the threshold value for requirement of wheat for water at different growth periods. This study showed that the regional precipitation pattern generally showed an alternation from droughts to floods, and the requirement of wheat for water during whole growth periods was 325.3 mm, in which the requirements of wheat for water during emergencing, jointing, heading, flag leaf, flowering and grain filling periods were 34.72, 80.6, 67.1, 43.81, 58.67 and 30.4 mm, respectively, and accounting for 10.67%, 27.85%, 20.63%, 13.47%, 18.04% and 9.35% of total precipitation during wheat growth periods. Precipitation deficitwas 70.78%, 48.83%, 46.22%, 40.35%, 75.66%, -121.05% at, jointing, heading, flag leaf, flowering, grain filling period, respectively, which indicated that the key periods of spring wheat for requiring water were emergencing, jointing and flowering period.

Key words:APSIM; wheat growth period; requirement for water; wheat production

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0047

*收稿日期：2015-01-19

基金项目：国家自然科学基金(31560343、31560378)；甘肃省科技支撑计划(144NKCA038)；甘肃省高等学校基本科研业务费项；干旱生境作物学重点实验室开放基金(GSCS-2010-11)；甘肃省高等学校科研项目(2014A-058)；甘肃省青年基金(1506RJYA005)

通信作者：李广(1971-)，男，内蒙古化德人，教授，博导，博士，主要从事农业系统工程等教学和科研工作。E-mail：lig@gsau.edu.cn

中图分类号：S512.107

文献标志码：A

文章编号：1001-0629(2016)5-0871-07*1

Corresponding author:Li GuangE-mail: lig@gsau.edu.cn

雷娟娟,闫丽娟,李广,聂志刚,王钧,董莉霞.基于APSIM模型小麦生育期需水量的模拟分析.草业科学,2016,33(5)：871-877.

Lei J J,Yan L J,Li G,Nie Z G,Wang J，Dong L X.Simulation on water requirement of wheat during growth period by APSIM.Pratacultural Science，2016,33(5)：871-877.

接受日期：2015-03-10

第一作者：雷娟娟(1989-)，女，甘肃庆阳人，硕士，主要从事理论生态学等方面的研究。E-mail：1140313073@qq.com