旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

董文俊，刘健峰，丁奠元,，陈紫薇，李 悦，王乃江，冯 浩,3

(1.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，陕西 杨凌 712100；2.扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏 扬州 225009；3.中国科学院水利部水土保持研究所，陕西 杨凌 712100)

全球气候变化持续发展，使得气温不断升高，降水时空分布变异增加，极端干旱频发，诸多因子变化均对农业生产提出严峻挑战。IPCC报告也指出，受气候变化的影响，干旱风险有不断增加的趋势[1]。我国黄土高原地区生态环境脆弱，有效降雨少，降雨量年际波动大，时空分布差异尤为显著。该地区农业生产对气候变化的适应能力较弱，受全球变暖的影响更加突出。

关中地区位于黄土高原南部，是我国粮食重要产区。玉米作为陕西省主要种植作物之一，其常年播种面积达100万hm2，占陕西省粮食总面积的1/4，占粮食总产量的1/3以上[2]，其中关中地区玉米产量约占陕西全省玉米产量的70%[3]。近50年的观测数据表明，关中地区年平均气温不断升高，降雨量逐年减少，“暖干”的气候趋势明显[4]；相关研究也表明，关中地区极端天气事件增多，夏季反常高温，旱灾频繁，洪涝灾害加剧[5]。面对剧烈的气候变化，关中地区急需采取有效措施稳定当地玉米产量。因此，针对关中地区当地气候变化的特征，研究制定应对气候变化的措施，对于稳定和增加玉米产量，保证当地粮食安全具有重要意义。

全州建立测报员+技术员、技术员+片区烟农的二级预警平台，结合该病发生历史以及当年气象指标变化情况，精准预测该病发生的时间段，并逐级及时发布该病预测预报信息，及早组织烟农和烟农专业合作社做好预防准备。

地膜覆盖是一种既能有效改善土壤水热条件，又能稳定并提高作物产量的重要农艺措施。随着该措施大面积推广，我国已经逐渐成为世界上地膜覆盖栽培作物面积最大的国家[6]。多个地区的生产实践证明，覆膜措施能获得较高的经济效益，增产幅度达30%～60%，投入产出比1∶2.5～1∶3.0[7]。覆膜措施已经在黄土高原地区广泛应用。与裸地处理相比较，该措施可以加强作物对深层土壤水分利用，增加作物产量[8]，提高全生育期表层土壤含水率[9]，有助于提升水分利用效率[10]。虽然前人对覆膜措施进行了大量研究，但前人的试验中多数存在覆膜措施研究历时较短，缺乏长期研究的问题。

作物模型为长期气候条件下的模拟研究提供了较好的途径。AquaCrop模型是由世界粮农组织(Food and Agriculture Organization，FAO)于2009年提出的，其较好地考虑覆膜对土壤水分的影响。该模型操作简单，使用广泛，适用性较好。国内外已经利用AquaCrop模型对不同作物进行了大量研究，将它应用于模拟不同的灌溉制度对作物生长的影响[11]，模拟覆盖条件下的作物生长发育、水分动态变化和产量[12-13]等指标。AquaCrop模型在黄土高原也有少量应用，AquaCrop模型可以较好地模拟关中地区覆膜条件下冬小麦生长动态[12]，也能够较好地模拟全膜双垄沟栽培模式下春玉米的生长动态[14]。然而，前人对AquaCrop模型的应用多集中在单作作物，对于冬小麦-夏玉米轮作系统的研究较少；AquaCrop模型能否模拟连续覆膜条件下小麦-玉米轮作系统的产量和水分利用情况有待深入探讨。前人针对地区气候变化的应对策略已经进行部分研究，作物模型已经广泛应用于气候变化对作物产量长期效应的评估方面。但是，前人利用作物模型模拟预测覆膜措施应对气候变化的研究鲜有报道。覆膜条件下作物虽然高产，但是其生长过程往往伴随着高耗水[15-16]，长期历史气候条件下，覆膜玉米能否满足既能高产，又能实现土壤水分可持续利用，以及干旱年份覆膜能否提高产量，是一个亟待解决的重要问题。

覆膜玉米在不同降雨年型中均能保持较高产量(图5a、5b和5c)。在干旱年，武功、宝鸡和西安地区PM处理产量分别为7 920.6、7 443.9 kg·hm-2和7 096.2 kg·hm-2，CK处理的产量分别为2 486.3、2 767.4 kg·hm-2和2 820.4 kg·hm-2，增产率分别为218.6%、169.0%和151.6%。在平水年武功、宝鸡和西安地区PM处理产量分别为8 835.7、6 523.2 kg·hm-2和7 619.4 kg·hm-2，CK处理的产量分别为4 394.2、4 221.9 kg·hm-2和4 514.9 kg·hm-2，增产率分别为101.1%、54.5%和68.8%。在丰水年武功、宝鸡和西安地区PM处理产量分别为9 140.7、7 176.5 kg·hm-2和7 917.6 kg·hm-2，CK处理的产量分别为5 060.2、3 717.9 kg·hm-2和5 969.5 kg·hm-2，增产率分别为80.6%、93.0%和32.6%。前人研究表明覆膜使春玉米田蒸散和棵间蒸发降低达 6.0%和57.7%，经济产量和生物产量分别增加23.7%和15.1%，水分利用效率提高22.6%[29]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年10月—2016年6月在陕西省杨凌西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室灌溉试验站(108°24′E，34°20′N，海拔521 m)进行。该地区属于暖温带半湿润大陆性季风气候区，位于关中平原，四季分明，降雨量年际分布不均，多年平均降雨量在630 mm左右，主要集中在7—10月份，无霜期213 d。供试土壤为中壤土，土壤基础理化指标：0～1 m土层的平均田间持水率为23%(质量含水率)，凋萎含水率为8.5%(质量含水率)，pH8.2，容重、有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾分别为1.37 g·cm-3，8.14 g·kg-1，0.95 g·kg-1，0.83 g·kg-1，20.42 g·kg-1，21 mg·kg-1和290 mg·kg-1。该站地下水埋深5 m以下，其向上补给水量可忽略不计。

钟明文等[15]研究表明隧道施工产生的围岩塑性区主要集中在拱脚处，在拱脚附近需要加长锚杆的长度，可以保证隧道围岩的稳定性，本文数值计算结果反映了类似规律，在台阶法基础上设置临时仰拱和琐脚锚管后，不仅减小了初支因弯矩产生的应力，还能充分利用锚管的锁脚作用，能够较好的控制地层变形。台阶法拱顶变形量为25.3 mm，与之相比，临时仰拱台阶法变形量会降低22.3%，能控制围岩变形，保证隧道安全。而且，与CD法和CRD法相比[16]，临时仰拱台阶法施工更加灵活，能加快施工进度，降低造价。综合考虑，依托工程最终选用临时仰拱台阶法施工。

1.2 试验设计

试验设置两种处理措施：裸地不覆盖(CK)和透明地膜覆盖(PM)。每个处理3个重复，共6个小区，采用随机区组设计，小区规格5 m×2 m，小区周围有0.5 m的保护行。播种前先进行人工翻耕、整地和施肥，所用地膜为普通聚乙烯塑料薄膜，膜厚0.01 mm。其中冬小麦采用条播种植，雨养，深度为5～6 cm，行距30 cm，返青前统一追肥30 kg·N·hm-2(尿素)。夏玉米采用穴播种植，雨养，深度为5～6 cm，行距60 cm，株距40 cm(表1)。

表1 冬小麦-夏玉米田间试验

1.3 AquaCrop模型原理

作物对水分亏缺反应较为复杂，定量分析二者之间的关系十分困难。实践中采用经验生产函数公式来评价作物产量和水分响应之间的关系，它的理论基础基于以下产量水分响应关系式[17]：

(1)

式中，Yx为作物最大产量(kg·m-2)；Ya为作物实际产量(kg·m-2)；ETx为作物生长过程中最大蒸散量(mm)；ETa为作物实际蒸散量(mm)；Ky为作物相对产量与相对蒸散量之间的关系系数。

上述公式一定程度上混淆了土壤的无效蒸发和作物腾发，导致误差增大。AquaCrop模型是在FAO模型修订的基础上产生的一种新模型[18]，在这方面做了改进，然后利用蒸腾量与归一化水分生产效率计算地上生物量，再通过收获指数控制最终产量。优化后的公式构成了模型核心方程(2)和(3)[19-20]：

B=WP*×∑Tr

(2)

Y=HI×B

(3)

式中，B为地上部生物量(kg·m-2)；WP*为归一化水分生产效率，根据不同水分生产效率对CO2浓度进行归一化而得到；Y为作物产量(kg·m-2)；HI为作物收获指数(%)；Tr为实际蒸腾量(mm)。

前几天有咨询机构的人询问生物炭除了做肥料，还能做什么？笔者觉得市场真的需要冷静了。生物炭不管是秸秆炭、木炭、竹炭等不就是有机物质的干馏反应吗？本来它生产的产品就是木炭、活性炭，副产木醋液或者竹醋液和焦油。怎么一些机构认为这个工艺的开发，主要目的成了生产生物炭基肥了？

1.4 模型所需试验指标测定

1.4.1 土壤剖面水分 120 cm土层土壤剖面含水率用TRIME-TDR(TRIME-PICO-IPH TDR，德国IMKO 公司)测定，冬小麦每10 d测定一次，夏玉米每7 d测定一次。TRIME管分布在小区中间位置，测定深度分别为0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 cm和120 cm。

(4) 探究鸟类适于飞行生活的形态结构特点时，发现F具有完善的呼吸系统，其身体里有发达的[ ]____________与肺相通，每呼吸一次，在肺里进行两次气体交换，这种特有的呼吸方式是____________。

SWC=10×ρi×ωi×hi

(4)

式中，ρi为第i层土壤容重(g·cm-3)。ωi为第i层土壤含水量(%)；hi为第i层土层厚度(cm)。作物生育期农田耗水量(ET，mm)和水分利用效率(WUE, kg·hm-2·mm-1)计算如下：

ET=(W1-W2)+P

(5)

(6)

式中，W1为播前0～120 cm土层土壤贮水量(mm)；W2为收获时0～120 cm土层土壤贮水量(mm)；P为作物生育期≥5 mm有效降雨量(mm)；Y为作物籽粒产量(kg·hm-2)。

1.4.2 作物生长指标 叶面积指数(LAI)及冠层覆盖度(CC)：待冬小麦返青后，采用冠层分析仪(SunScan，英国Delta T仪器公司)测定各生育期叶面积指数，每个小区选取3行进行测定，取其平均值作为结果。待夏玉米三叶期后定苗并挂牌定株，每个小区选取具有代表性的5株植株，于关键生育期(拔节期、抽雄期、开花期、灌浆期和收获期)准确观测并记录植株株高和所有绿叶的叶片长度和最大宽度。

AquaCrop模型校准过程中，产量模拟值和实测值之间的RE分布在-15.4%～9.6%之间，这与以往结果相近，如杨宁等[25]的研究结果为-1%

视高考如生命的北方人，早在那个年月里就变态地迫切追求升学率了。我初中时便有晚课，分两个班，一个叫补差，一个叫培优，月考分数排名靠前去培优，靠后则去补差。我和朋友的功课都属于中不溜阵营，上下随便一波动就波动去了隔壁班，两人一会儿培优一会儿补差，好不热闹。

(7)

LAI=0.0001×ρ×A

(8)

CC小麦=1-exp(-0.65LAI)

(9)

CC玉米=1.005[1-exp(-0.6LAI)]1.2

(10)

式中，Lk为第k片叶片叶底部到叶尖端的长度(m)；Wk为第k片叶片最宽处的宽度(m)；0.75为与叶片形状有关的叶面积系数；公式(9)为小麦CC计算公式，公式(10)为玉米CC计算公式。

地上部生物量及产量：在作物关键生育期(拔节期、抽雄期、开花期、灌浆期和收获期)，各选取5株具有代表性的植株，齐地切断得完整植株(夏玉米需将茎、叶和穗分开)，立即带入实验室称重并置于烘箱杀青30 min(105℃)，烘干(75℃)至恒重，记录干物质重量。冬小麦成熟后，在每个小区取单位面积植株，测定株高、百粒重等产量性状，并将麦穗人工脱粒烘干，测定籽粒产量并换算成公顷产量(kg·hm-2)。夏玉米成熟后，每个小区选取中间两行植株，测定百粒重和果穗长等产量性状，风干后称总重量，并换算成公顷产量(kg·hm-2)。

1.5 模型输入参数

模型中需要输入气象参数、作物参数、土壤参数(表2)、管理参数及初始土壤含水率，其中部分参数由试验实测值确定，其余参数采用模型中的经验值，并根据实测值进行修正校准。本研究利用三年田间观测数据建立模型数据库，由PM处理试验数据率定模型，CK处理试验数据对模型和参数进行验证。首先利用2014—2015年试验数据对PM处理参数进行校准，利用2013—2014年和2015—2016年试验数据进行PM处理的验证；然后基于PM处理的参数，将CK处理地膜覆盖度设为0，从而统一CK处理与PM处理的参数，对CK处理参数进行微调；利用2014—2015年CK处理试验数据对模型参数进行校准，利用2013—2014年和2015—2016年试验数据对CK处理进行验证。

地膜覆盖对作物生长发育及生育期天数具有增温效应[12]，而AquaCrop模型忽略了温度的影响，故本研究将覆膜与裸地处理分别设定参数(表3)。

1.6 模型的校准、验证和评价指标

冠层覆盖度(CC)是AquaCrop模型中反映作物生长发育状况的重要参数，LAI与CC呈正相关，叶面积指数用冠层覆盖度(CC)来代替，能清晰表现作物的生长状况，所以首先进行作物冠层生长的调试。在模型中输入气象资料、作物参数和田间管理等初始条件后，通过调整作物生育期和最大冠层覆盖度及土壤水分原始条件等参数来进行模拟冠层覆盖度，与由叶面积指数转换的实测冠层覆盖度进行对比校正。在冠层模拟较好的情况下，保持冠层参数不变，通过调整土壤水分原始条件和最大根深等参数进行地上部生物量的模拟。最后校正作物收获指数，对作物产量进行模拟，通过与实测产量进行对比，对收获指数和产量形成期各因素影响程度进行校正。冠层覆盖度、生物量和土壤贮水量评价指标为均方根误差(RMSE)、标准均方根误差(NRMSE)和决定系数(R2)，产量以及耗水量评价指标为相对误差(RE)。

表2 土壤初始参数

表3 AquaCrop模型中的作物参数

注：CK—裸地处理；PM—覆盖处理；TAW—总的根区土壤有效水。

Note: CK—non-mulching treatments; PM—mulching treatments; TAW—total available soil water content in the root zone.

(11)

(12)

(13)

(14)

非洲猪瘟（ASF）是一种由非洲猪瘟病毒（ASFV）导致的传染病，临床症状表现为病程短、病死率高、高热、呼吸以及神经系统功能障碍等，也是我国一类动物疫病。目前，对于非洲猪瘟尚无有效的疫苗进行免疫预防，需要相关技术人员能加强对非洲猪瘟疫情分布以及传播方式的研究工作，并给该疫病的防控提供充足的数据支撑。

1.7 数据处理

选取关中地区武功、宝鸡、西安(表4)3个地区作为典型旱地覆膜夏玉米研究区域。基于过去50 a历史气象数据，利用经过校准和验证的AquaCrop模型模拟研究覆膜夏玉米的生长在长时间序列气候条件下的变化规律；研究覆膜夏玉米产量、耗水量和1.2 m土层土壤贮水量对气候变化的响应规律。AquaCrop模型中，将夏玉米播种日期设为6月10日，收获日期满足夏玉米自然成熟条件，其它条件与校准和验证一致，所需气象资料从中国气象数据网获取。

该试验首先根据干旱指数(drought index，DI)将近50 a夏玉米生育期内降水(6月10日至9月30日)划分为丰水年(DI≥0.35)、平水年(-0.35

DI=(P-M)/σ

(15)

式中，P为夏玉米生育期内降水量(mm)；M为近50 a夏玉米生育期内平均降水量(mm)；σ为近50 a夏玉米生育期内降水量的标准差。

本研究利用EXCEL2010对数据进行预处理，用SPSS 20.0对数据进行单因素方差分析，采用LSD法进行显著性分析(P<0.05)，用SigmaPlot 12.5作图。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确指出，信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。纲要在第十九章中明确指出要加快教育信息化进程，把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。各高校根据相关文件不断提出要继续推进校园信息化建设，逐步建成“智慧校园”。

表4 关中地区降雨基本信息

注：年均值指历史气象数据平均值，武功为1956—2012年，宝鸡为1956—2007年，西安为1956—2007年。

Note: The average annual values were the average values of historical meteorological data from 1956 to 2012 for Wugong, from 1956 to 2007 for Baoji,and from 1956 to 2007 for Xi’an.

2 结果与分析

2.1 玉米旱作覆膜措施下AquaCrop模型的校准和验证

在冬小麦及夏玉米生长过程中，冠层覆盖度(CC)变化趋势随玉米和小麦生育期发展而呈现单峰曲线变化(图1)。CC在作物拔节期迅速增加，在灌浆期达到峰值，之后随着叶片的衰老缓慢减小。AquaCrop模型校准过程中，CC的模拟值与实测值变化趋势基本一致(图1)，其R2在0.25～0.97之间，RMSE分布在1.1%～15.3%之间，NRMSE分布在1.6%～22.6%之间，且50.8%的冠层覆盖度模拟值在实测值及标准差范围内波动，说明模型已经具备较好的校准结果。在AquaCrop模型验证过程中，CC也表现出了较好的模拟结果，模拟值和实测值之间的R2值分布在0.22～0.92之间，RMSE分布在7.8%～11.4%之间，NRMSE分布在12.5%～24.9%之间。比较发现，本研究校准和验证之后的模拟效果与杨宁等[25]校准结果相似。

地上部生物量在AquaCrop模型中是决定作物产量的主要参数之一。图2可以看出，地上部生物量模拟值和实测值变化趋势基本一致，AquaCrop模型校准过程中，地上部生物量模拟值和实测值之间的R2分布在0.89～0.98之间，RMSE分布在0.626～2.184 t·hm-2之间，NRMSE分布在10.8%～29.5%之间，且63.6%的地上部生物量模拟值在实测值及标准差范围内波动。在AquaCrop模型验证过程中，生物量也表现出了较好的模拟结果，地上部生物量模拟值和实测值之间的R2值分布在0.96～0.98之间，RMSE分布在0.664～2.540 t·hm-2之间，NRMSE分布在19.8%～50.4%之间。滕晓伟等[26]研究结果RMSE为1.622 t·hm-2，HSIAO等[27]研究结果RMSE在0.58～6.18 t·hm-2之间，与本研究结果相近。

在AquaCrop模型校准过程中，土壤贮水量模拟趋势线中67.0%在实测值的标准差波动(图3)。土壤贮水量模拟值和实测值之间的R2分布在0.10～0.94之间，RMSE分布在14.3～28.9 mm之间，NRMSE分布在4.5%～9.6%之间。在AquaCrop模型验证过程中，土壤贮水量也表现出了较好的模拟结果，土壤贮水量模拟值和实测值之间R2分布在0.05～0.90之间，RMSE分布在14.2～47.4 mm之间，NRMSE分布在3.7%～17.7%之间(表5)。李子忠等[28]研究结果表明RMSE分布在19.4～24.9 mm之间。

单株叶面积(A，m2)、叶面积指数(LAI)和冠层覆盖度(CC)计算公式如下[21-22]：

图1 2013—2016年覆膜与裸地处理下冠层覆盖度模拟和实测结果Fig.1 Simulated and measured canopy covervalues under plastic mulching and non-mulching treatments from 2013 to 2016

图2 2013—2016年覆膜与裸地处理下生物量模拟和实测结果Fig.2 Simulated and measured biomassunder plastic mulching and non-mulching treatments from 2013 to 2016

图3 2013—2016年覆膜与裸地处理下1.2 m土层土壤贮水量模拟和实测结果Fig.3 Simulated and measured soil water content in 1.2 m depth under plastic mulching and non-mulching treatments from 2013 to 2016

2.2 气候变化对夏玉米生育期的影响

随着时间发展，关中地区夏玉米生育期内年降水量的阶段性特征明显(图4)。武功、宝鸡和西安地区降雨量从20世纪50年代至70年代末表现出微弱减少趋势，在1980—2000年均表现出明显的减少趋势，在2000年之后呈现波动稳定状态。整体上3个地区降雨量呈减小趋势。减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功，减小量分别为3.59、3.23 mm·10a-1和2.64 mm·10a-1。

随着公职律师试点在全国的开展，各部门也探索开展了公职律师试点工作，但实际上成效不大。而国外公职律师普遍为专职岗位，不从事其他的行政工作，这是公职律师能够有效发挥作用的重要保证。据了解，现开展试点的税务局中没有一个税务局设立公职律师专职岗位，大多是在法规部门设立公职律师办公室，从其他岗位抽调人员参与公职律师工作，且没有固定工作机制，大多依照税务机关领导的指示来开展工作，因此很难对机关决策提供公正的法律意见，更别提开展监督了。且部分公职律师其行政工作已相当繁重，难以有精力和时间兼负公职律师的职责。所以，要更好地发挥公职律师的作用，必须使公职律师完全脱离其他事务性工作，使其专门从事公职律师工作。

武功、宝鸡和西安地区年平均温度均随着时间的推移呈增加趋势，温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功，增温速率分别为0.20、0.12 ℃·10a-1和0.09 ℃·10a-1；特别是1980s以来，三个地区增温趋势更加显著，增温速率达0.54、0.67℃·10a-1和0.21℃·10a-1。

在武功和西安地区，夏玉米水分利用效率总体均呈上升趋势，PM处理的增加速率分别为0.20、0.14 kg·hm-2·mm-1·10a-1，而CK处理的水分利用效率增加率为1.12、0.50 kg·hm-2·mm-1·10a-1。在宝鸡地区，PM处理水分利用效率呈减少趋势，减少率为0.61 kg·hm-2·mm-1·10a-1；CK处理的水分利用效率呈上升趋势，增加量为0.61 kg·hm-2·mm-1·10a-1。

目前我国的肉牛养殖行业得到了进一步的发展，但是部分养殖人员在具体养殖中还存在饲料利用率过低的问题，进而直接影响肉牛的养殖效益。因此，在日常养殖中应科学选种、合理选择饲料、优化饲养管理模式等，以有效提升肉牛饲料利用率。

2.3 气候变化对夏玉米产量、耗水量、水分利用效率和1.2 m土层土壤贮水量的影响

鉴于以上研究现状和存在的问题，本文拟利用三年连续覆膜条件下冬小麦-夏玉米轮作试验对AquaCrop模型进行校准和验证；结合关中地区三个气象站点(武功、宝鸡和西安)的多年历史气象数据，模拟研究覆膜条件下夏玉米生长和水分利用对当地气候变化的响应；基于作物产量指标和水分利用情况深入分析覆膜措施对气候变化的应对效果，分析其可行性。本研究拟为玉米覆膜旱作栽培措施在关中地区的推广和应用提供数据支持和理论依据。

其身正，不令则行；其身不正，虽令不从。站在讲台上，我们传递的不仅仅是科学知识，也传递着我们的思想、态度、品行和价值观，这些内容潜移默化的影响着学生品格的形成。一边教育学生“仁、义、礼、智、信”，一边为所欲为、不择手段追名逐利，这样的教育是注定不会成功的，而且还会破坏师德形象，破坏教师在学生心目中的权威，让之前的教育积淀功亏一篑。学生的学习能力是很强的，但是由于经验和成熟的限制，他们往往缺乏良好的鉴别和判断能力，如果不加以正确的引导，就会受到社会不良之风的感染，形成一些不良的观念和习惯，习惯一旦养成就会固定下来，进而影响到人格的形成和发展。

表5 2013—2016年1.2 m土层土壤贮水量模拟评价结果

在干旱年，武功、宝鸡和西安地区PM处理产量变异系数分别为16.3%、19.3%和25.4%，CK处理产量变异系数分别为79.2%、101.4%和78.5%。在平水年，武功、宝鸡和西安地区PM处理产量变异系数分别为9.5%、35.5%和19.7%，CK处理产量变异系数分别为48.4%、58.5%和52.1%。在丰水年，武功、宝鸡和西安地区PM处理产量变异系数分别为10.3%、26.9%和7.9%，CK处理产量变异系数分别为50.3%、58.1%和18.5%。PM处理产量变异系数小于CK处理，是因为覆膜处理对降雨具有调节和分配的作用，可抑制土壤水分蒸发，进而提高水分利用效率，促进旱地作物高产稳产[30-31]。与张俊鹏等[32]研究华北地膜覆盖提高夏玉米的灌浆速率、产量的结果一致。

表6 2013—2016年冬小麦-夏玉米轮作系统产量和耗水量的模拟值和实测值

注：同一列数值后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note: Different letters in same column indicate significant difference among treatments at the 0.05 level.

注 Note: 武功 Wugong—a，d，g；宝鸡 Baoji—b，e，h；西安 Xi’an—c，f，i。图4 夏玉米生育期内降雨和温度的变化及生长周期对气候变化的响应Fig.4 Tendency of historical precipitation and temperature, and response of growth cycle to climate change during summer maize growth seasons

注 Note： 武功 Wugong—a，d，g，j；宝鸡 Baoji—b，e，h，k；西安 Xi’an—c，f，i，l。图5 夏玉米产量、耗水量、水分利用效率和1.2 m土层土壤贮水量对气候变化的响应Fig.5 Response of summer maize grain yield,soil water consumption, water use efficiency,and soil water content at 1.2 m depth to climate change

近50年来，武功和西安地区夏玉米PM处理产量均呈上升趋势，PM产量增加幅度由大到小依次为西安、武功，增加量分别为129.89、91.53 kg·hm-2·10a-1，西安和武功CK产量增加233.44、445.43 kg·hm-2·10a-1；而宝鸡PM产量呈减少趋势，减少量为132.17 kg·hm-2·10a-1，CK呈上升趋势，增加量为251.15 kg·hm-2·10a-1。宝鸡地区PM产量呈减小趋势，可能与降雨量和温度波动较大有关。由表4可知，近50年宝鸡地区年均降雨量高于其他两个地区，在降水量较高的地区，PM处理不会带来显著的增产效果[33]。另一方面温度是影响玉米生长发育的重要生态因子，温度变化会影响玉米生长速度、叶面积指数、干物质量和产量。由图4可知，温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功，增温速率分别为0.20、0.12 ℃·10a-1和0.09 ℃·10a-1，最高温变异系数由大到小依次为宝鸡、西安和武功，变异系数分别为3.69%，3.51%和3.44%。夏玉米年均温度由大到小依次为西安、武功和宝鸡，年均温度分别为23.71℃、23.45℃和23.03℃(表4)。总体来说，宝鸡地区温度波动较大，而在关键生育期温度过高不利于干物质的积累和运输[34]，低温会造成有效积温不足，导致授粉困难，灌浆期延长，干物质积累缓慢，造成减产[35]。宝鸡PM产量呈减少趋势，而CK呈上升趋势，是因为灌浆成熟期日温度高于25℃不利于干物质的积累和运输，地膜覆盖可以显著提高土壤温度，与气候变化背景下的温度不断升高产生叠加作用，使温度高于CK处理，产生负效应，所以影响了玉米的灌浆及干物质积累，导致产量呈减少趋势。而CK处理温度处于玉米生长正常范围，所以呈上升趋势。

宝鸡和西安PM处理耗水量均呈上升趋势，耗水量增加幅度由大到小依次为宝鸡和西安，变化量分别为5.74、3.85 mm·10a-1，武功呈下降趋势，变化量为0.24 mm·10a-1。CK处理武功和宝鸡耗水量均呈减小趋势，变化量为3.33、0.66 mm·10a-1，西安呈上升趋势，变化量为3.70 mm·10a-1，且PM耗水量高于CK处理。

受气温升高影响，夏玉米的生育期天数呈现减少趋势，减少幅度由高到低为宝鸡、西安和武功，减小量分别为2.74、1.66 d·10a-1和1.35 d·10a-1，特别是1980s以来，3个地区夏玉米生育期也显著减小，减小量达4.82、5.94 d·10a-1和2.78 d·10a-1。

土壤贮水量(SWC，mm)计算如下：

蘑菇酱：小作者在文中对“夫子”的设置非常巧妙，故事也非常具有感情。虽然背景是古代，但我们依然能追随主人公，被他的思乡之情所打动。建议小作者从梦中转到现实时，多一点心理落差的描写，会更加突显思乡之情。

1.2 m土层土壤贮水量PM与CK处理均呈下降趋势，PM土壤贮水量减少幅度由大到小依次为宝鸡、西安和武功，减小量为9.04、7.62 mm·10a-1和5.83 mm·10a-1，CK处理土壤贮水量减少幅度由大到小依次为西安、宝鸡、武功，减小量为7.59、4.93 mm·10a-1和0.68 mm·10a-1。

3 讨 论

3.1 AquaCrop模型在关中地区的适用性

前人对AquaCrop模型在关中地区的适用性已经进行了初步研究。杨宁等[25]通过对AquaCrop模型模拟覆膜栽培玉米水分利用与产量形成过程进行研究，发现AquaCrop模型可以较好地模拟覆膜玉米的冠层覆盖度和土壤贮水量。刘匣等[12]验证了AquaCrop模型在关中地区覆膜冬小麦生长发育和产量形成的适用性，为AquaCrop模型用于覆膜条件下作物生产力的模拟和预测提供了较好的参数支持。张卫华等[36]对AquaCrop模型在黄土高原地区夏玉米生长和农田水分的适用性进行了评价，发现在无水分胁迫条件下，AquaCrop模型可以用于对夏玉米的贮水量及产量的模拟。本研究基于3 a田间试验数据，对AquaCrop模型模拟连续覆膜条件下冬小麦-夏玉米轮作系统作物生长和水分利用的效果进行校验。经过校准和验证，AquaCrop模型可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的生长动态、作物的产量和土壤贮水量的变化。

在模拟覆膜条件下冬小麦-夏玉米轮作系统生长过程中，拔节前地上部生物量和CC模拟效果较差，原因可能是模型没有考虑地膜的增温效应，忽略了土壤温度对作物生长的影响，使得模型模拟拔节之前的小麦生长速率滞后于实际生长速率。2015—2016年CK处理小麦生物产量模拟值偏低，这可能是由于模型模拟的冠层覆盖度较大，使得模型高估了小麦蒸发蒸腾量，导致土壤水分严重亏缺，影响后期小麦生物产量。2016年玉米土壤贮水量模拟效果不好，可能是因为该年玉米生育期降雨少，且从7—9月持续高温，导致实际土壤蒸发较大，作物耗水较多。但是由于模型是由PM处理进行校准，模型校准过程中低估了土壤的蒸发速率，使得土壤贮水量模拟值大于实测值。此外，玉米实际生长过程中，由于持续高温，玉米提前成熟，冠层覆盖度迅速减小，也加重了土壤表面蒸发。

3.2 覆膜玉米产量对干旱天气的响应

近年来，干旱和持续高温等气象灾害事件随着全球气候变化的发展，发生频率显著增加，这些极端气候变化会严重威胁作物的生长，容易造成作物减产。温度的升高和降水量的降低加剧了干旱气候对产量的负面影响。前人研究表明，干旱气候已成为影响玉米生产的重要因素，中度干旱胁迫下耐旱玉米产量比充分灌溉处理减少33.7%，不耐旱玉米则比充分灌溉处理减少62.3%[37]。对于关中地区，西安地区玉米干旱灾害致灾因子危险性等级相对较高，武功和宝鸡地区为中等等级[38]，干旱胁迫严重影响当地玉米生长发育，最终降低玉米产量。干旱造成的玉米减产率不仅取决于干旱程度，同时与其发生的玉米生长阶段密切相关。与干旱相对应，关中地区的粮食产量稳定性很大程度上取决于当地降水的稳定性。模拟研究表明，在1958、1966、1977、1985年和1997年的玉米生长季，干旱气候使得CK处理的玉米产量大幅减产，产量均低于1 000 kg·hm-2。分析发现，武功和西安地区玉米生育前期降雨多，而生育后期几乎没有降雨，导致田间土壤干旱缺水，这可能大大限制了根系吸水，使得植物无法满足籽粒灌浆需求，造成籽粒灌浆不足，而造成减产，甚至绝产。对于宝鸡地区，玉米遭受生育前期干旱，限制了玉米营养生长阶段的植株叶片生长，影响其光合作用，导致干物质累积减少；即使后期降雨较多，仍无法扭转玉米减产的结果。已有研究表明，在干旱年份中，对照没有籽粒收获，而覆膜处理仍然可以获得一定籽粒产量[39]。本研究发现类似结果，模拟研究表明，PM处理在干旱生长季，玉米产量均高于3 500 kg·hm-2，与CK处理相比，PM处理表现出了较好的稳产作用。因此，PM处理可以有效应对关中地区干旱气候的发生，使得作物在极端干旱天气下仍然可以达到一定产量。

3.3 玉米水分利用对覆膜处理的响应

覆膜处理可以减少土壤蒸发，提高土壤水分有效性，增强玉米抗旱性。地膜覆盖作为一层不透气的物理阻隔，减缓土壤水分蒸发量和蒸发速度，有助于增加土壤贮水量，促进作物生长发育，达到稳产增产的目的。本研究中，与CK处理平均耗水量相比，武功、宝鸡和西安地区玉米苗期PM处理平均耗水量分别减少9.1、7.3 mm和6.3 mm，其中干旱年分别减少10.2、7.8 mm和6.9 mm，平水年分别减少8.0、8.7 mm和6.0 mm，丰水年分别减少8.6、5.1 mm和6.0 mm。以上表明，覆膜处理可以有效抑制土壤表层蒸发，在土壤中保蓄更多的前期降雨，为后期玉米的生长提供必要的水分，保证后期干物质的积累和籽粒生长发育，Chen等[15]、柴守玺等[40]的研究成果也证明了这一结论。随着气候变化的发展，年平均降雨量呈逐年减少趋势,在此背景下，充分有效利用降雨资源就成了保证作物生长的关键。本研究中，PM处理在不同降雨年型下均显著提高玉米的水分利用效率。主要原因可能为PM处理有效抑制了无效土壤蒸发，较好地保证有效作物蒸腾，优化土壤水分的蒸发-蒸腾分配模式，缓解了干旱条件对作物生长的限制，保证了作物产量，这也是PM处理在干旱气候条件下稳定玉米产量的主要原因。

探究干旱半干旱地区气候变化对作物生长的影响，有助于制定适应策略应对气候变化，减轻其对农业生产的负面影响。覆膜条件下，玉米播种期可以提高土壤贮水量，有利于提高玉米出苗率，同时地膜覆盖的增温保墒、调节水分的运移分配、提高水分利用效率、控制杂草来促进作物生长的作用均有利于提高作物产量，增产作用在干旱年份更突出。本研究利用覆膜措施应对气候变化，效果显著。

4 结 论

本研究利用3 a连续覆膜条件下冬小麦-夏玉米轮作试验验证了AquaCrop模型在关中地区的适用性。选取关中地区具有代表性的武功、宝鸡和西安作为典型气象站点，利用AquaCrop模型模拟研究了多年历史气候条件下夏玉米作物生长和水分利用对覆膜措施的响应规律，探索利用覆膜措施应对气候变化的可行性，主要得到如下结论：

综上所述，在建构化学生成课堂时，有很多备选途径，但根本宗旨是一样的，那就是激活学生思维，并结合学生的思维进展推动生成，这也将保护学生思维的主动性和灵活性，有助于学生学习能力的提升.

1)AquaCrop模型在关中地区具有较好的适用性，可以较好地模拟连续覆膜条件下小麦和玉米的产量指标、水分利用和作物生长的动态变化。

2010年10月的一天，徐云天到父亲的公司办事。徐河不在，吴丽藻正在父亲的办公室上网。趁吴丽藻起身给他沏茶，徐云天偷偷默记下她的QQ号。

2)关中地区年平均温度随着年份的推移呈增加趋势，降雨量随着年份的推移呈减少趋势，增温导致夏玉米生长周期明显缩短。

3)在多年历史气候条件下，夏玉米覆膜可以有效抑制土壤表层蒸发，在土壤中保蓄更多的前期降雨，为后期玉米的生长提供必要的水分，保证后期干物质的积累和籽粒生长发育，达到稳产增产的目的。

4)关中地区夏玉米覆膜可以有效应对气候变化，尤其是应对干旱气候，具有较好地稳产效应。