陇中旱农区不同耕作措施的APSIM模型构建及应用

Abstract

目的为评估APSIM模型在陇中旱农区春小麦栽培及旱作农田水分生产力模拟中的适用性，探究保护性耕作和不同施氮情景对旱作春小麦产量及水分利用效率的影响。方法基于甘肃农业大学定西旱作农业综合实验站长期保护性耕作定位试验（始于2001年），设置传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作+秸秆翻入（TS）及免耕+秸秆覆盖（NTS）4个处理。通过2024—2025年田间观测数据对春小麦品种参数与土壤参数进行本地化校准和验证，构建适用于本地区的APSIM模型。在此基础上，结合2002—2025年历史气象资料，开展不同耕作措施及施氮梯度下春小麦产量、耗水量和水分利用效率的长期情景模拟，并利用决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）及归一化均方根误差（NRMSE）等多项指标综合评价模型的模拟精度。结果校准后的APSIM模型能够准确模拟春小麦的生长发育过程，物候期的观测值与模拟值的RMSE为0~4 d；产量的平均RMSE和NRMSE分别为59.3 kg/hm²和3.5%，叶面积指数的平均RMSE和NRMSE分别为0.2 m²/m²和16.0%。不同生育时期0~200 cm土层土壤水分的NRMSE为1.6%~18.2%。基于校准后的APSIM模型，系统评估长周期（24 a）条件下耕作措施与施氮水平对春小麦水分生产力的影响。结果表明，春小麦水分生产力与耗水量随年际降雨量同步波动。其中，免耕秸秆覆盖（NTS）处理表现最佳，多年平均产量为1 919.76 kg/hm²，水分利用效率为5.6 kg/（hm²·mm），在多数年份产量稳定、水分利用效率最高，且在降水波动年份产量降幅最小，是该地区较适宜的耕作方式。在NTS模式下进一步模拟不同施氮水平发现，作物耗水量（ET）随施氮量增加而上升，但过量施氮不仅无法进一步提高产量，反而降低资源利用效率。结论综合来看，施氮量以不超过112.5 kg/hm²为宜。免耕秸秆覆盖（NTS）搭配合理施氮（112.5 kg/hm²），是实现陇中旱农区春小麦高产稳产、提升资源利用效率的优化管理模式，对该地区及类似生态区的农业可持续发展具有指导意义。

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@article{赵位2026陇中旱农区不同耕作措施的apsim模型构建及应用,
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TY  - JOUR
TI  - 陇中旱农区不同耕作措施的APSIM模型构建及应用
AU  - 赵位
AU  - 李玲玲
AU  - 张元红
AU  - 祝榛
AU  - 吴虎涛
PY  - 2026
DA  - 2026/10/24
JO  - Shuitu Baochi Xuebao
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AB  - 目的为评估APSIM模型在陇中旱农区春小麦栽培及旱作农田水分生产力模拟中的适用性，探究保护性耕作和不同施氮情景对旱作春小麦产量及水分利用效率的影响。方法基于甘肃农业大学定西旱作农业综合实验站长期保护性耕作定位试验（始于2001年），设置传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作+秸秆翻入（TS）及免耕+秸秆覆盖（NTS）4个处理。通过2024—2025年田间观测数据对春小麦品种参数与土壤参数进行本地化校准和验证，构建适用于本地区的APSIM模型。在此基础上，结合2002—2025年历史气象资料，开展不同耕作措施及施氮梯度下春小麦产量、耗水量和水分利用效率的长期情景模拟，并利用决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）及归一化均方根误差（NRMSE）等多项指标综合评价模型的模拟精度。结果校准后的APSIM模型能够准确模拟春小麦的生长发育过程，物候期的观测值与模拟值的RMSE为0~4 d；产量的平均RMSE和NRMSE分别为59.3 kg/hm²和3.5%，叶面积指数的平均RMSE和NRMSE分别为0.2 m²/m²和16.0%。不同生育时期0~200 cm土层土壤水分的NRMSE为1.6%~18.2%。基于校准后的APSIM模型，系统评估长周期（24 a）条件下耕作措施与施氮水平对春小麦水分生产力的影响。结果表明，春小麦水分生产力与耗水量随年际降雨量同步波动。其中，免耕秸秆覆盖（NTS）处理表现最佳，多年平均产量为1 919.76 kg/hm²，水分利用效率为5.6 kg/（hm²·mm），在多数年份产量稳定、水分利用效率最高，且在降水波动年份产量降幅最小，是该地区较适宜的耕作方式。在NTS模式下进一步模拟不同施氮水平发现，作物耗水量（ET）随施氮量增加而上升，但过量施氮不仅无法进一步提高产量，反而降低资源利用效率。结论综合来看，施氮量以不超过112.5 kg/hm²为宜。免耕秸秆覆盖（NTS）搭配合理施氮（112.5 kg/hm²），是实现陇中旱农区春小麦高产稳产、提升资源利用效率的优化管理模式，对该地区及类似生态区的农业可持续发展具有指导意义。
SN  - 1009-2242
ER  -