AquaCrop模型在草坪草耗水特性研究中的应用

摘要 以草地早熟禾为试验材料，在温室内开展草坪草土壤水分梯度控制试验，将AquaCrop模型应用到非充分灌溉条件下草坪草蒸散耗水特性的研究中，通过参数调试、模型检验和田间验证，最终建立草坪草生物量水分响应模型。结果表明：AquaCrop 模型模拟草坪草生长发育的效果与实测结果较为一致，模拟值与测量值非常接近，建立的草坪草AquaCrop模型，具有较强的科学性和实用性。

关键词 AquaCrop模型；草坪草；耗水特性

中图分类号 S688.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）08-0143-03

Abstract Kentucky bluegrass was used in the experiment and AquaCrop was first applied into the research of water consumption charac-teristics of turfgrass under deficit irrigation in glasshouse in this project.And model parameters of AquaCrop model were estimated and optimized according to meteorological data，soil moisture and turfgrass data investigated from field experiments.Finally，turfgrass response to water model was built on the basis of parameters debugging and model testing.

Key words AquaCrop model；turfgrass；water consumption characteristics

草坪是城市绿地的重要组成部分，随着我国城市化进程的加快，对草坪的需求也日益增加。但因其耗水量大，备受社会关注。当前，我国有相当一部分城市水资源短缺。因此，解决水资源缺乏和草坪需水量大的矛盾，已成为我国草坪业发展的重大课题[1-2]。目前，国内外学者从草种选择、灌水方式、灌溉制度、养护管理等方面，提出了多种草坪节水技术。但是，从根本上讲，这些节水技术都需要依赖于对草坪草耗水特性的了解，即弄清楚草坪草需水量多少、何时需水的问题，因为只有在掌握草坪草耗水特性及需水规律的基础上，进行合理灌溉，才能真正达到节水的目的[3-5]。有关作物耗水特性的研究方法有许多种[6-7]，其中作物-水分模型是一种较好的研究方法，但目前尚未见到利用作物-水分模型进行草坪草耗水特性的研究报道。联合国世界粮农组织（FAO）于2009年推出了国际上最新的AquaCrop模型（FAO crop model to simulate yield response to water），该模型为水分驱动模型，即作物生物量、产量主要由土壤中可供应的水量决定，着重模拟作物对水分供应的响应状况[8-9]。

鉴于此，本研究从作物模型的角度，将联合国世界粮农组织（FAO）最新推出的水分驱动作物模型―AquaCrop模型应用到非充分灌溉条件下的草坪草耗水特性的研究中，通过草坪土壤水分梯度控制试验，确定最佳的模型参数，并进行模型检验和田间验证，建立草坪草生物量水分响应模型，利用该模型相关参数的生理学意义，结合草坪草水分生理的相关指标，揭示草坪草对水分的响应机制，进而为制定草坪草节水灌溉制度提供理论依据。

1 材料与方法

于2014年4月在长江大学园艺园林学院设施园艺基地进行。种植的草坪草为草地早熟禾，品种为午夜，播种时间为 2014年4月 15 日，5月下旬草坪成坪。于6月3日开始，开展草坪水分梯度试验，设4个水分处理，即用土壤水分测定仪，使土壤含水量分别控制在田间持水量的10 %（A）、20 %（A）、30 %（C）和40 %（D），每个处理4次重复。然后，用透明塑料薄膜，搭建防雨棚。每天观察草坪草生长状况，当发现草坪草轻度萎蔫时，进行灌溉，灌水量以土壤含水量达到初始状态为宜。AquaCrop模型的建立，参考杜文勇等[8]和付驰等[9]的方法。

2 结果与分析

2.1 不同水分条件下草坪草盖度的模拟

利用AquaCrop模型数据库，初步建立了草坪草生长模型，对不同水分条件下的草坪草生长过程进行了模拟。利用2014年6月的田间试验数据，以生物量为目标函数，构建草坪草生长模型，通过试差法使模型的模拟结果和实测结果相匹配，来校正参数。在进行模型参数校正时，参考 FAO 给定的模型参数取值范围，以模型自带的参数值为初赋值，调整幅度控制在 5 %以内，建立和生成模拟控制文件，进行模拟试验对比，分析模拟值与实测值在草坪盖度和草坪地上生物量之间的差异，不断修改各个参数，直至模拟值与实测值吻合程度良好。

从图1可以看出，模拟值与实际值较为吻合，变化趋势一致。处理A草坪盖度呈现快速下降的趋势，而处理D草坪草生长旺盛，盖度呈现平稳状态。

2.2 不同水分条件下草坪草地上生物量鲜重的模拟

从图2可以看出，随着水分胁迫的不断增强，处理A的草坪草地上生物量呈现急剧下降的趋势，处理B、C的生物量呈现逐步下降的趋势， 处理D的生物量呈现出平稳状态。

3 结论与讨论

自20世纪 60 年代以来，计算机模拟技术为作物生长发育量化分析和生产决策研究提供了强有力的技术支撑，极大地推动了作物生长模拟模型（crop growth simulation model）的发展。作物生长模拟模型，简称作物模型，是对作物生长发育过程及其与环境的关系进行定量描述和预测的重要手段。国内外学者在大量灌溉试验基础上，相继提出了一系列不同形式的作物水分响应模型。实践表明，这些模型具有一定的地域特征和时域特征，往往不能随意应用到其他的区域。

联合国世界粮农组织退出的AquaCrop模型，对用户完全免费，且运行界面简洁友好，得到了快速发展。目前国外对该模型的研究较多，内容涉及模型的描述、参数调整及验证、模拟应用等。AquaCrop模型在我国的研究还处于起步阶段，仅有少量文献报道。这些研究表明，其输入参数简单，模拟精度较高，应用前景广阔。

多年来，有关草坪草耗水特性以及制定相应的节水灌溉制度的研究，备受国内外学者关注。本项目以草地早熟禾为试验材料，在温室内开展草坪草土壤水分梯度控制试验，将AquaCrop模型应用到非充分灌溉条件下草坪草蒸散耗水特性的研究中，通过参数调试、模型检验和田间验证，最终建立了草坪草生物量水分响应模型。这些工作为草坪蒸散耗水量研究打下了一定的基础，对于制定科学合理的节水灌溉制度具有重要意义。

4 参考文献

[1] 谭玉霞，刘荣堂，王显国，等.12份野牛草材料蒸散量及抗旱性的研究[J].中国草地学报，2010，32（1）： 40-47.

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[9] 付驰，李双双，李晶，等.AquaCrop作物模型在松嫩平原春麦区的校正和验证[J].灌溉排水学报，2012，31（5）：99-102.