在干旱胁迫下春小麦产量形成过程对耕作措施的响应机制及调控

To the arid environment of wheat yield formation process of evaluation system and pre control,the project is proposed based on the water, planting and cultivation measures to control test,combined with long-term field experiments to APSIM model as a platform,and using the method of system engineering and mathematical modeling study of spring wheat yield formation mechanism of response to drought stress and cultivation measures and control effect.Trying to reveal:(1)In the process of the formation of spring wheat yield under drought stress on tillage suitability,improvedryland wheat production in different farming measures model prediction accuracy.(2)Using the model to determine the precise threshold of the regulation of the spring wheat yield formation process, and to explore the regulation effect of Tillage Measures on the production of wheat.(3)To establish the optimal control model, and put forward the optimization scheme of tillage measures to control the yield of spring wheat in arid environment. To solve these problems will undoubtedly optimize the limiting factor in dryland spring wheat yield,andprovide a theoretical basis for the arid environment of spring wheat under high yield cultivation tillage measures.

为了对干旱环境下小麦产量形成过程进行系统评价和预先调控，本项目拟基于水分、播期和耕作措施调控试验，结合长期定位大田试验，以APSIM模型为平台，并运用系统工程和数学建模的方法研究春小麦产量形成过程对干旱胁迫和耕作措施的响应机制及调控效应。试图揭示：（1）在干旱胁迫下春小麦产量形成过程对耕作措施的适宜性，提高不同耕作措施中旱地小麦产量模型模拟的预测精度。（2）利用模型确定耕作措施-干旱环境耦合对春小麦产量形成过程调控的精确阈值，探索耕作措施对小麦生产的调控效应。（3）建立优化调控模型，提出调控干旱环境春小麦产量的耕作措施优化方案。这些问题的解决无疑会对优化旱地春小麦产量形成的限制因素，为干旱环境下春小麦高产高效栽培的耕作措施提供理论依据。

本项目以田间试验为立足点，基于APSIM模型对干旱环境下春小麦产量形成过程进行系统评价和耕作措施调控研究，得到以下研究结论：.（1）利用扩展傅里叶幅度检验法和智能混合蛙跳算法快速、准确及高效估算了APSIM模型相关参数，持续更新了模型标准参数库，提升了模型本土化适应能力。APSIM模型在干旱胁迫下春小麦产量形成过程对耕作措施的适宜性较好。不同耕作措施、播期的春小麦全生育期及各生育阶段持续天数、籽粒干物质、产量和籽粒蛋白质含量RMSE分别为0.7～3.0d、15.41～143.13kg/hm2、66.43～121.92kg/hm2和0.2%～1.1%，NRMSE分别为2.34%～6.93%、1.38%～9.89%、1.23%～9.66%和1.31%～9.94%；干旱调控条件下，产量和生物量NRMSE分别为8.64%和3.62%。.（2）在干旱环境下正常播期、免耕＋秸秆覆盖耕作中合理增加秸秆覆盖量能够起到节水作用。确定了灌溉量对产量、籽粒数和千粒重分别为开口朝下抛物线且呈递增、递增和“先增后减”的调控效应，且灌溉量达到371.41mm、370.27mm和136.40mm时，极大值为3910.92kg/hm2和10744.20粒/m2和36.03g；秸秆覆盖量对产量、籽粒数和千粒重分别为开口朝上抛物线且呈递增、递增和递减的调控效应。.（3）考虑研究区投入产出效益，采用收获后秸秆全部还田的做法，即秸秆覆盖量约为3000kg/hm2，通过建立优化调控模型，确定了在实际秸秆覆盖量情况下产量、籽粒数和千粒重达到极大值3835.71kg/hm2、10538.42粒/m2和35.77g时，灌溉量则下降了37.76mm、38.56mm和16.31mm，下降比例为10.17%、10.41%和11.96%，春小麦在保证稳产高产的情况下，秸秆覆盖作用使得节水效率达到10%。由此提出了适合研究区调控干旱环境下春小麦生产的耕作措施优化方案为当地正常适宜播期（3月19日左右）、免耕＋秸秆覆盖，收获后秸秆全部还田。.本项目研究结论对优化旱地春小麦产量形成的限制因素，揭示耕作措施在干旱环境下对春小麦产量形成的调控效应及方案有重要的意义，为黄土高原干旱频发的环境下春小麦稳产高效栽培提供了理论依据和技术支撑。