金建新，黃建成，桂林國(guó)

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002)

馬鈴薯是中國(guó)重要的糧食作物，具有適應(yīng)性廣、營(yíng)養(yǎng)豐富、加工用途多、增產(chǎn)增收潛力大、種植效益高等特點(diǎn)，中國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，雖然糧食生產(chǎn)能力大幅提高，但人均耕地面積逐年減少，糧食危機(jī)依然存在，因此，大力發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)對(duì)確保糧食安全、促進(jìn)農(nóng)民增收、振興農(nóng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。近年來，馬鈴薯種植面積逐年擴(kuò)大，2017年已達(dá)0.08億hm2，全國(guó)已形成了內(nèi)蒙、甘肅、寧夏以及東北等幾大馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)。目前，寧夏大部分馬鈴薯種植仍然采用地面灌溉的方式，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，屬于資源消耗性農(nóng)業(yè)，嚴(yán)重阻滯該區(qū)生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此，根據(jù)馬鈴薯生理需水特征進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，優(yōu)化灌溉制度，不僅能提高灌溉水利用效率，而且能促進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增效。AquaCrop模型可通過對(duì)區(qū)域土壤、氣候、地下水及田間管理等條件對(duì)不同作物生長(zhǎng)過程和產(chǎn)量進(jìn)行模擬，其結(jié)果可較為準(zhǔn)確地反應(yīng)外界各因子對(duì)其作物的生長(zhǎng)的影響[2]。利用該模型對(duì)寧夏中部地區(qū)不同灌水周期條件下馬鈴薯生長(zhǎng)進(jìn)行模擬，對(duì)傳統(tǒng)灌溉制度進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)生育期水分敏感情況進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，可在有限供水條件下實(shí)現(xiàn)水資源高效配置。目前利用AquaCrop對(duì)作物生長(zhǎng)模擬及灌溉制度優(yōu)化方面的研究報(bào)道較多，邵東國(guó)等[3]利用AquaCrop模型對(duì)水稻灌溉制度進(jìn)行優(yōu)化，提出了節(jié)水高產(chǎn)的水分供應(yīng)模式。滕曉偉等[4]在明確不同灌溉制度對(duì)冬小麥生長(zhǎng)影響機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出針對(duì)不同水文年份的灌溉應(yīng)對(duì)策略。Tsakmakis等[5]利用AquaCrop模型模擬不同灌水梯度對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)、騰發(fā)量等的變化，發(fā)現(xiàn)與實(shí)測(cè)值較為吻合。這些研究均從不同灌水量角度出發(fā)，探索AquaCrop模型對(duì)土壤水分、作物生長(zhǎng)、水分利用等的模擬效果，并用相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)在不同區(qū)域、不同作物其均有較好的模擬效果。但是國(guó)內(nèi)對(duì)AquaCrop模型在馬鈴薯上的應(yīng)用研究較少，本研究對(duì)不同灌水量條件下馬鈴薯覆蓋度、生物量、土壤儲(chǔ)水量、產(chǎn)量、騰發(fā)量、水分利用效率等進(jìn)行模擬，并用相對(duì)誤差(RE)和均方根誤差(RMSE)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為優(yōu)化馬鈴薯灌溉制度提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年3月至10月在鹽池縣馮記溝鄉(xiāng)進(jìn)行，試驗(yàn)地位于寧夏中北部地區(qū)，北緯 37°40′43″，東經(jīng)106°51′58″，為典型的大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫22.4 ℃，光熱資源豐富，全年平均溫差28 ℃左右，多年平均降雨量為254.8 mm，蒸發(fā)量 2 100 mm，日照時(shí)數(shù)2 286 h， ≥10 ℃的有效積溫為2 400 ℃，無霜期198 d，平均海拔 1 450 m。土壤質(zhì)地為沙壤土，平均體積質(zhì)量1.38 g/cm3，田間持水量為29.5 cm3/cm3，試驗(yàn)區(qū)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分如表1所示。

表1 供試土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分Table 1 Basic nutrients for the tested soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

馬鈴薯供試品種為 ‘寧薯16號(hào)’，于5月1日播種，播種前統(tǒng)一進(jìn)行翻地、施肥。試驗(yàn)以灌水周期為變量，灌水周期分別設(shè)置5 d、7 d、10 d、 13 d和15 d共5個(gè)處理，每次灌水量相同，均為225 m3/hm2，生育期內(nèi)降雨時(shí)，根據(jù)降雨量及降雨時(shí)間每個(gè)處理進(jìn)行補(bǔ)灌溉或者推后灌溉，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)15個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)小區(qū)南北方向，面積均為150 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)之間利用1.0 m深塑料薄膜隔開，并且設(shè)置2行作為保護(hù)行。馬鈴薯起壟種植，壟寬90 cm，采用滴灌一壟雙行一帶布置，行距40 cm，株距25 cm，播種后統(tǒng)一灌水300 m3/hm2，當(dāng)馬鈴薯苗齊后開始試驗(yàn)處理，利用水表嚴(yán)格控制水量，在馬鈴薯開花期、塊莖生長(zhǎng)期和塊莖膨大期每個(gè)小區(qū)隨水追施3.5 kg高鉀型(N、P2O5、K2O含量分別為10%、5%、15%)水溶肥。各處理統(tǒng)計(jì)灌溉定額如表2所示。

表2 各處理灌溉定額Table 2 Irrigation quota for each treatment

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

氣象資料：在試驗(yàn)區(qū)中心位置安裝自動(dòng)氣象站，對(duì)降雨、蒸發(fā)、風(fēng)速等每隔30 min進(jìn)行自動(dòng) 記錄，參考作物騰發(fā)量(ET0)利用P-M公式 計(jì)算。

覆蓋度：在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)標(biāo)記10株馬鈴薯，每隔10 d采用LA-S冠層分析儀測(cè)定馬鈴薯的覆蓋度。

地上生物量：每隔10 d在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挖取3株馬鈴薯，去掉根部，用電子天平測(cè)鮮樣地上生物量。

產(chǎn)量：馬鈴薯成熟期后，在每個(gè)小區(qū)除去邊行隨機(jī)選擇3行連續(xù)挖取10株馬鈴薯，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量，最后換算成公頃產(chǎn)量，水分利用效率(WUE)用式WUE=Ym/M計(jì)算，其中Ym為馬鈴薯產(chǎn)量，kg/hm2；M為馬鈴薯總灌水量，m3/hm2。

土壤含水率：在小區(qū)中間壟馬鈴薯行間布設(shè)土壤剖面水分測(cè)定系統(tǒng)，每隔10 d于9：00測(cè)定土壤含水率，降雨后加測(cè)，分4層對(duì)0～80 cm土壤體積含水率進(jìn)行測(cè)定，每層20 cm。首次測(cè)定時(shí)利用烘干法對(duì)測(cè)定的值進(jìn)行校正。馬鈴薯生育期騰發(fā)量利用水量平衡法計(jì)算[6]。具體為ET=ΔW+R+I+G+P，其中ET為作物生育期騰發(fā)量，mm；ΔW為土壤儲(chǔ)水量變化量，mm；R為生育期內(nèi)的有效降雨量，mm；I為灌水量，mm；G為地下水對(duì)耕層土壤的補(bǔ)給量，mm，試驗(yàn)區(qū)地下水均在30 m以上，不考慮其對(duì)耕作層的補(bǔ)給水量；P為測(cè)滲補(bǔ)給量，mm，各小區(qū)之間設(shè)置隔離層，該部分水量忽略不計(jì)。

1.4 AquaCrop 模型數(shù)據(jù)庫

AquaCrop是由聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織開發(fā)的作物-水生產(chǎn)力模型，主要用于模擬水是作物生產(chǎn)中的關(guān)鍵限制因素時(shí)作物對(duì)水的產(chǎn)量反應(yīng)。主要輸入?yún)?shù)為氣象因子、作物生長(zhǎng)周期、灌水情況、田間管理、土壤性質(zhì)、地下水等，選擇模擬周期即可得到作物生物產(chǎn)量和產(chǎn)量等，該模型用脅迫參數(shù)來表征土壤水分虧缺對(duì)作物生長(zhǎng)的影響[2]。

圖1 生育期降雨量和參考作物騰發(fā)量Fig.1 Rainfall and reference crop evapotranspiration during growing period

作物參數(shù)：作物生育期階段及持續(xù)時(shí)間、覆蓋度變化和根系深度變化，試驗(yàn)過程中對(duì)馬鈴薯每個(gè)生育期進(jìn)行記錄，覆蓋度通過基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的照相法獲取，根系深度通過實(shí)際挖取測(cè)定，模擬過程中不考慮土壤養(yǎng)分脅迫。

灌溉參數(shù)：灌水方式為滴灌，輸入灌溉時(shí)間和灌水量，其中灌水量以mm計(jì)算，不考慮土壤鹽分脅迫。

土壤及田間管理：在播種前對(duì)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分(表1)、土壤質(zhì)地、土壤物理參數(shù)(主要包括體積質(zhì)量、田間持水量、凋萎系數(shù)、飽和含水量)進(jìn)行測(cè)定，模型中選擇無地表徑流和不受雜草影響。

圖2 生育期作物生長(zhǎng)度Fig.2 Crop growth temperature during growing period

1.5 數(shù)據(jù)處理及模型評(píng)價(jià)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯冠層覆蓋度模擬結(jié)果

作物覆蓋度可以較好地反應(yīng)作物地上部分隨生育期的變化，進(jìn)而判斷作物對(duì)環(huán)境因子和資源因子的適應(yīng)程度，因其測(cè)定較為方便，可替代葉面積指數(shù)作為評(píng)價(jià)馬鈴薯地上部分生長(zhǎng)情況。苗期馬鈴薯生長(zhǎng)緩慢，葉片較小，各處理地面覆蓋度均較小，隨著生育期的推進(jìn)，進(jìn)入馬鈴薯花期覆蓋度迅速增加，達(dá)到最大值后葉片衰退，覆蓋度減少，圖3為不同處理馬鈴薯覆蓋度實(shí)測(cè)值和模擬值。由圖3可知，不同處理覆蓋度極值和模擬準(zhǔn)確度差異較大，處理1到處理5覆蓋度實(shí)測(cè)最大值分別為97.8%、93.1%、92.6%、46.0%和16.7%，當(dāng)灌溉周期超過10 d，灌水量低于2 700 m3/hm2時(shí)，隨著灌水量下降，覆蓋度迅速降低，覆蓋度最大值處理1分別較處理4和處理5增加 112.61%和485.63%，處理1、處理2和處理3覆蓋度最大值無顯著性差異，說明只有保證了一定程度的灌水量，才能促進(jìn)馬鈴薯地上部分生長(zhǎng)。處理1至處理5覆蓋度實(shí)測(cè)值和模擬值RE為 2.69%、-0.74%、2.39%、0.06%、7.51%， RMSE為3.08%、2.14%、3.36%、2.16%、 1.04%，除處理5的RE較大外，其他處理RE和RMSE值均較小?？梢?，AquaCrop模型對(duì)馬鈴薯覆蓋度模擬值精度較高，可用其來模擬馬鈴薯地上部分動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過程。

圖3 不同處理馬鈴薯覆蓋度變化Fig.3 Changes of potato coverage under different treatments

2.2 馬鈴薯生物量模擬結(jié)果

由圖4可知，隨著生育期的推進(jìn)，各處理馬鈴薯生物量逐漸積累，最后達(dá)到峰值，但是不同灌水量處理下馬鈴薯生物量累計(jì)速率及累積量差異較大，和覆蓋度趨勢(shì)類似，隨著灌水量的增加而增加，8月30日馬鈴薯成熟期測(cè)得的生物量處理5較處理4、處理3、處理2和處理1分別大3.94%、8.52%、56.72%和84.26%。馬鈴薯生物量模擬值和實(shí)測(cè)值趨勢(shì)一致，但是在苗期、開花期和成熟期模擬值均較實(shí)測(cè)值大，可能是因?yàn)轳R鈴薯生長(zhǎng)過程中受環(huán)境因子抑制所產(chǎn)生了生長(zhǎng)脅迫，但在塊莖增長(zhǎng)期水肥等供應(yīng)充足時(shí)出現(xiàn)生長(zhǎng)補(bǔ)償效應(yīng)，因此實(shí)測(cè)值又大于模擬值。處理1的RE為1.62%～12.78%，RMSE為0.335 t/hm2，處理2的RE為1.35%～7.69%，RMSE為0.195 t/hm2，處理3的RE為0.95%～9.41%，RMSE為0.23 t/hm2，處理4的RE為1.18%～ 13.33%，RMSE為0.185 t/hm2，處理5的RE為 2.02%～10.18%，RMSE為0.092 t/hm2，可以看出各處理模擬值和實(shí)測(cè)的RE和RMSE均較小，RE值最大值均在10%左右，RMSE最大值小于 0.335 t/hm2，說明AquaCrop模型在模擬馬鈴薯生物量變化上精度較高，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其生長(zhǎng) 變化。

2.3 土壤儲(chǔ)水量模擬結(jié)果

土壤儲(chǔ)水量主要受土壤蒸發(fā)、作物蒸騰、灌溉和降雨等因素影響，不同處理馬鈴薯全生育期100 cm土層內(nèi)平均儲(chǔ)水量變化如圖5所示。土壤儲(chǔ)水量和灌水量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，灌溉周期為5 d的處理1馬鈴薯全生育期其土壤儲(chǔ)水量整體較大，其變幅也較小，土壤儲(chǔ)水量實(shí)測(cè)值基本維持在343.64～358.1 mm，離散系數(shù)(Cv)僅為3.1%，處理2和處理3土壤儲(chǔ)水量也較為穩(wěn)定， Cv分別為2.2%和2.8%，但處理4和處理5土壤儲(chǔ)水量為中等變異性， Cv分別為15.9%和14.7%，隨著灌水和生育期突變較大。土壤儲(chǔ)水量模擬值和實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致，處理1的RE為0.41%～2.24%，RMSE為4.1 mm，處理2的RE為0.5%～1.34%，RMSE為2.67mm，處理3的RE為0.8%～1.23%，RMSE為1.71 mm，處理4的RE為0.64%～ 1.97%，RMSE為1.68 mm，處理5的RE為 0.15%～4.35%，RMSE為2.42 mm，其中處理1的RMSE最大，且表現(xiàn)為前期和后期模擬值高于實(shí)測(cè)值，中期反之，可能是模型對(duì)深層滲漏考慮較少，頻繁的灌水和水分散失導(dǎo)致模擬值偏差較大，整體來看AquaCrop模型在模擬馬鈴薯生育期土壤儲(chǔ)水量上具有一定的精度，可用于模擬不同氣候、土壤、水肥條件下馬鈴薯種植的土壤水分動(dòng)態(tài)變化。

圖4 不同處理馬鈴薯生物量變化Fig.4 Changes of potato biomass under different treatments

圖5 不同處理土壤儲(chǔ)水量變化Fig.5 Variation of soil water storage in different treatments

2.4 馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率模擬結(jié)果

表3可以看出，馬鈴薯產(chǎn)量、騰發(fā)量和灌水量正相關(guān)關(guān)系，隨著灌水量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量、騰發(fā)量均增加，各處理差異達(dá)到顯著水平(P< 0.05)，平均實(shí)測(cè)產(chǎn)量最高為處理1，達(dá)到 48 816.3 kg/hm2，較處理2、處理3、處理4、處理5分別高0.84%、19.9%、51.8%和126.33%，產(chǎn)量模擬值也具有相同的規(guī)律，模擬結(jié)果的RE為0.1%～2.22%，RMSE為294.45 kg/hm2，灌水定額最小的處理5的RE為2.22%，說明在土壤水分發(fā)生脅迫時(shí)，作物生長(zhǎng)情況較為復(fù)雜，其模擬精度往往較低。騰發(fā)量包括土壤蒸發(fā)和作物蒸騰兩部分，隨著馬鈴薯長(zhǎng)勢(shì)變化，兩者比例發(fā)生變化，但整體來看隨著灌水量的增加騰發(fā)量也增加，處理1、處理2、處理3差異不顯著，模擬結(jié)果變化趨勢(shì)和實(shí)測(cè)值相同，其RE為1.42%～ 4.9%，RMSE為9.71 mm。水分利用效率實(shí)測(cè)值和模擬值在馬鈴薯全生育均表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢(shì)，模擬結(jié)果RE為2.19%～8.35%，RMSE為0.77 kg/m3。因此，整體來看，AquaCrop模型對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和WUE的模擬結(jié)果較好，能反應(yīng)其全生育期變化過程。

表3 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量、騰發(fā)量及水分利用效率實(shí)測(cè)值和模擬值Table 3 Measured and simulated values of potato yield and composition indicators for different treatments

注：大寫字母表示0.01顯著水平，小寫字母表示0.05顯著水平。

Note:Uppercase show significant difference at 0.01 level,lowercase show significant difference at 0.05 level.

3 討 論

本研究表明AquaCrop模型對(duì)模擬馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量及土壤儲(chǔ)水量具有較好的精度，模擬馬鈴薯覆蓋度、生物量、產(chǎn)量、騰發(fā)量、水分利用效率及土壤儲(chǔ)水量等參數(shù)和實(shí)測(cè)值具有相同的變化趨勢(shì)，并且RE和RMSE參數(shù)均較小，該模型可作為試驗(yàn)區(qū)域馬鈴薯種植生產(chǎn)的指導(dǎo)，也可對(duì)壟作馬鈴薯生產(chǎn)力進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)和初步的評(píng)估。

3.1 AquaCrop模型參數(shù)的設(shè)定

AquaCrop模型在模擬作物生長(zhǎng)過程中需要輸入氣象、土壤、作物、田間管理等參數(shù)，該參數(shù)的準(zhǔn)確設(shè)定對(duì)科學(xué)模擬作物生長(zhǎng)過程具有重要的作用，AquaCrop模型參數(shù)庫有一些典型作物的生長(zhǎng)參數(shù)，但是在不同區(qū)域、生態(tài)條件、品種、田間管理等條件下，作物生長(zhǎng)參數(shù)會(huì)發(fā)生較大的變異，因此，要根據(jù)試驗(yàn)地生產(chǎn)實(shí)際和氣候條件對(duì)模型中各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。模擬過程中不考慮土壤肥力、鹽分和雜草的脅迫作用，馬鈴薯為稀植作物，其水分生產(chǎn)力定為18 g/cm2，參考收獲指數(shù)為78%，馬鈴薯種植為起壟種植，改變了作物行間的通風(fēng)和光照狀況，AquaCrop模型在滴灌條件下未考慮壟作種植，在模擬過程中忽略了壟作的增溫效應(yīng)，導(dǎo)致模擬結(jié)果較實(shí)測(cè)偏低，因此，根據(jù)壟作較平作溫度增加值的實(shí)測(cè)值，在作物生長(zhǎng)度計(jì)算中提高一定的增量，以消除壟作所帶來的誤差。劉匣等[7]在冬小麥覆膜模擬中也采用了相同的處理方法，以消除AquaCrop模型未考慮覆膜所造成的地溫增加所帶來的誤差。

3.2 AquaCrop模型對(duì)冠層覆蓋度和生物量的模擬和驗(yàn)證

本研究結(jié)果表明AquaCrop模型可較好模擬不同灌水量條件下馬鈴薯覆蓋度變化，各處理平均相對(duì)誤差RE為0.06%～7.51%，均方根誤差RMSE為1.04%～3.36%，這與以往研究具有相同的結(jié)果，李晶等[8]對(duì)東北冬小麥冠層生長(zhǎng)進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示在正常年份實(shí)測(cè)值和模擬值具有較高的準(zhǔn)確性，決定系數(shù)介于0.726～0.995，柴順喜等[9]在北疆滴灌春小麥生產(chǎn)中也進(jìn)行驗(yàn)證，得到冠層覆蓋度模擬值和實(shí)測(cè)值均方根差為 6.84%，但是研究發(fā)現(xiàn)在極端條件下對(duì)作物生長(zhǎng)狀況的模擬偏差較大。作物地上生物量是評(píng)價(jià)作物地上部分對(duì)環(huán)境因子適應(yīng)能力的重要指標(biāo)，也是判斷作物光合同化物在生長(zhǎng)和生殖之間優(yōu)化轉(zhuǎn)移的重要依據(jù)，在不同的灌溉制度下，馬鈴薯地上生物量累計(jì)速率和累計(jì)量存在顯著差異，灌溉周期為5 d和15 d在成熟期相差84.26%，而AquaCrop模型在灌水量較為適宜時(shí)，模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確，灌水量過大或者過小，其模擬值和實(shí)測(cè)值的RE和RMSE值均較大，柴順喜等[9]設(shè)置4種灌溉定額后對(duì)春小麥地上部干生物量進(jìn)行模擬，模擬值與觀測(cè)值之間的R2與RMSE分別為94%和0.92 t/hm2，具有較好的模擬效果。本試驗(yàn)表明，AquaCrop模型對(duì)馬鈴薯冠層覆蓋度和地上生物量的模擬各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了較為理想的效果，但是在馬鈴薯水分虧缺時(shí)，模型往往不能較好地模擬其生長(zhǎng)過程，可能是由于模擬沒有考慮到作物對(duì)水分虧缺的適應(yīng)能力及后期復(fù)水補(bǔ)償效應(yīng)，同時(shí)，在作物衰老階段(圖處理1和處理5)，模型沒有考慮作物生長(zhǎng)過程的復(fù)雜性，導(dǎo)致對(duì)冠層覆蓋度的模擬精度較低。另外，由于不同地區(qū)氣候條件變化較大，而模型中氣象條件對(duì)作物生長(zhǎng)的影響權(quán)重較大，因此在利用AquaCrop模型對(duì)作物生長(zhǎng)進(jìn)行模擬的時(shí)候，需注重對(duì)氣象因子的矯正。

3.3 AquaCrop模型對(duì)土壤儲(chǔ)水量的模擬和驗(yàn)證

AquaCrop模型是以水分為主要模擬因子的模型，其對(duì)作物產(chǎn)量、生物量等的模擬均建立在土壤水分動(dòng)態(tài)模擬的基礎(chǔ)上，本研究結(jié)果表明，AquaCrop模型可以準(zhǔn)確地模擬不同處理各時(shí)期土壤儲(chǔ)水量動(dòng)態(tài)變化，其模擬值和實(shí)測(cè)值的RE為0.15%～4.35%，RMSE為1.68～4.1 mm，模擬精度高于劉匣等[7]在大蔥和小麥等上的模擬結(jié)果，各處理的模擬結(jié)果在馬鈴薯生長(zhǎng)中期較實(shí)測(cè)值大，但是在前期和后期反之，Hsiao等[10]、Farahani等[11]等在棉花上的研究結(jié)果為模擬值較實(shí)測(cè)值整體偏大，但I(xiàn)gbal[12]和 Mkhabela等[13]對(duì)小麥全生育期貯水量進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)其小于實(shí)測(cè)值，Mebane等[14]對(duì)玉米全生育期的貯水量模擬值也小于實(shí)測(cè)值，這可能與土壤保水性、土壤質(zhì)地和灌溉方式等因素有關(guān)，也可能和AquaCrop模型不能考慮土壤結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)，在相同水分條件下模擬結(jié)果不一致，該問題目前還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。該模型在模擬土壤儲(chǔ)水量變化時(shí)，不能考慮土壤結(jié)構(gòu)的變異性，造成相同的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)在模型中有很多的不確定性，也缺乏對(duì)田面微地形變化的考慮，本研究中通過改變模型中曲線CN來反映馬鈴薯起壟種植條件。

3.4 AquaCrop模型對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的模擬和驗(yàn)證

馬鈴薯能形成較多的地下塊莖產(chǎn)量，收獲指數(shù)較大，如外界因子變化較為劇烈時(shí)，AquaCrop模型不能很好地預(yù)測(cè)馬鈴薯產(chǎn)量，本文中灌水周期最大的處理5其模擬值和實(shí)測(cè)值為2.22%，為各處理中最大值，其余各處理基本均能較好地模擬在不同水分條件下馬鈴薯的產(chǎn)量變化，這與以往在不同作物上取得的結(jié)果一致。如高博[15]利用AquaCrop 模型探索了氣候變化條件下小麥產(chǎn)量的變化，對(duì)小麥產(chǎn)量變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，并用近50 a數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。周英霞等[16]對(duì)陜西氣候變化條件下不同地區(qū)冬小麥產(chǎn)量進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，成功指導(dǎo)不同氣候區(qū)種植功能劃分和冬小麥區(qū)域適應(yīng)性評(píng)價(jià)。目前國(guó)內(nèi)AquaCrop模型對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量等過程的模擬主要應(yīng)用于小麥、棉花、水稻等作物的研究[17-18]，對(duì)馬鈴薯等塊莖作物的研究報(bào)道較少，但國(guó)外在這方面已有諸多報(bào)道，Razzaghi等[18]在不同灌溉制度下對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行模擬研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量模擬值在充分灌溉和70%定額條件下較實(shí)測(cè)值小，但在50%定額條件下反之，但總體來說，AquaCrop模型能較好地模擬馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用情況?？梢姡珹quaCrop模型在模擬不同地區(qū)不同作物生長(zhǎng)過程和產(chǎn)量、水分利用等方面具有較好的準(zhǔn)確度，能夠結(jié)合區(qū)域氣候、土壤、地下水、作物、地表覆蓋等進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬，但是在氣候條件變化較為劇烈的時(shí)段，或反復(fù)水分虧缺和復(fù)水過程中，模擬精度較低，不能很好地反應(yīng)實(shí)際作物復(fù)水補(bǔ)償生長(zhǎng)過程，因此，在借助AquaCrop模型進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，需要對(duì)各參數(shù)，特別是氣象參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確矯正和 調(diào)整。

總之，雖然AquaCrop模型在處理1和處理5上對(duì)各指標(biāo)的模擬效果較其他處理低，特別是土壤水分虧缺嚴(yán)重的處理5其模擬精度較低，這可能是由于馬鈴薯在受水脅迫和復(fù)水補(bǔ)償后，地面部分生長(zhǎng)變異性較大，模型沒充分考慮到該變化過程，但是總體來看，AquaCrop模型對(duì)各指標(biāo)的模擬結(jié)果均較好，其結(jié)果可作為馬鈴薯適宜生長(zhǎng)區(qū)域劃分、特定條件下產(chǎn)量預(yù)測(cè)等。

4 結(jié) 論

AquaCrop模型對(duì)各處理馬鈴薯冠層覆蓋度實(shí)測(cè)值和模擬值的相對(duì)誤差為0.06%～7.51%，均方根誤差RMSE為1.04%～3.36%，對(duì)灌水周期最短的處理1和灌水周期最長(zhǎng)的處理5模擬結(jié)果較差，兩者的平均RE分別為2.69%和 7.51%。生物量的模擬結(jié)果在各處理中處理1效果最差，模擬值和實(shí)測(cè)值RE最大值為12.78%，RMSE為0.335 t/hm2，其余各處理對(duì)生物量的模擬均較好，可準(zhǔn)確反映在不同灌水條件下馬鈴薯地上部分的生長(zhǎng)變化。

對(duì)土壤儲(chǔ)水量的模擬結(jié)果和覆蓋度和生物量類似，各處理均能較好地模擬其變化過程，其中處理1效果最差，兩者的RMSE最大，為 4.1 mm。對(duì)產(chǎn)量和騰發(fā)量的模擬灌水量較大處理效果較好，處理4和處理5精度低于其他處理，RE分別達(dá)到11.38%和8.99%。