基于覆膜积温补偿效应的AquaCrop模型优化模拟

丁奠元，徐志鹏，陈飞宇，董文俊，仲志成，彭佳雯， 蒋世杰，穆 奎，严惠敏，王乃江，邹宇锋，冯 浩2,

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

裸地无覆盖条件下，利用空气积温定量表征作物生育进程，可以比较准确地阐明空气热量与作物生育进程之间的关系[1]。而地膜覆盖通过阻碍近地层热量交换，抑制了土壤表层潜热散失，可有效提高土壤温度[2]，增加的土壤温度有效加快了作物的生育期发展[3]。这种情况下，仅用空气积温无法很好地解释覆膜措施引起的作物生育进程提前的现象。从作物积温学说角度出发，覆膜措施增加的地温对作物有效空气积温具有较好的补偿作用[4]。这种覆膜积温补偿效应可以有效调节作物生长进程，较好地用于模拟作物生长过程[5-7]。随着地膜覆盖的推广和作物模型的发展，覆膜积温补偿作用越来越受到科研人员的重视，并将其应用到模型研究当中。Zhang等[7]利用覆膜积温补偿效应发展并校准了SUCROS-Cotton模型。前人根据玉米发育阶段有效积温恒定原理，利用覆膜积温补偿效应改进了CERES-Maize模型对覆膜玉米的空气积温计算方法[8]。Ding等[9]基于Logistic方程定量评估了覆膜积温补偿效应对冬小麦和夏玉米地上部生长动态指标的影响。因此，量化覆膜积温补偿效应对于定量描述覆膜条件下作物生长发育过程、改进覆膜作物模型具有较好的现实意义和应用价值。

AquaCrop模型于2009年由世界粮农组织(Food and Agriculture Organization， FAO)提出，是较早考虑覆膜措施的作物模型之一，可以模拟覆膜条件下作物生长对土壤水分的响应。已有研究表明，AquaCrop模型能够较好地模拟陕西关中旱作区覆膜与不覆膜条件下冬小麦的生长动态以及黄土高原地区覆膜与不覆膜条件下玉米的生长过程[10-14]，并已在其他多个农业生态类型区、不同作物条件下进行了适用性评价，均取得了较好的模拟效果[15-21]。由于AquaCrop模型未考虑土壤温度对作物生长的影响，前人在应用AquaCrop模型模拟覆膜作物生长时，主要有2种方法考虑覆膜积温补偿效应。方法一是调节AquaCrop模型中与作物生育发展相关的积温参数，直接在作物积温参数中缩短作物相关生育时段的历时，体现覆膜积温补偿效应加速作物生长的效果[10,22-23]。方法二是引入覆膜积温补偿系数，将增加的土壤温度补偿到空气积温中，通过修正空气平均温度，换算到最高温和最低温当中，进而作为模型的气象输入数据而引入模型当中[24]。目前为止，前人鲜有对这两种方法的模拟效果进行比较，其优劣尚未可知。此外，现有考虑覆膜积温补偿效应的研究中，主要针对单作作物玉米和棉花，较少涉及冬小麦。覆膜积温补偿系数具有一定的区域分布特征，在黄土高原南部，其变化范围还不清楚，考虑覆膜积温补偿效应AquaCrop模型在冬小麦-夏玉米轮作系统中的适用性尚不明确。

鉴于以上研究现状和存在问题，本研究拟基于2013—2018年冬小麦-夏玉米轮作田间试验数据，对AquaCrop模型中引入覆膜积温补偿效应进行深入探讨，主要研究目的是：(1)分析覆膜条件下冬小麦土壤温度变化过程，探究冬小麦覆膜积温补偿效应的特征；(2)基于覆膜积温补偿效应原理，估算黄土高原南部冬小麦-夏玉米轮作系统中覆膜积温补偿系数；(3)系统校验两种覆膜积温补偿效应引入方法在AquaCrop模型冬小麦-夏玉米轮作系统中的适用性，分析比较两种引入方法在AquaCrop模型应用的优缺点。本研究的开展，有助于更好地提高AquaCrop模型对覆膜作物生长动态和产量形成的模拟效果，有助于借助AquaCrop模型进一步开展与覆膜相关的作物生理和区域应用研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年10月—2018年6月在陕西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。该地区位于黄土高原南部的关中平原，属于暖温带半湿润大陆性季风气候区。该地区四季分明，降水主要发生在7—10月份，多年平均降水量在630 mm左右，无霜期大约为213 d。供试土壤为中壤土，土壤容重平均值为1.37 g·cm-3，0～1 m土层的平均田间持水率为23.0%(质量含水率)，凋萎含水率为8.5%(质量含水率)，平均pH值8.2；土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量分别为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60 m以下，故不考虑地下水影响。试验田土壤基本理化性质(2013年10月2日取样测定)见表1。

表1 试验田土壤基本理化性质

1.2 试验设计

试验设置两种处理措施：裸地平作(CK)和全膜平作(PM)(图2)。每个处理重复3次，共6个小区，采用随机区组设计。试验分成2个阶段，2013—2016年小区规格为5.0 m×2.0 m(长×宽)、2017—2018年小区规格5.5 m×4.0 m(长×宽)。小区周围均有0.5 m宽的保护行。播种前进行翻耕整地，其中2013—2016年冬小麦采用条播种植，播种深度5 cm，行距30 cm；2017—2018年冬小麦采用穴播种植，穴距10 cm，播种深度5 cm，行距20 cm。夏玉米均采用穴播种植，播种深度5 cm，行距60 cm，株距40 cm。所用地膜为普通聚乙烯塑料薄膜，膜厚0.008 mm，覆膜小区作物生育期内持续覆膜，收获后揭膜，下一季作物种植前重新覆膜。试验小区无灌溉，秸秆不还田。具体施肥和播种措施见表2。

表2 冬小麦-夏玉米轮作田间试验基本信息

1.3 试验测定指标

1.3.1 土壤剖面水分 土壤120 cm深度剖面含水率用TRIME-TDR(TRIME-PICO-IPH TDR，IMKO公司，德国)测定，TRIME管分布在小区中间位置，以0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90、90～100、100～120 cm分层测定。冬小麦大约每10 d测定一次，夏玉米大约每7 d测定一次。土壤贮水量(SWC，mm)计算公式如下：

SWC=10×ρi×ωi×hi

(1)

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)计算公式如下：

ET=(W1-W2)+P

(2)

(3)

式中，W1为播前土壤贮水量(mm)；W2为收获时土壤贮水量(mm)；P为作物生育期≥5 mm有效降水量(mm)；Y为作物籽粒产量(kg·hm-2)。

1.3.2 土壤温度 2013—2016年利用土壤水热盐三参数测量仪(EM50,Decagon仪器公司，美国)测定土壤温度，其5个探头测定深度分别为15、30、50、70、100 cm，各土层深度探头布置在小区中部，利用15 cm土层温度表征土壤表层温度。2017—2018年利用人工监测地温计(曲管地温计)，监测土层温度为5、10、15、20、25 cm，平均每3天记录一次，利用5 cm深度土层温度表征表层土壤温度。

1.3.3 作物生长和产量指标 在冬小麦返青后，采用冠层分析仪(SunScan，Delta T仪器公司，英国)测定各生育期叶面积指数(LAI)，每个小区测定3次，取平均值。夏玉米于三叶期标记生长均匀且具有代表性的植株定株，其中每个小区选取2株植株，于拔节期、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，用于计算玉米冠层覆盖度。

在关键生育期选取小麦5株(2017—2018年冬小麦3穴)、夏玉米3株，齐地切断获取完整地上部植株(夏玉米需将茎、叶和穗分开)，立即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，在每个小区取已标记的1 m2样方的植株，测定穗数、穗粒数和千粒重。夏玉米成熟后，每个小区选取中间10株，测定玉米行数、行粒数和百粒重。冬小麦和夏玉米进行人工脱粒烘干后分别测定籽粒产量。

1.4 AquaCrop模型的主要机理介绍

1.4.1 模拟作物产量形成 AquaCrop模型利用蒸腾量与归一化水分生产效率计算植株地上生物量，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式(4)和(5)[25-26]：

B=WP*×∑Tr

(4)

Y=HI×B

(5)

式中，B为地上部生物量(kg·hm-2)；WP*为归一化水分生产效率；Tr为实际蒸腾量(mm);Y为作物产量(kg·hm-2)；HI为作物收获指数(%)。

1.4.2 模拟作物生长发育 AquaCrop模型基于时间的函数模拟作物冠层发育和根系生长过程。用户可以选择以天为步长的日历时间(calendar days)或以生长度日(growing degree days,GDD；℃·d)为步长的积温时间来模拟作物的生长过程。

GDD的计算方法是用平均气温(Ta)减去作物有效积温的下限温度值(Tbase):

(6)

(7)

1.5 覆膜积温补偿效应

1.5.1 覆膜积温补偿系数 AquaCrop模型中以GDD为步长的积温时间切合覆膜措施增加土壤积温补偿作物空气积温的作用过程；此外，AquaCrop模型也考虑了地膜覆盖对土壤蒸发的抑制作用。因此，前人在研究覆膜积温补偿效应时多以AquaCrop模型为主。

为了定量计算覆膜后土壤温度增加对空气积温的补偿作用，前人定义了覆膜积温补偿系数，表示覆膜处理土壤有效积温每升高1 ℃·d所能补偿的空气有效积温的数量[3,6]，其中，以生育期为步长的覆膜积温补偿系数计算公式如下：

(8)

1.5.2 气象数据修正 由覆膜积温补偿系数引入覆膜积温补偿效应(方法二)时，AquaCrop模型中覆膜处理的最高温与最低温数据是由当天平均气温加上积温补偿值，再经过推导换算得到，参考杨宁等[24]具体计算方法如下：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

由图4可知，冬小麦季覆膜增温作用主要发生在小麦返青之前，因此本研究中冬小麦生育时期主要为播种～出苗(i=1)和出苗～越冬时期(i=2)；夏玉米参考杨宁等[24]等文献，生育时期主要为播种～出苗(i=1)和出苗～抽雄时期(i=2)。基于公式(8)～(13)可求得修正后的覆膜处理下日最高气温和日最低气温，与其他气象资料一起作为气象数据输入AquaCrop模型，这样就在AquaCrop模型中定量引用了覆膜积温补偿效应。

覆膜积温补偿效应方法一是调节AquaCrop模型与作物生育发展历时相关的积温参数，直接体现覆膜积温补偿效应加速作物生长的效果。本研究方法一中AquaCrop模型相关积温参数与董文俊等[22]基本一致。

1.6 冠层覆盖度

单株叶面积(A，m2)、LAI和冠层覆盖度(CC)计算公式如下：

(14)

LAI=0.0001×ρ×A

(15)

CCwheat=1-exp(-0.65LAI)

(16)

CCmaize=1.005[1-exp(-0.6LAI)]1.2

(17)

式中，Lk为第k个叶片到叶尖端的长度(m)；Wk为第k个叶片最宽处的宽度(m)；0.75为叶面积系数；公式(16)和(17)分别为冬小麦、夏玉米CC计算公式[31-32]。

1.7 有效土壤积温

2013—2016年，使用EM50实测的15 cm深度每日土壤温度计算有效土壤积温。2017—2018年，以冬小麦和夏玉米日均气温为自变量，以日均土壤温度为应变量进行线性相关分析，建立线性回归方程，利用每日日均气温数据和线性回归方程对观测的土壤温度进行插值，估算PM处理与CK处理冬小麦和夏玉米5 cm深度每日土壤温度。

1.8 数据处理

本研究利用2013—2016年田间试验数据进行校准，利用2017—2018年田间试验数据进行验证；利用Microsoft Excel 2010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(Least Significant Difference)法进行显著性分析(P<0.05)，用SigmaPlot 12.5作图。

2 结果与分析

2.1 表层土壤温度动态变化

在冬小麦生长季，覆膜措施在2014年1月22日、2015年2月15日、2016年3月8日和2017年2月15日之前具有较好的增加土壤温度的作用；随后直到3月中旬(大约拔节期)之前，前三季冬小麦PM处理和CK处理的土壤温度差别不大，第4季冬小麦由于测量频率较低，没有本过渡阶段。3月中旬之后，所有生长季PM处理土壤温度均低于CK处理(图3)。覆膜措施有效增加了玉米季土壤温度，玉米拔节期之前增温效果更加显著(图3)。

2.2 覆膜积温补偿系数及平均日气温变化量

冬小麦播种～出苗阶段覆膜积温补偿系数分布在0.87～1.39之间，平均值为1.08(表3)；出苗～越冬期阶段，覆膜积温补偿系数分布在0.51～0.63之间，平均值为0.54。通过覆膜积温补偿系数换算，冬小麦播种～出苗阶段地积温对气积温的补偿值(日均值)分布在0.57～1.90℃之间，平均值为1.33℃；冬小麦出苗～越冬期阶段地积温对气积温的补偿值(日均值)分布在0.17～0.32℃之间，平均值为0.26℃。

表3 冬小麦不同生长阶段的覆膜积温补偿系数

夏玉米播种～出苗阶段覆膜积温补偿系数分布在0.71～0.90之间，平均值为0.81(表4)；出苗～抽雄期覆膜积温补偿系数分布在0.54～0.69之间，平均值为0.63。由覆膜积温补偿系数换算，夏玉米播种～出苗阶段地积温对气积温的补偿值(日均值)分布在1.12℃～2.44℃之间，平均值为1.74℃；夏玉米出苗～抽雄期阶段地积温对气积温的补偿值(日均值)分布在0.57℃～1.86℃之间，平均值为1.00℃。

表4 夏玉米不同生长阶段的覆膜积温补偿系数

冬小麦和夏玉米播种～出苗阶段的覆膜积温补偿系数均大于出苗～越冬期/抽雄期阶段的覆膜积温补偿系数。这表明覆膜条件下，作物出苗前地积温对空气积温的补偿作用更加明显；随着作物的生长，冠层对太阳辐射的阻挡作用日趋增强，增温补偿作用逐渐减弱。

2.3 AquaCrop模型的适用性

方法一和方法二的模拟结果，冠层覆盖度的模拟值与实测值变化趋势基本一致(图4)，其中，冠层覆盖度模拟值和实测值之间的R2分别分布在0.25～0.97、0.55～0.99之间，RMSE分别分布在1.1%～15.3%、2.7%～13.3%之间，NRMSE分别分布在1.6%～22.6%、3.8%～17.0%之间，其中分别有50.8%、74.1%的冠层覆盖度模拟值在实测值的标准差范围内波动。

两种方法中地上部生物量也表现出了较好的模拟结果(图5)。方法一和方法二地上部生物量模拟值和实测值之间的R2分别分布在0.89～0.98、0.94～0.99之间，RMSE分别分布在0.626～2.184 t·hm-2、0.868～2.399 t·hm-2之间，NRMSE分别分布在10.8%～29.5%、10.1%～31.3%之间，其中分别有63.6%、83.3%的地上部生物量模拟值在实测值及标准差范围内波动。

方法一和方法二1.2 m土层土壤贮水量模拟值和实测值之间的R2分别分布在0.10～0.94、0.16～0.87之间，RMSE分别分布在14.3～28.9、15.8～31.7 mm之间，NRMSE分别分布在4.5%～9.6%、4.9%～11.2%之间。作物参数与CK处理和PM处理一致的土壤贮水量模拟值分别有67.0%、84.2%在实测值及标准差范围内波动(图6)。

覆膜作物生育期的模拟结果表明(表5)，方法一和方法二均可以较好地调节作物生育期的模拟结果，其中，在2014年夏玉米、2014—2015年冬小麦季、2015年夏玉米和2017—2018年冬小麦季，方法二模拟生育期与实际生育期一致，其它生长季与实际生育期的时间相差不大。方法一和方法二产量模拟结果的相对误差范围分别为-15.4%～15.1%和-13.0%～7.4%(表6)，耗水量模拟结果的相对误差范围分别为-21.0%～15.9%和-10.2%～23.6%(表7)。整体上，与方法一模拟结果相比，方法二的产量模拟值与实测值的相对误差更小。

表5 AquaCrop模型对覆膜作物生育期的模拟结果

表6 AquaCrop模型对覆膜作物产量的模拟结果

表7 AquaCrop模型对覆膜作物耗水量的模拟结果

3 讨 论

3.1 覆膜积温补偿效应

前人对于覆膜积温补偿效应的研究多集中于玉米和棉花等春(夏)播秋收作物[6,9,24]，越冬作物冬小麦生长发育阶段的特征决定了其覆膜积温补偿效应的特殊性。冬小麦生育发展主要经历2个气温变化过程。第一阶段为播种至越冬期，气温呈现逐步降低的趋势；此时相较CK处理，PM处理主要表现出增加地温的作用。第二阶段为返青期至成熟期，此进程中气温呈现逐步升高的趋势；相较CK处理，PM处理增加土壤温度的作用逐渐消失，直至出现降低土壤温度的作用。PM处理与CK处理之间土壤温度的大小关系与冬小麦植株发育和土壤含水量等因素密切相关。播种至越冬期阶段，一方面，当冬小麦处于苗期，植株冠层较小，无法有效遮盖地面，太阳辐射可以直接到达地面；此进程中PM处理有效减小了土壤表面水分蒸发，从而减少了潜热的散失[3]，使得土壤温度相比CK处理表现出增加的趋势。另一方面，PM处理抑制土壤蒸发使得土壤含水量增加[33]，土壤的比热随之增大；PM处理土壤温度整体上降低缓慢，与CK处理相比，表现出增温作用。返青期至成熟期，随着冬小麦植株的快速生长，冠层逐渐增大，直至封行，太阳辐射无法直达地面，PM处理对土壤潜热的保持作用减弱；另外，PM处理土壤含水量高，土壤比热较大，土壤升温速度缓慢。双重因素叠加使得PM处理表现出降低土壤温度的作用。对于夏玉米而言，由于其生长季内气温处于上升阶段，且已经处于较高的温度水平，封行之前PM处理抑制土壤蒸发，减少了潜热的散失；同时PM处理土壤含水量较高，土壤的比热随之增大，自然日内土壤温度变化相对平缓。两方面因素的叠加使得覆膜措施持续增加土壤温度。

冬小麦生育期内覆膜增加土壤温度的作用有一定的时限性。这种时限性使得覆膜积温补偿效应有着相应的作用时间阈值，本研究中该作用时间阈值大致在越冬后期。Zou等[34]研究表明，覆膜平作处理的夏玉米地上部生物量累积过程较土壤温度表现出一定的滞后性，这表明夏玉米的覆膜积温补偿效应也具有一定的作用时间阈值。该时间阈值决定了覆膜平作处理对作物生长发育影响的时间，准确确定该时间阈值对于进一步定量模拟覆膜条件下作物生长发育亦具有重要意义。

3.2 覆膜积温补偿系数

作物品种、气象、土壤、播期以及覆膜方式等不同因素均会影响覆膜对地温的增加作用，进而影响覆膜积温补偿效应的效果。前人的研究中，覆膜积温补偿系数的估算主要集中在棉花和玉米生育过程中。棉花出苗到现蕾期积温补偿系数CC为0.51，现蕾期到开花期CC为0.22[4]；肖明等[6]研究结果表明，棉花出苗至三叶期CC为0.371，三叶期的CC值为1.345，蕾期CC值为0.207，出苗至现蕾期整体的CC值为0.843。付春晓等[8]研究结果显示，覆膜玉米播种至苗期CC约为0.45，出苗至抽雄期CC大约为0.20；杨宁等[24]研究结果表明，覆膜玉米播种至出苗的CC为1.356左右，出苗至抽雄前CC为0.635左右。本研究夏玉米播种～苗期的CC为0.81，出苗～抽雄期CC大约为0.63；冬小麦播种～出苗CC为1.08，出苗～越冬期CC为0.54。以上研究均表明，作物生育前期CC值大于生育后期CC值。

玉米季覆膜处理的前期和中期地温增加较为明显，可达2.5 ℃左右，后期温度增幅减小[35]。王罕博等[36]研究结果表明,地膜覆盖显著提高了土壤温度(P<0.05)，相比于裸地处理，全生育期平均增加了4.9%，为玉米出苗和前期生长提供了有利条件。本研究基于覆膜积温补偿效应，相比CK处理，PM处理夏玉米播种～出苗、出苗～抽雄期温度分别增加1.74℃和1.00℃，增幅达到6.4%～9.8%；PM处理冬小麦播种～出苗、出苗～越冬期温度分别增加1.33℃和0.26℃，增幅达到3.1%～3.9%。杨宁等[12]研究表明，玉米播种～出苗温度增加1.41℃，出苗～抽雄增加0.89℃。以上研究表明，在作物生长前期，由于作物冠层发育较小，太阳辐射直接到达地面，覆膜增温加速作物生长的效果较好，覆膜积温补偿效应更明显。

3.3 AquaCrop模型的优化改进

AquaCrop模型以土壤水分为主要驱动因子，尚缺少地温模块。该模型在模拟覆膜作物生长过程中，如果不通过计算覆膜增温补偿系数而引入覆膜积温补偿效应，常常导致同一作物品种设定为2套作物品种参数，主要区别在于积温参数变小，覆膜作物相关生育时期缩短[10,23]。这种调参过程单从AquaCrop模型的模拟角度考虑，是以结果为导向，直接在模型中引入了覆膜积温补偿效应的加速作物生长效果(方法一)。在方法一的参数结果中，同一作物品种存在2套参数，这与常规认识存在分歧，无法从作物生长发育机理上实现对覆膜条件下冬小麦-夏玉米轮作系统生长发育的模拟。

本研究中利用覆膜积温补偿系数，通过改进外源的气候数据，在应用AquaCrop模型时间接引入了覆膜积温补偿效应(方法二)，与方法一相比，在模拟冠层覆盖度、地上部生物量、产量和土壤贮水量模拟方面表现出了一定的优势。通过计算覆膜积温补偿系数而引入覆膜积温补偿效应(方法二)，从积温理论角度，这种调参过程是以补偿效应的机理为导向的，可以将覆膜增加的土壤温度补偿到空气有效积温中，从而间接在模型中引入覆膜积温补偿效应。虽然这种方法简单方便，但是没有考虑空气温度的改变对模型中作物其他生长参数的影响，如何界定该效应对参考作物蒸发蒸腾量的影响也无定论。此外，应用方法二在AquaCrop模型中引入覆膜积温补偿效应时，只能基于实测土壤温度与空气温度之间的转化关系。在长期气候变化条件下，由于这种转化关系较难在时间尺度上推广应用，故而相关研究中方法二的应用较为困难。

3.4 研究展望

为了进一步模拟覆膜之后土壤温度的变化，前人也将土壤温度对覆膜措施的响应机制与已有模型进行了耦合，并进行了应用研究。根据热量在空气-地膜-土壤不同介质中的传递规律，增加并完善了DNDC模型中的覆膜模块，改进了DNDC模型对覆膜玉米土壤温度和水分的模拟效果[37]。利用DNDC模型模拟研究了不同覆盖措施对麦玉轮作系统产量和温室气体排放的影响[38]。近年来，水稻覆膜旱作生产体系得到较好的发展，前人也利用热量在不同介质中的传递规律解决了覆膜增温效应在CERES-Rice和WHCNS模型中模拟的问题[39-41]。最新RZ-SHAW模型考虑并修正了覆膜措施对土壤温度的影响，基于覆膜条件下太阳辐射吸收和反射规律、水汽转化和能量传输过程，优化了相关参数指标，能够模拟覆膜条件下大气-植物-地膜-土壤系统中的水热传输和转化，可以较好地模拟不同地膜覆盖度下5 cm深度土壤的温度在玉米出苗过程发展变化趋势[42]。因此，在充分研究覆膜积温补偿效应的基础上，量化覆膜措施增温作用对作物生长发育的影响，建立相应的覆膜积温补偿效应模块，与已有作物模型耦合，是将来解决覆膜积温补偿效应模拟问题的关键。

4 结 论

本文分析了冬小麦覆膜积温补偿效应的特征，估算了黄土高原南部冬小麦-夏玉米轮作系统覆膜积温补偿效应系数，并基于两种方法在AquaCrop模型中引入覆膜积温补偿效应，对AquaCrop模型的模拟效果进行对比，进行适用性评价分析，得出主要结论如下：

(1)只有在播种至越冬期，冬小麦覆膜处理表现出增加地温的趋势，该覆膜增温作用的时限性表明冬小麦覆膜积温补偿效应在越冬后期出现作用时间阈值。由于冬小麦和夏玉米在播种～出苗阶段的积温补偿系数均大于出苗～越冬期(出苗～抽雄期)，因此在作物生长前期，覆膜增温加速作物生长的效果较好，覆膜积温补偿效应也更明显。

(2)对比在AquaCrop模型引入覆膜积温补偿效应的两种方法，方法二在冠层覆盖度、地上部生物量、作物产量和土壤贮水量模拟方面表现出了一定的优势，且能更好地解释覆膜措施对冬小麦-夏玉米轮作系统作物发育进程的影响。