数学模型揭示甜菜水分生产奥秘：精准灌溉新依据

《Sugar Tech》：Mathematical Modeling of Crop Water Production Functions for Sugar Beet

为确定甜菜灌溉策略，研究人员评估五种模型，发现 Jensen 和 Minhas 模型预测性最佳，意义重大。

　　在农业生产中，水是影响作物产量的关键因素之一。对于甜菜这种重要的经济作物而言，如何合理灌溉，既保证产量又提高水资源利用效率，一直是农业领域的重要课题。过去，人们虽知道水对甜菜生长至关重要，但对于不同生长阶段甜菜对水分的需求差异，以及如何精准预测水分对产量的影响，了解十分有限。这就好比在黑暗中摸索，农民们难以确定何时该浇多少水，常常导致水资源浪费或因缺水影响产量。

为了解决这些问题，来自 Bursa Uludag 大学 Yenisehir Ibrahim Orhan 职业学校的研究人员 Serhat Ayas 开展了一项关于甜菜作物水分生产函数的研究。该研究成果发表在《Sugar Tech》上，为甜菜灌溉管理提供了关键依据。

研究人员采用了多种技术方法来开展此项研究。在田间试验方面，研究在 Bursa Uludag 大学 Yenisehir Ibrahim Orhan 职业学校的农业试验田进行，为期两年（2019 - 2020 年）。在实验设计上，设置了 15 种不同的灌溉处理，涵盖甜菜的建立期（E）、营养生长期（V）、产量形成期（Y）和成熟期（R），以研究不同生长阶段水分亏缺对甜菜的影响。在测量方面，利用重量法监测土壤水分运动，通过土壤 - 水平衡方程估算总蒸散量（ET）。同时，借助 SPSS 23 统计程序，对甜菜根产量进行方差分析，并构建回归方程确定作物对水分胁迫的敏感性指数。

研究结果

1. 甜菜根产量差异：研究发现，不同年份甜菜根产量差异显著（P<0.01）。2019 年和 2020 年的降雨量（分别为 802.6mm 和 300.0mm）和温度（分别为 18.3°C 和 17.4°C）不同，导致根产量出现不可预测的变化。在 2020 年，较低的平均温度和降雨量使得根产量下降。从灌溉处理来看，在四个不同生长阶段都进行灌溉的 EVYR 处理获得了最高根产量，但在统计分析类别上，它与 EYR 处理无显著差异。而仅在建立期（E）和成熟期（R）进行灌溉的处理，根产量最低。
2. 蒸散量与根产量关系：在两个实验年份中，EVYR 处理的 ET 值最高（2019 年为 842.2mm，2020 年为 820.6mm），E 处理的 ET 值最低（2019 年为 490.5mm，2020 年为 470.8mm）。产量形成期（Y）的植物耗水量（ET）最高，建立期（E）和成熟期（R）的耗水量最低。这表明甜菜对水分最敏感的时期是产量形成期（Y）和营养生长期（V），最不敏感的时期是建立期（E）和成熟期（R）。
3. 作物对水分胁迫的敏感性指数：通过对五种不同模型（Jensen、Minhas、Blank、Stewart 和 Rao 模型）的分析，发现所有模型中，产量形成期（Y）的敏感性指数值均高于其他生长阶段。综合来看，甜菜对水分最敏感的时期是产量形成期（Y），之后依次是营养生长期（V）、建立期（E），最不敏感的是成熟期（R）。不过，根据 Minhas 模型函数方程，甜菜对水分最敏感的时期是建立期（E），这与其他模型有所不同。
4. 模型评估：对模型预测相对根产量的性能进行评估后发现，Jensen 和 Minhas 模型的预测效果最佳。在多个统计性能指标中，如平均误差算术平均值（BIAS）、平均绝对偏差（MAD）、均方误差（MSE）、平均绝对百分比误差（MAPE）和均方根误差（RMSE）等，Jensen 和 Minhas 模型在部分指标上表现出色。同时，这两个模型的建模效率（EF）也较高，分别为 0.82 和 0.80，更接近 1，意味着其测量值和预测值的一致性更好。

研究结论与讨论

本研究通过五种不同的作物水分生产模型，利用相对蒸散量（ET）或相对 ET 亏缺，对甜菜的相对产量或相对产量下降进行了预测。结果显示，Jensen 和 Minhas 模型能最准确地预测次年甜菜的相对根产量，因此推荐使用这两个模型来预测甜菜的相对根产量。不过，为了让模型性能更优，还需要在不同地点对植物对水分胁迫的敏感性指数进行测试和重新校准。同时，考虑甜菜四个不同生长阶段的相对产量和蒸散量（ET）值，能更成功地预测根产量。此外，研究还发现种植期（3 - 4 月），尤其是建立期（E）的降水量，会降低植物对水分胁迫的敏感性指数。

这项研究的意义重大，它为甜菜种植的精准灌溉提供了科学依据。农民们可以根据这些研究结果，更合理地安排灌溉时间和水量，提高水资源利用效率，减少不必要的水资源浪费，同时增加甜菜的产量和质量，从而提升经济效益。在全球水资源日益紧张的背景下，这种精准灌溉策略的研究成果具有重要的推广价值，有望为其他地区的甜菜种植乃至其他作物的灌溉管理提供有益的参考。