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在水资源日益稀缺的当下，农业用水面临挑战。研究人员针对加工番茄开展基于模型的灌溉调度研究（含叶面积指数 LAI 数据同化与否）。结果表明该方法能减水增产，且校准良好的模型无需 LAI 同化。这为农业节水提供了有效途径。
在全球水资源愈发紧张的今天，农业作为用水大户，正面临着前所未有的挑战。一方面，气候变化使得水资源分布愈发不均，干旱等极端天气频繁出现；另一方面，公共政策对农业灌溉用水的限制也日益严格。在这样的双重压力下，农民们急需在水资源有限的情况下维持甚至提高农作物产量。传统的灌溉调度方法，如凭借固定灌溉间隔、土壤湿度阈值和作物蒸散估算来安排灌溉，已经难以满足现代农业精准用水的需求。这些方法往往忽略了土壤、水和植被之间复杂的相互作用，也无法根据实时的土壤湿度和天气变化及时调整灌溉计划，容易导致水资源的浪费或农作物因缺水而减产。
为了解决这些难题，来自美国加利福尼亚大学戴维斯分校（UC Davis）等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于加工番茄，旨在评估基于模型的灌溉调度策略，探究在有无叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）数据同化的情况下，该策略对加工番茄的灌溉用水、土壤水分含量、生长状况、产量及果实品质的影响 。研究成果发表在《Irrigation Science》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设计上，采用随机完全区组设计（Randomized Complete Block Design，RCBD），设置了三个处理组：T1（DSSAT CropGro-Tomato TM0005 结合 LAI 数据同化）、T2（DSSAT CropGro-Tomato TM0030 结合 LAI 数据同化）和 T3（对照组，DSSAT CropGro-Tomato TM0005 不进行数据同化） 。实验过程中，每周收集叶面积指数（LAI）和土壤含水量（Soil Water Content，SWC）数据，利用 AccuPAR LP - 80 ceptometer 测量光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation，PAR）来估算 LAI，使用中子探针（CPN 503 Elite Hydroprobe）监测土壤含水量。同时，运用 DSSAT v4.8 中的 CROPGRO-Tomato 模型模拟作物生长，通过确定性模型优化确定灌溉阈值，整个生长季分为 7 个时期进行灌溉安排。
测量和同化 LAI 到作物模型
研究人员在整个生长季对三个处理组的 LAI 进行测量。结果发现，LAI 从移植时的约 0.2 增长到约 50 天后的最大值 4.5。统计分析显示，各处理组之间的 LAI 在 5% 的显著性水平上无显著差异（p-value =0.969） 。这表明预季模型校准有效地捕捉了整个生长季的 LAI 动态，季内数据同化对其影响有限。从模型模拟结果来看，所有模型都能较为准确地模拟 LAI，尤其是在快速冠层发育阶段，DSSAT TM0030 模型的预测最为准确。不过，在作物衰老期，所有模型都低估了 LAI，可能是因为衰老发生时间比模型预期的更早。
土壤水分监测
研究人员对不同深度（30 - 183 cm）的土壤水分进行监测，发现不同深度土壤水分呈现不同的变化规律。表层 30 cm 土壤层由于蒸发和根系吸水，水分含量最低且变化最大，处理组 T1 和 T3 在季中尤为明显。61 cm 深度的土壤水分含量相对较高且稳定，对灌溉和干燥周期响应较小，这得益于地下滴灌系统（Subsurface Drip Irrigation，SDI）的设计，使得该深度土壤能更好地保持湿润。91 cm 和 122 cm 的中层土壤水分也较为稳定，受干燥周期影响较小。而 152 cm 和 183 cm 的深层土壤水分在整个生长季都保持较高且不变，说明这些深度的土壤水分很少被作物根系吸收利用，更像是水分储备层。
灌溉用水
研究结果显示，处理组 T1 使用 360 mm 灌溉水，相比对照组 T3（399 mm）减少了 39 mm（9.8%）；处理组 T2 使用 373 mm 灌溉水，相比对照组减少了 26 mm（6.5%） 。所有处理组的平均灌溉水量为 377 mm，而当地推荐的灌溉量为 533 - 762 mm 。这表明基于模型的模拟优化灌溉调度比当前推荐的灌溉量减少了 29 - 50% 的用水量，同时数据同化技术能进一步优化灌溉用水。
产量和果实品质
在产量方面，三个处理组之间的新鲜产量无显著差异（p=0.766） ，平均产量比 2022 年全州加工番茄平均产量高出约 19%，表明优化的 SDI 灌溉在干旱条件下能有效维持作物产量。在果实品质方面，包括 pH 值、颜色评分和可溶性固形物含量（Soluble Solids Content，SSC）等指标在各处理组之间均无显著差异，且都符合行业标准，说明减少灌溉量并未影响果实品质。
综合来看，该研究表明，基于模型的模拟优化灌溉调度方法，无论是否结合 LAI 数据同化，都能在减少灌溉用水的同时，维持或提高加工番茄的产量和果实品质。这一研究成果为水资源短缺地区的农业生产提供了一种有效的灌溉管理策略，有助于推动节水高效农业的发展。不过研究也指出，未来还需进一步完善与衰老相关的模型参数，探索土壤水分的同化，以进一步提升模型的准确性和灌溉策略的有效性。
