基于NSGA-Ⅲ算法优化滴灌苹果灌水量及施肥量

摘要

【目的】探究干旱区水肥耦合对滴灌苹果生长、产量、品质及水肥利用效率的影响，并优化滴灌苹果的灌水量和施肥量，以实现节水节肥和提质增效的目的。【方法】以新疆阿克苏市8年生苹果树为试验对象，开展滴灌苹果田间试验，试验设置3个灌水量梯度(低水675 mm（W1）、中水800 mm（W2）、高水925 mm（W3）)和3个施肥量梯度(低肥562.5 kg/hm² （F1）、中肥750.0 kg/hm² （F2）、高肥937.5 kg/hm² （F3）)，进行完全组合设计，共9个处理，测定不同处理苹果果实生长、产量、品质及水肥利用效率；在此基础上，以苹果产量、灌溉水利用效率、肥料偏生产力、可溶性固形物含量、果肉硬度为目标，构建多目标的灌水量和施肥量二元二次回归模型，利用第三代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅲ）对回归模型进行验证求解，最终筛选出灌水量和施肥量的最优解。【结果】不同水肥耦合处理对苹果果实生长、产量和品质以及灌溉水利用效率、肥料偏生产力有明显影响。9个处理中，W2F2处理全生育期的果实纵径、横径均最高，分别为51.51和60.11 mm；产量最高，达到62.24 t/hm² ；单果质量、果形指数、可溶性固形物含量最高，分别为296.68 g、0.84和15.30%；果肉硬度较高，为8.96 kg/cm² ；灌溉水利用效率及肥料偏生产力较高，分别为77.80kg/（hm² ·mm）和82.98 kg/kg。通过NSGA-Ⅲ算法验证并求解，确定最优的灌水量和施肥量分别为821.11 mm、783.22 kg/hm² ，对应的苹果产量、灌溉水利用效率、肥料偏生产力、可溶性固形物含量及果肉硬度分别为66.68 t/hm² 、79.73 kg/（hm² ·mm）、84.52 kg/kg、15.47%、9.16 kg/cm² ，以上指标均优于表现较佳的W2F2处理。【结论】适宜的灌水量和施肥量能明显促进苹果果实生长发育，提高产量和改善品质以及节水节肥。通过NSGA-Ⅲ算法得到了最优的灌水量和施肥量。

关键词

苹果 / 滴灌 / 水肥耦合 / NSGA-Ⅲ算法 / 灌水量