硫酸铝灌溉调控盐碱地甜菜光合协同效应：基于Farquhar-Ball-Berry-WOFOST耦合模型与BP神经网络的生长模拟与优化策略

本文通过耦合WOFOST模型与Farquhar-Ball-Berry光合机理模型，结合BP神经网络与卡尔曼滤波数据同化技术，创新性地构建了盐碱地甜菜生长预测系统。研究揭示灌溉量（22.5-36.0 mm）与硫酸铝施用量（300-1200 kg/ha）的协同调控可显著提升光合速率（Pn）37.63%、碳固定49.43%和释氧能力83.04%，为盐碱地作物精准管理提供理论依据与技术支撑。

　　

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Overview of the experimental area

试验区域位于中国内蒙古通辽市科尔沁左翼中旗花吐古拉镇三家子村盐碱农田改良示范区（43°49'18" N, 122°09'24" E）。该地区属温带大陆性季风气候，年均降水量322.2 mm，年均温20.2°C。根据联合国粮农组织修订的世界土壤资源参考基准（WRB），土壤类型主要为盐化草甸土。

Farquhar-Ball-Berry-WOFOST model

为提升Farquhar-Ball-Berry-WOFOST模型的精度，本研究采用2021年甜菜田间实测数据对模型参数进行校准与调整，并使用2022年数据进行验证。评估指标包括均方根误差（RMSE）、平均平方误差（MSE）和决定系数（R²）。

Response of sugar beets to controlling the application of aluminum sulfate in irrigation

光合作用是作物受外界环境与内部生理因子双重调控的关键生理特性（He et al., 2024）。本研究发现，控制性灌溉结合硫酸铝施用可有效改善土壤盐碱度，调节甜菜光合参数（Amiri, 2022; Wu et al., 2024），并同步提升碳固定与释氧能力。Wang等（2025）指出适宜的灌溉与改良剂配比能通过调控气孔导度（g_s）和胞间CO₂浓度（C_i）优化光能转化效率。

Shortcomings and prospects

本研究仍存在若干局限性需进一步优化：首先，缺乏对环境风险的长期监测，特别是Al3?累积效应及其对土壤微生物群落与养分循环的影响。未来研究应整合Al³⁺累积与土壤盐分动态监测模块，以增强模型适用性与预测能力。其次，气象条件（如云层覆盖）可能降低遥感反演叶面积指数（LAI）的精度，需开发多源数据融合技术提升稳定性。

Conclusion

本研究发现控制性灌溉结合硫酸铝施用可改善作物生长表现。基于两年田间试验，最优结果出现在W₂S₃处理（硫酸铝900 kg/ha，灌溉18.0 mm）。该处理下甜菜LAI、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（g_s）、胞间CO₂浓度（C_i）与大气CO₂浓度（C_a）分别提升60.89%、37.63%、72.95%、70.83%、8.75%与6.22%，而水分利用效率（Ls）降低31.29%。经数据同化后，模型精度显著提升55.56%，为盐碱地农业可持续管理提供量化工具。