作物生產系統水分和氮素管理的DSSAT模型模擬與評價.pdf

1、氮素是作物生產的主要養(yǎng)分限制因子,不合理的灌溉和施肥造成資源浪費、產量和品質下降,同時還引起環(huán)境污染。因此,探討不同水分管理和不同施氮水平對作物生長的影響,實現合理施肥,對于提高作物產量和保護生態(tài)環(huán)境具有重要理論意義和應用價值。本研究基于田間試驗數據,應用農業(yè)技術轉移決策支持系統(Decision Support System for Agrotcchnology Transfer,簡稱DSSAT模型)對不同田間試驗進行模擬,評估了該模

2、型的性能和地區(qū)適用性,主要研究結果如下:
　　 1.1959～2008年,在加拿大安大略省南部進行50年肥料效應長期定位試驗,包括春玉米連作施肥處理(CC-F)和不施肥處理(CC-NF)。通過對模型需要輸入的玉米遺傳特性參數的校驗研究,引入了不同玉米品種的光能利用效率(RUE)作為模型中玉米的遺傳參數,以適應不同試驗、不同地區(qū)的模擬狀況。本研究在模擬50年的玉米產量時,把50年的玉米品種遺傳參數劃分為了4個階段,每個階段都有相應

3、的一套玉米遺傳特性參數代表不同時期的玉米遺傳特性。結果表明,相比50年用一套玉米參數,用4套參數能夠更好地模擬CC-F和CC-NF處理的玉米產量。
　　 DSSAT模型模擬的CC-F處理的產量比模擬CC-NF處理的產量更精確,CC-F處理模擬產量與實測產量之間的標準化均方根誤差(n-RMSE)是39％,決定系數(R2)為0.36；CC-NF處理的n-RMSE值為82％,R2為0.40。雖然DSSAT模型不能精確地模擬玉米的逐年產

4、量,但是該模型可以較好地模擬產量變化趨勢。模型模擬的2008年土壤表層(0～15 cm和15～30 cm)礦質氮(NH4-N和NO3-N)的含量與實測值也有較大差異,CC-F處理相應分析的n-RMSE值的范圍是58～60％,CC-NF處理為64～89％。模型模擬的CC-F處理的1998～2000年的累計硝態(tài)氮淋失量與測量值比較一致,相應統計值n-RMSE為29％,預測效率(EF)為0.63:而對于CC—NF處理,DSSAT模型過高地估計

5、了累計硝態(tài)氮淋失,相應的n-RMSE統計值為160％,EF為0.04。表明模型不能很好模擬長期不施肥導致土壤退化條件下氮素的狀態(tài)。
　　 2.在加拿大安大略省西南部實施了5年(2000～2004)的玉米.大豆輪作田間試驗,處理包括自由地下暗管排水(TD)和控制的地下暗管排水.地下灌溉(CDS)。模擬結果顯示,DSSAT模型可以很好地模擬CDS和TD條件下玉米和大豆的產量(n-RMSE:4.3％～14.0％,d:0.985～0.9

6、98),較好地模擬0～30 cm根域土壤水含量(n-RMSE:9.9％～14.8％,d:0.724～0.831),模擬地下暗管排水的硝態(tài)氮淋失(n-RMSE:17.8％～25.2％,d:0.529～0.979)效果尚可。因此,DSSAT可以作為一個很好的工具來模擬在試驗所在地區(qū)或相同條件下CDS和TD處理對環(huán)境質量、作物生產力和土壤氮循環(huán)過程的短期影響(5-8年)。
　　 3.2006年和2007年在中國吉林省進行了不同氮素對玉

7、米生長、氮素吸收和產量影響的田間試驗。模擬結果表明,在中國東北的黑土區(qū)雨養(yǎng)條件下,通過校驗DSSAT模型中的玉米品種參數、RUE和土壤肥料參數(SLPF),該模型可以很好地模擬地上部生物量(如校驗年份d=0.95～0.98)和籽粒產量(n-RMSE=4.6％～9.0％；d=0.68～0.95),但不能精確地模擬玉米氮素吸收。通過對模型中氮脅迫參數相關的氮含量參數b的敏感性分析表明,調節(jié)b值大小可以提高玉米氮素吸收的模擬精度。校驗后的DS