基于DASST 模型的玉米—大豆輪作下黑土區(qū)玉米粒重的模擬研究

任姍 楊靖民 任遠

摘要：為驗證模型對吉林省玉米—大豆輪作條件下玉米粒重的模擬效果，應(yīng)用農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移決策支持系統(tǒng)（簡稱DSSAT 模型），結(jié)合田間試驗數(shù)據(jù)，對吉林省公主嶺市黑土區(qū)不同時期（1990～2003年）的玉米粒重進行模擬分析。研究結(jié)果表明：不同時期玉米粒重相差較大，且玉米粒重在6667～12825公斤/公頃范圍內(nèi)波動，玉米粒重符合線性+平臺模型。DSSAT模型能夠很好地模擬玉米—大豆輪作后玉米粒重的變化趨勢，能夠預(yù)測玉米粒重的發(fā)展趨勢，但不能評估玉米的實際粒重。

關(guān)鍵詞：DSSAT模型；玉米；輪作；粒重；模擬

基金項目：國家自然基金項目（40871107）資助

中圖分類號： S513 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.08.037

吉林省作為我國主要玉米產(chǎn)區(qū)，玉米粒重的提高一直是吉林省玉米產(chǎn)量提高的首要任務(wù)，而種植方式、施肥方式和施肥量是制約玉米粒重提高的主要因素。近年來，作物系統(tǒng)模型（Cropping System Model，CSM）被用來預(yù)測作物生長、養(yǎng)分吸收、水分利用等，以及協(xié)助評估作物最終粒重[1]。迄今為止已經(jīng)有至少100種不同的模擬模型，其中，農(nóng)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移決策支持系統(tǒng)（Decision Support System for Agrotechnology Transfer，DSSAT），是目前應(yīng)用最廣泛的模型系統(tǒng)之一。已有研究表明，DSSAT v3.5 中的 CERES-Maize 精確地模擬了泰國中部熱帶地區(qū)灌溉條件和作物粒重[2]。在加拿大溫帶氣候狀況下，提供了粒重和土壤氮素動態(tài)精確地模擬值[3]。DSSAT 模型在豫西冬小麥葉面積指數(shù)、粒重和農(nóng)田土壤水分、水分利用效率應(yīng)用的適宜性較好[4]。在正常降雨條件的情況下（2002 年和2005 年），CERES- Maize 模型能夠較好的模擬黃土高原丘陵溝壑區(qū)春玉米的收獲粒重[5]。在玉米生產(chǎn)實踐中，許多研究者已致力于通過作物模型進行科學合理的施肥試驗，但DASST作物模型對東北黑土區(qū)玉米輪作種植方式下玉米粒重的模擬研究報道更少。因此，本研究以吉林省公主嶺黑土區(qū)玉米為研究對象，利用DASST模型、田間實驗數(shù)據(jù)等方法模擬分析1990年～2003年的逐年玉米粒重，為探索玉米—大豆輪作條件下對我國東北黑土區(qū)玉米粒重的提高的影響，具有重要的科學研究意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

田間實驗小區(qū)設(shè)在公主嶺黑土地區(qū)，地處東經(jīng)124°02′～125°18′，北緯43°11′～44°09′，屬于溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫5.6℃，年均降水量594.8毫米，無霜期144天。

1.2 供試材料

供試作物玉米，品種為吉單535，保苗4.5～5.0萬株/公頃；大豆，品種為九豐6號。供試土壤為黑土，土壤母質(zhì)為第四紀黃土狀沉積物。土壤基礎(chǔ)理化性狀：有機質(zhì)22.9克/公斤，全氮1.1 克/公斤，全磷1.39克/公斤，全鉀19.5克/公斤，堿解氮99.2 毫克/公斤，速效磷22.4毫克/公斤，速效鉀115毫克/公斤，水浸pH值 6.9。

1.3試驗設(shè)計

本試驗以田間實驗地塊為模擬單元，以田間實驗（取樣分析）、數(shù)據(jù)處理（建立數(shù)據(jù)文件）、模型模擬和統(tǒng)計校驗分析相結(jié)合的研究方法。試驗設(shè)1個施肥處理：NPKM，每個處理3次重復(fù)，其中，有機肥（M）、氮（N）、磷（P）、鉀（K）肥分別選用豬糞，尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，它們的施用量分別為：有機肥（30立方米/公頃）、N（165公斤/公頃）、K2O（82.5公斤/公頃）、P2O5（82.5公斤/公頃），有機肥與磷鉀肥作基肥一次性施入，氮肥l/3作基肥，2/3做追肥。隨機區(qū)組實驗小區(qū)，小區(qū)面積400平方米。播種前使用種衣劑對種子進行包衣，包衣成分為克福唑，不施用其他除草劑及殺蟲劑等。試驗地在播種前施肥，時間一般為每年的4月20～25日，播種時間一般為每年的4月24～29日，出苗后在三葉期定苗，生育中期鏟趟2～3次。作物收獲后所有的地上作物殘體被移除，作物根茬秋翻時被埋入土壤。

1.4 研究方法

DSSAT 4.5 作物生長模型，模擬了作物營養(yǎng)生長和生殖生長發(fā)育過程、土壤水分、碳氮過程和粒重等[6]。本研究中，利用DSSAT作物生長模型模擬公主嶺1990年～2003年玉米—大豆輪作條件下玉米粒重變化。

2 結(jié)果與分析

為了進一步分析玉米—大豆輪作后不同時期玉米粒重的變化，利用DSSAT模型，對不同時期的玉米粒重進行了模擬分析，由于不同時期的波動性變化，我們選擇模擬開始后第271天的玉米粒重進行模擬。由圖1可知，玉米粒重在該區(qū)域內(nèi)隨著時間的變化而變化，與此同時，不同時期的玉米粒重實測值與模擬值的變化一致性較好，相對差異較小，說明DSSAT模型能夠很好的模擬玉米—大豆輪作后玉米粒重的變化趨勢，能夠預(yù)測玉米粒重的發(fā)展趨勢，可以用來評估玉米的實際粒重，可以直接用于玉米實際粒重的預(yù)測計算當中。從圖1中，還可以看出，模擬開始后不同天數(shù)，玉米粒重的模擬曲線在一定區(qū)域范圍內(nèi)隨著天數(shù)的增加而增加，但超過232天之后，玉米粒重進入平穩(wěn)階段，不再增加，這表明天數(shù)對玉米粒重也會產(chǎn)生影響，線性+平臺模型可以很好的擬合不同時期的玉米粒重變化。

3討論

通過對吉林省公主嶺市黑土區(qū)不同時期（1990年～2003年）的玉米粒重進行模擬分析，DSSAT模型能夠很好的模擬玉米—大豆輪作后玉米粒重和粒重的變化趨勢，能夠預(yù)測玉米粒重的發(fā)展趨勢，這與揚勤[6]、周寶庫[7]等人的研究結(jié)果是一致的。吉林省黑土區(qū)玉米生產(chǎn)嚴重依賴于種植方式和肥料的過量施入，盡管本研究模擬了與大米—大豆輪作條件下玉米10多年的生產(chǎn)粒重，但未詳細分析不同玉米粒重影響因素和肥料對玉米的限制作用，下一步將研究不同肥料施入、種植密度和水分等因素對玉米粒重產(chǎn)生的影響，建立DSSAT模型分析前的作物管理文件和土壤文件，為實現(xiàn)DSSAT預(yù)測不同作物管理對粒重的精準性和實現(xiàn)模型對玉米生產(chǎn)實踐的指導(dǎo)作用，達到高產(chǎn)高效。

4結(jié)論

與大豆輪作后，玉米粒重有小幅度的上漲，不同時期玉米粒重相差較大，研究區(qū)域的玉米粒重在6667～12825公斤/公頃，不同時期的玉米粒重和粒重實測值與模擬值的變化一致性較好。因此，在玉米實際生產(chǎn)中應(yīng)優(yōu)化作物管理方案，適當增施有機肥和調(diào)整種植方式，并改進技術(shù)，提高肥料利用效率，以實現(xiàn)玉米生產(chǎn)高產(chǎn)高效，提高吉林省黑土區(qū)玉米糧食總產(chǎn)，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介：任姍，碩士，吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，研究方向：肥料與平衡施肥。

通訊作者：楊靖民，博士，吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，副教授，研究方向：生長模型與模擬研究。