氮肥运筹对水稻生长影响的模拟研究

【摘要】水稻(OryzasativaL.)是我国最重要的粮食作物之一。为了提高水稻单产,大量氮肥被投入到稻田中,氮肥利用率低及其带来的环境危害成为了我国水稻生产中的突出问题。合理施用氮肥对提高水稻产量,保障我国粮食安全和促进农业可持续发展具有重要的现实意义。本研究通过不同氮肥处理的水稻田间试验,系统分析了氮肥运筹对水稻生长的影响,并分析比较了国内外具有代表性的3个水稻氮素平衡模型。研究成果将对水稻生产的氮肥管理、水稻生长模型的改进等具有重要意义。通过不同品种、施氮量和基追比的试验分析了氮肥运筹对水稻茎蘖动态、叶面积指数动态、干物质和氮素积累动态与分配、产量及其构成因素等指标的影响。结果表明,氮肥运筹对这些指标均有显著的影响。提高施氮量可以提高水稻单位面积的有效穗数、穗粒数、叶面积、干物质积累量和产量等,但同时会降低水稻的千粒重和氮肥利用率等。提高追肥的施用比例,可以提高水稻单位面积有效穗数和氮肥利用率,但会降低每穗粒数和千粒重。两个施氮水平下,均以R3(6：4)处理的干物质量和产量最高,过高或过低的基肥比例都不利于水稻获得较高的干物质量和产量。综合结果表明,唯有合理的氮肥运筹才有助于提高水稻产量和氮肥利用率,减少氮素损失及其对环境的危害。通过高氮处理的氮浓度测定数据构建了基于生理发育时间(PDT)的水稻各器官和植株地上部临界氮浓度模型。叶片、茎和地上部的临界氮浓度模型均符合幂函数关系,而穗的临界氮浓度模型则符合线性函数关系。以CERES-Rice、ORYZA2000、RiceGrow模型中的氮素平衡模型为研究对象,从过程划分、参数设置、模型算法和模拟效果等方面对其进行分析比较,揭示3个氮素平衡模型的异同点。结果表明,在模拟过程的划分上,CERES-Rice和RiceGrow均详细的描述了土壤中的氮素平衡和作物中的氮素平衡过程,而ORYZA2000则主要关注对作物中氮素平衡的模拟。模型算法上,CERES-Rice和RiceGrow模型在矿化与生物固持、反硝化和淋洗等过程中采用的算法类似,而在尿素水解、硝化作用与氨挥发中区别较大。三个模型对作物中的氮素平衡过程的算法相似,差异主要存在于最小氮浓度、最大氮浓度等的计算上。参数设置上,RiceGrow和ORYZA2000模型所设置关于氮素平衡的参数较CERES-Rice模型多,但大多作为经验型参数,因此三个模型实际需要调试的参数均较少。利用不同施氮量和氮肥基追比处理的试验资料对上述3个模型进行较准和检验,结果发现三个模型均能较好地模拟成熟期地上部干物质量、氮累积量和产量。对于全生育期,RiceGrow模型对穗重和地上部氮积累量模拟效果较好,而对茎重、叶片和茎氮累积量模拟效果较差。ORYZA2000模型对地上部和穗的干物质重模拟效果较好,对LAI、叶片和茎氮累积量模拟效果较差。CERES-Rice模型对全生育期各指标的模拟效果均较差。三个模型模拟水稻各器官和地上部氮累积量的NRMSE均大于15%,模型均存在进一步改进的空间和必要性。
【作者】曹建刚；
【导师】朱艳；
【作者基本信息】南京农业大学，作物栽培学与耕作学，2013，硕士
【关键词】水稻；氮肥运筹；生长；氮素平衡模型；CERES-Rice模型；ORYZA2000模型；RiceGrow模型；

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