基于DASST 模型的玉米—大豆輪作下黑土區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，應用農業技術轉移決策支持系統（簡稱DSSAT 模型），結合田間試驗數據，對吉林省公主嶺市黑土區不同時期（1990～2003年）的玉米粒重進行模擬分析。研究結果表明：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，能夠預測玉米粒重的發展趨勢，但不能評估玉米的實際粒重。

關鍵詞：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區，玉米粒重的提高一直是吉林省玉米產量提高的首要任務，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，作物系統模型（Cropping System Model，CSM）被用來預測作物生長、養分吸收、水分利用等，以及協助評估作物最終粒重[1]。迄今為止已經有至少100種不同的模擬模型，其中，農業技術轉移決策支持系統（Decision Support System for Agrotechnology Transfer，DSSAT），是目前應用最廣泛的模型系統之一。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精確地模擬值[3]。DSSAT 模型在豫西冬小麥葉面積指數、粒重和農田土壤水分、水分利用效率應用的適宜性較好[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春玉米的收獲粒重[5]。在玉米生產實踐中，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玉米為研究對象，利用DASST模型、田間實驗數據等方法模擬分析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 研究區域概況

田間實驗小區設在公主嶺黑土地區，地處東經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，土壤母質為第四紀黃土狀沉積物。土壤基礎理化性狀：有機質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）、數據處理（建立數據文件）、模型模擬和統計校驗分析相結合的研究方法。試驗設1個施肥處理：NPKM，每個處理3次重復，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。隨機區組實驗小區，小區面積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，模擬了作物營養生長和生殖生長發育過程、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，玉米粒重在該區域內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，能夠預測玉米粒重的發展趨勢，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測計算當中。從圖1中，還可以看出，模擬開始后不同天數，玉米粒重的模擬曲線在一定區域范圍內隨著天數的增加而增加，但超過232天之后，玉米粒重進入平穩階段，不再增加，這表明天數對玉米粒重也會產生影響，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，能夠預測玉米粒重的發展趨勢，這與揚勤[6]、周寶庫[7]等人的研究結果是一致的。吉林省黑土區玉米生產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DSSAT預測不同作物管理對粒重的精準性和實現模型對玉米生產實踐的指導作用，達到高產高效。

4結論

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，在玉米實際生產中應優化作物管理方案，適當增施有機肥和調整種植方式，并改進技術，提高肥料利用效率，以實現玉米生產高產高效，提高吉林省黑土區玉米糧食總產，促進農業可持續發展。

參考文獻

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[7]周寶庫，張喜林.黑土長期施肥對農作物粒重的影響[J].農業系統科學與綜合研究，2005，21（01）：37-39.

作者簡介：任姍，碩士，吉林農業大學資源與環境學院，研究方向：肥料與平衡施肥。

通訊作者：楊靖民，博士，吉林農業大學資源與環境學院，副教授，研究方向：生長模型與模擬研究。