基于DASST 模型的玉米—大豆轮作下黑土区玉米粒重的模拟研究

任姗 杨靖民 任远

摘要：为验证模型对吉林省玉米—大豆轮作条件下玉米粒重的模拟效果，应用农业技术转移决策支持系统（简称DSSAT 模型），结合田间试验数据，对吉林省公主岭市黑土区不同时期（1990～2003年）的玉米粒重进行模拟分析。研究结果表明：不同时期玉米粒重相差较大，且玉米粒重在6667～12825公斤/公顷范围内波动，玉米粒重符合线性+平台模型。DSSAT模型能够很好地模拟玉米—大豆轮作后玉米粒重的变化趋势，能够预测玉米粒重的发展趋势，但不能评估玉米的实际粒重。

关键词：DSSAT模型；玉米；轮作；粒重；模拟

基金项目：国家自然基金项目（40871107）资助

中图分类号： S513 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.08.037

吉林省作为我国主要玉米产区，玉米粒重的提高一直是吉林省玉米产量提高的首要任务，而种植方式、施肥方式和施肥量是制约玉米粒重提高的主要因素。近年来，作物系统模型（Cropping System Model，CSM）被用来预测作物生长、养分吸收、水分利用等，以及协助评估作物最终粒重[1]。迄今为止已经有至少100种不同的模拟模型，其中，农业技术转移决策支持系统（Decision Support System for Agrotechnology Transfer，DSSAT），是目前应用最广泛的模型系统之一。已有研究表明，DSSAT v3.5 中的 CERES-Maize 精确地模拟了泰国中部热带地区灌溉条件和作物粒重[2]。在加拿大温带气候状况下，提供了粒重和土壤氮素动态精确地模拟值[3]。DSSAT 模型在豫西冬小麦叶面积指数、粒重和农田土壤水分、水分利用效率应用的适宜性较好[4]。在正常降雨条件的情况下（2002 年和2005 年），CERES- Maize 模型能够较好的模拟黄土高原丘陵沟壑区春玉米的收获粒重[5]。在玉米生产实践中，许多研究者已致力于通过作物模型进行科学合理的施肥试验，但DASST作物模型对东北黑土区玉米轮作种植方式下玉米粒重的模拟研究报道更少。因此，本研究以吉林省公主岭黑土区玉米为研究对象，利用DASST模型、田间实验数据等方法模拟分析1990年～2003年的逐年玉米粒重，为探索玉米—大豆轮作条件下对我国东北黑土区玉米粒重的提高的影响，具有重要的科学研究意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

田间实验小区设在公主岭黑土地区，地处东经124°02′～125°18′，北纬43°11′～44°09′，属于温带大陆性季风气候，年均气温5.6℃，年均降水量594.8毫米，无霜期144天。

1.2 供试材料

供试作物玉米，品种为吉单535，保苗4.5～5.0万株/公顷；大豆，品种为九丰6号。供试土壤为黑土，土壤母质为第四纪黄土状沉积物。土壤基础理化性状：有机质22.9克/公斤，全氮1.1 克/公斤，全磷1.39克/公斤，全钾19.5克/公斤，碱解氮99.2 毫克/公斤，速效磷22.4毫克/公斤，速效钾115毫克/公斤，水浸pH值 6.9。

1.3试验设计

本试验以田间实验地块为模拟单元，以田间实验（取样分析）、数据处理（建立数据文件）、模型模拟和统计校验分析相结合的研究方法。试验设1个施肥处理：NPKM，每个处理3次重复，其中，有机肥（M）、氮（N）、磷（P）、钾（K）肥分别选用猪粪，尿素、过磷酸钙和氯化钾，它们的施用量分别为：有机肥（30立方米/公顷）、N（165公斤/公顷）、K2O（82.5公斤/公顷）、P2O5（82.5公斤/公顷），有机肥与磷钾肥作基肥一次性施入，氮肥l/3作基肥，2/3做追肥。随机区组实验小区，小区面积400平方米。播种前使用种衣剂对种子进行包衣，包衣成分为克福唑，不施用其他除草剂及杀虫剂等。试验地在播种前施肥，时间一般为每年的4月20～25日，播种时间一般为每年的4月24～29日，出苗后在三叶期定苗，生育中期铲趟2～3次。作物收获后所有的地上作物残体被移除，作物根茬秋翻时被埋入土壤。

1.4 研究方法

DSSAT 4.5 作物生长模型，模拟了作物营养生长和生殖生长发育过程、土壤水分、碳氮过程和粒重等[6]。本研究中，利用DSSAT作物生长模型模拟公主岭1990年～2003年玉米—大豆轮作条件下玉米粒重变化。

2 结果与分析

为了进一步分析玉米—大豆轮作后不同时期玉米粒重的变化，利用DSSAT模型，对不同时期的玉米粒重进行了模拟分析，由于不同时期的波动性变化，我们选择模拟开始后第271天的玉米粒重进行模拟。由图1可知，玉米粒重在该区域内随着时间的变化而变化，与此同时，不同时期的玉米粒重实测值与模拟值的变化一致性较好，相对差异较小，说明DSSAT模型能够很好的模拟玉米—大豆轮作后玉米粒重的变化趋势，能够预测玉米粒重的发展趋势，可以用来评估玉米的实际粒重，可以直接用于玉米实际粒重的预测计算当中。从图1中，还可以看出，模拟开始后不同天数，玉米粒重的模拟曲线在一定区域范围内随着天数的增加而增加，但超过232天之后，玉米粒重进入平稳阶段，不再增加，这表明天数对玉米粒重也会产生影响，线性+平台模型可以很好的拟合不同时期的玉米粒重变化。

3讨论

通过对吉林省公主岭市黑土区不同时期（1990年～2003年）的玉米粒重进行模拟分析，DSSAT模型能够很好的模拟玉米—大豆轮作后玉米粒重和粒重的变化趋势，能够预测玉米粒重的发展趋势，这与扬勤[6]、周宝库[7]等人的研究结果是一致的。吉林省黑土区玉米生产严重依赖于种植方式和肥料的过量施入，尽管本研究模拟了与大米—大豆轮作条件下玉米10多年的生产粒重，但未详细分析不同玉米粒重影响因素和肥料对玉米的限制作用，下一步将研究不同肥料施入、种植密度和水分等因素对玉米粒重产生的影响，建立DSSAT模型分析前的作物管理文件和土壤文件，为实现DSSAT预测不同作物管理对粒重的精准性和实现模型对玉米生产实践的指导作用，达到高产高效。

4结论

与大豆轮作后，玉米粒重有小幅度的上涨，不同时期玉米粒重相差较大，研究区域的玉米粒重在6667～12825公斤/公顷，不同时期的玉米粒重和粒重实测值与模拟值的变化一致性较好。因此，在玉米实际生产中应优化作物管理方案，适当增施有机肥和调整种植方式，并改进技术，提高肥料利用效率，以实现玉米生产高产高效，提高吉林省黑土区玉米粮食总产，促进农业可持续发展。

参考文献

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[2] Liu， H.L.， Yang， J.Y.， Drury， C.F.， Reynolds， W.D.， Tan， C.S.， Bai， Y.L.， He， P.， Jin， J.， Hoogenboom， G. Using the DSSAT-CERES-Maize model to simulate crop yield and nitrogen cycling in fields under long-term continuous maize production [J]. Nutr. Cycl. Agroecosyst.， 2011（89）：313-328.

[3] Liu， H.L.， Yang， J.Y.， He， P.， Bai， Y.L.， Jin， J.Y.， Drury， C.F.， Zhu， Y.P.， Yang， X.M.， Li， W.J.， Xie， J.G.， Yang， J.M.， Hoogenboom， G. Optimizing parameters of CSM-CERES-Maize model to improve simulation performance of maize growth and nitrogen uptake in Northeast China. Journal of Integrative Agriculture， 2012，（11）：1898-1913.

[4]鲁向晖，穆兴民，Nangia V，等.DSSAT 模型对豫西冬小麦保护性耕作效应模拟效果验证[J].干旱地区农业研究，2010，

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[5]鄒龙，冯浩.DSSAT-CERES 模型在黄土高原丘陵沟壑地区春玉米生产中的适用性评价[J].植物营养与肥料学报，2014，20（06）：1413-1420.

[6]杨勤，许吟隆，林而达，等.应用 DSSAT 模型预测宁夏春小麦粒重演变趋势[J].干旱地区农业研究，2009，113（02）：41-

48.

[7]周宝库，张喜林.黑土长期施肥对农作物粒重的影响[J].农业系统科学与综合研究，2005，21（01）：37-39.

作者简介：任姗，硕士，吉林农业大学资源与环境学院，研究方向：肥料与平衡施肥。

通讯作者：杨靖民，博士，吉林农业大学资源与环境学院，副教授，研究方向：生长模型与模拟研究。