基于DSSAT-CERES-Maize模型的铁岭玉米遗传参数验证

刘红

摘要：本文采用DSSAT-CERES-Maize模型，通过辽宁省铁岭地区玉米生长的天气数据、土壤数据、田间管理数据来校准玉米遗传参数，并用相对均方根误差进行验证。

关键词：玉米；DSSAT；遗传参数

1实验设置

实验地点选在辽宁省铁岭市的蔡牛镇，田间实验为三年，2017、2018和2019年都于5月1日播种，育有郑单958品种。在玉米定苗后，每个品种间隔15天左右选取3株长势较为一致的植株测定生物量、叶面积、叶绿素含量及光照等数据。

2DSAAT模型参数化

2.1DSSAT-CERES-Maize模型的输入参数

DSSAT-CERES-Maize模型的输人数据包括4个部分：天气数据、土壤数据、田间管理数据和品种遗传参数，其中品种的遗传参数需要根据前3个数据来确定。

天气数据中2017年的气象数据用于驱动DSSAT-CERES-Maize模型来校准玉米遗传参数，2018和2019年的气象数据用于验证玉米遗传参数；土壤参数包括土壤性质和剖面特征，即土壤类型、有机碳含量、舍氮量、pH值等数据，均来自于中国土壤数据库（hup：//vdb3.soil.csdb.cn）；主要的田间管理数据包括作物种植日期、种植密度、施肥量、施肥方式、施肥日期、耕作方式、灌溉方式、收获日期和方式、产量、生物量等，均来自于实验观测。

2.2玉米遗传参数的校准

DSSAT-CERES-Maize模型使用6个品种遗传参数，包括：P1，P2，P5，C2，C3，PHINT。其中，P1，P2，P5主要控制作物的生长期；C2和C3主要控制籽粒灌浆。

本研究用2017年的天气、土壤数据以及郑单958的田间实验数据来驱动模型中的CLUE模块，每次运行至少6000次，并结合“试错法”获得晟忧的玉米遗传参数（表1）。

2.3玉米遗传参数的验证

本文使用2018和2019年的天气、土壤数据进行参数和模型的验证，选用相对均方根误差RRMSE[2]作为评价玉米遗传参数准确性及模型模拟性能的指标。

为了评价DSSAT模型对玉米生育期和产量的模拟效果，本次试验研究选取开花期（ADAP）、生理成熟期（MDAP）、产量（HWAM）和成熟期地上千物重（CWAM）的均方根误差RRMSE作为评价模型的指标。

使用2018和2019年的天气数据驱动校准后的DSSAT模型，结果表明模型对2018年产量模拟的效果较差，RRMSE大于30％，这可能是因为2018年持续的高温天气和严重的干旱情况，而DSSAT-CERES-Maize模型对极端干旱天气的产量模拟效果欠佳，使得模拟误差偏大；2019年ADAP、MDAP、HWAM和CWAM的模拟效果较好，RRMSE均小于10％。因此，本文选用2019年玉米模拟与观测之间的RRMSE，作为验证控制生育期的遗传参数的依据。如表2所示，ADAP、MDAP、HWAM和CWAM的RRMSE均小于10％，模拟效果都非常好。

3结论

本文选用DSSAT模型对铁岭地区玉米遗传参数进行校准，并结合”试错法”获得最优的玉米遗传参数，并选用相对均方根误差进行验证，模拟效果都非常好。但模型对极端干旱天气的产量模拟效果欠佳，2018年持续的高温天气和严重的干旱情况导致模拟误差偏大。