水稻潜在产量模拟和氮肥优化决策支持系统研究

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1、浙江大学博士学位论文水稻潜在产量模拟和氮肥优化决策支持系统研究姓名：谢文霞申请学位级别：博士专业：农业资源利用指导教师：王光火20070401浙江大学博士学位论文度和高氮积累是水稻生长后期干物质生产和氮再分配的基础，但是高氮浓度会加剧后期氮的挥发，从而降低水稻的氮肥利用率(NUE)。氮肥集中在前期施用的农民常规施肥(FFP)幼穗分化期的干物质积累(DMA)和氮积累(NA)显著高于实地氮肥管理(SSNM)和实时氮肥管理(Rn卟d)，但是水稻生长后期的DMA则比较低。SSNM和RTNM策略显著提高了两个品种的RE、AE和PE。原因是FFP幼穗分化前干物质和氮的积累多，这样会造成比较多的无效

2、分蘖，同时也会引起水稻中后期氮肥供应的不足。农民常规施肥引起浙江稻田低的氮肥利用率的主要原因一方面是氮的大量投入，另一方面是氮肥施用时间的不合理，氮肥施用与水稻的生理需求不～致。相对于目前的施氮量来说，氮的施用量降低15％(金早22)和45％(汕优63)不会造成产量损失。由于RTNM策略下，汕优63的氮肥施用量仅为60kglla～，远远低于成熟期植株的氮肥积累量，这会对土壤肥力造成负面影响。因此SSNM策略优于其它氮肥管理策略。(3)水稻生长模型WOFOST的校正及其在生产中的应用。WOFOST模型是荷兰瓦赫宁根农业大学和世界粮食研究中心共同开发研制的，是模拟特定的土壤和气候条件下一年

3、生作物生长的动态的、解释性模型。该模型在中国水稻管理方面的应用还是空白。本研究利用2001．2003年在金华市和2004年在杭州市的水稻田间试验以及大量的文献资料，对WOFOST模型的部分参数进行了修正，并利用修正后的模型对浙江水稻生长动态进行了模拟和验证。研究结果表明，经过校正后的WOFOST模型基本适用于浙江地区水稻生长的模拟分析，可以成功地用于浙江主要水稻品种生长过程的模拟以及潜在产量的计算。由WOFOST模型计算碍到浙江中部地区秀水l1、协优46、两优培九和汕优63的潜在产量分别为9．5、10、13和12．5thal，与水稻的实际产量存在很大的差距。这种差异的产生可能与当地农民

4、施肥重前期，轻中后期有关。这种惑肥模式往往会造成水稻前期养分过多，后期养分供应不足的情况。因此，有必要对目前水稻的田间管理措施进行重新审视．．(4)创建了浙江水稻氮肥优化决策支持系统ONIR。该系统是利用NuDSS与自创的NSAM(NSplittingApplicationModel)有机结合而成的。NuDSS是近年来国际水稻研究所以QUEFTS(QUantitativeEvMuationoftheFertilityofTropicalSoils)模型和实地养分管理(SSNM)技术为基础发展起来的养分决策支持系统，该模型可以确定目标产量下水稻最佳需肥总量：氮肥分次适用模型NSAM(Ni

5、trogenSplittingApplicationModcl)是我们根据水稻生长发育规律和养分平衡供应原理建立的，目的是确定各生育期的氮肥施用量，也就是氮肥的分次施用量。系统验证结果表明，模拟值与实测值均落在直观图1：1线附近，线性回归t检验平均大于0．05，斜率Q在0．847～1．034之间，相关系数R2在0．85～0．99之间。绝H摘要对均方根(RMSEabsolute)为l～138kghal，规范均方根(RMSEnormalised)为9～24％。依据WOFOST模拟的水稻潜在产量，浙江晚稻和中稻目前合理的目标产量可以分别设定为7．3和8．3thal。利用ONIR推荐的最佳氮肥

6、用量分别为120和150kghal；基肥，分蘖前期，幼穗分化期和抽穗期施用的分配比例晚稻为O．4：O．2：0．4：0或0．4：0．2：0．2：0．2，中稻为0．4：0．2：0．4：0或者0．4：0．2：0．2：0．2。氮肥用量大约相当于农民现行用量的70％，这说明如果改进农民的养分管理措施，即使现行的氮肥施用量有较大幅度的降低，也不会造成减产。关键词：水稻；氮肥利用率(NUE)；生长模拟：WOFOST模型；NuDSS模型；氮肥优化管理ln第一章研究背景及文献综述1．1引言据联合国估计，到2025年世界入口将达蓟85亿。随着世界人口数量的急尉上升，对粮食的需求不断增加，因此食物安全日益受

7、到重视。水稻是亚洲地区的主要粮食作物，由于水稻对氮(N)肥的需求量大，为了满足将来对稻米的需求，在目前耕地面积有限的情况下，增加N肥投入成为必要途径。N肥对作物的增产作用是不容质疑的，但如果盲目大量施用N肥，往往造成水稻大肥水、大群体、高成本、低收益的状况，而且会造成N素流失，导致环境污染(傅庆林等，1993；傅庆林等，1999；崔玉亭等，2000)。从世界粮农组织统计的数据来看，1961～1999年，全球氮肥用量(以元素N计)从11．6×10