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基于DSSAT模型豫北冬小麦-夏玉米保护性耕作下农田水、碳、氮含量变化模拟分析

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摘要

1.文献综述

1.1 作物模型简介

1.1.1 作物模型的发展

1.1.2 DSSAT模型简介

1.2 DSSAT模型应用现状

1.2.1 DSSAT模型在农田水方面的应用

1.2.2 DSSAT在农田碳方面的应用

1.2.3 DSSAT在农田氮方面的应用

1.2.4 DSSAT在保护性耕作方面的应用

2.引言

3.材料方法与技术路线

3.1.1 气象数据

3.1.2 土壤数据

3.1.3 田间管理数据

3.2.4 遗传参数

3.2.5 大田试验数据测定

3.2 研究内容与技术路线

3.2.1 研究内容

3.2.2 技术路线

4.结果分析

4.1 品种参数的调试

4.1.1 小麦品种参数

4.1.2 玉米品种参数

4.2 周年农田土壤水分平衡

4.2.1 土壤含水量

4.2.2 农田蒸散量的变化与水分利用率

4.3 农田有机碳的变化

4.4 农田氮素的变化

4.4.1 不同土层的NO3-变化

4.4.2 作物氮含量变化

4.5 水、碳、氮与产量构成的关系

4.5.1 水与碳、氮以及产量构成因素之间的关系

4.5.2 氮与碳以及产量构成因素之间的关系

5.结论与讨论

5.3 农田土壤有机碳动态变化

5.4 农田土壤氮素动态变化

5.5 水、碳、氮与产量构成的关系

5.6 主要问题以及对未来的展望

参考文献

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摘要

本文选取豫北浚县为试验点,收集整理DSSAT模型所需的各项资料,以田间试验为基础,应用DSSAT模型,设计冬小麦-夏玉米周年试验。首先应用DSSAT对浚麦K8和玉米品种黎乐66品种参数进行调试,并对农田土壤含水量、作物生物量、作物产量等指标模拟的结果进行了拟合性分析。利用验证后的模型分析了豫北浚县地区两种不同耕作制度下的农田水、碳、氮方面逐日的变化规律,以及不同时期农田水、碳、氮之间对产量及作物生长发育的影响。研究结果表明:
  DSSAT模型对浚县冬小麦产量拟合度的相关系数和误差值分别为:0.96和1.12%,对地上部干物质量模拟的(d)和相关系数(r2)分别为0.96和0.95,对不同土层含水量模拟的均方差(RSME)均小于0.1,模拟结果均比较理想;模型稍低估了传统耕作模式下小麦干物质量,高估了免耕模式下土壤含水量。DSSAT对浚县夏玉米产量模拟的相关系数和误差值分别为0.91和3.21%,对地上部干物质模拟d和r2分别为0.99和0.98,对不同土层的土壤含水量模拟的均方差均小于0.1,模拟结果理想;模型低估了玉米时期的叶面积指数。
  从周年土壤含水量、作物水分利用效率、作物蒸腾量、作物产量指标看,秸秆还田免耕>传统耕作;从农田蒸散量和土面蒸发量看,传统耕作秸>秸秆还田免耕。小麦前期和玉米前期,土壤含水量增加量表现为传统耕作>秸秆还田免耕,主要是因为秸秆还没有完全腐解,吸收了降雨量,增加了覆盖物含水量,减少了土壤含水量的增加。
  秸秆还田增加了土壤中有机碳的含量,玉米与小麦时期的土壤凋落物有机碳分解速率不同,小麦时期的土壤凋落物有机碳分解速率更高。土壤有机碳储量也是因土壤中凋落物有机碳分解而下降的;小麦季土壤有机碳的矿化时间主要在前40天内,玉米季有机碳矿化时间从播种持续到收获后,并且在玉米季变化较为明显;在小麦生育后期,传统耕作下,因为作物凋落物分解速率比土壤有机碳矿化速率高,土壤中的凋谢物有机碳呈增加趋势。
  土壤硝态氮在小麦季和玉米季的前40天左右,在施肥后免耕秸秆还田管理下表层的土壤硝态氮的含量显著高于传统耕作方式;小麦季的中期和后期,免耕条件下,0-30cm土层的硝态氮含量均低于传统耕作;玉米生育期,秸秆还田0-100cm的土壤硝态氮含量均高于传统耕作;小麦季的拔节到开花期以及玉米季的拔节到抽雄期,是作物对氮吸收的高峰期;免耕秸秆还田条件下小麦季后期的氮同化量高于传统耕作;玉米季前期,免耕秸秆还田的氮同化量低于传统的耕作方式,玉米季后期,免耕秸秆还田的氮同化量高于传统的耕作方式。
  除小麦季后期,冬小麦-夏玉米生育期土壤中有机碳与土壤的硝态氮有极显著的正相关关系,并且,冬小麦-夏玉米全生育期土壤中的有机碳和硝态氮都与作物的干物质以及氮含量有极显著的负相关性。这说明秸秆还田中的碳,增加了土壤中的碳氮比,从而促进了作物对于土壤中硝态氮的吸收。

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