Evaluation of Water–Nitrogen Schemes for Rice in Iran,Using ORYZA2000 Model

The model ORYZA2000 simulates the growth and development of rice under conditions of potential production and water and nitrogen (N) limitations. Crop simulation models could provide an alternative, less time-consuming, and inexpensive means of determining the optimum crop N and irrigation requirements under varied irrigation and nitrogen conditions. Water productivity (WP) is a concept of partial productivity and denotes the amount or value of product over volume or value of water used. For the evaluated ORYZA2000 model in Iran, a study was carried out in a randomized complete block design between 2005 and 2007, with three replications at the Rice Research Institute of Iran, Rasht. Irrigation management (three regimes) was the main plot and N application (four levels) was the subplot. In this study, simulation modeling was used to quantify water productivity and water balance components of water and nitrogen interactions in rice. Evaluation simulated and measured total aboveground biomass and yield, by adjusted coefficient of correlation, T test of means, and absolute and normalized root mean square errors (RMSE). Results showed that with normalized root mean square errors (RMSE_n) of 5–28%, ORYZA2000 satisfactorily simulated crop biomass and yield that strongly varied among irrigation and nitrogen fertilizer conditions. Yield was simulated with an RMSE of 237–443 kg ha^?1 and a normalized RMSE of 5–11%. Results showed that the significant (28–56%) share of evaporation into evapotranspiration, using the actual yield (measured) and simulated water balance (ORYZA2000), the calculated average WP_ET was significantly lower than the average WP_T: 37%. The average WP_I, WP_I+R, WP_ET, WP_T, and WP_ETQ were 1.4, 1.07, 1.07, 1.57, and 0.82 kg m^?3. Results also showed that irrigation with 8-day intervals and 60 kg N ha^?1, nitrogen level was the optimum irrigation regime and nitrogen level.     

应用ORYZA2000模型制定北京地区旱稻优化灌溉制度

通过优化灌溉提高水分利用效率,使有限的水资源发挥最大的效益,是推行节水农业的一个重要方面.在模型验证的基础上,利用ORYZA2000模型和多年气象资料,分析了北京地区不同降水年型条件下早稻产量和水分利用效率与灌溉定额之间的关系,在此基础上制定不同降水年型和产量水平的北京地区旱稻优化灌溉制度.结果表明:当灌溉定额达到一定水平后,最高产量趋于不变.干旱和平水年型条件下旱稻均有较大的增产潜力,灌溉定额为300～500 mm可增产约3000 kg/hm2;丰水年型灌溉定额为250 mm时可增产1000 kg/hm2.70%、80%和90%产量潜力3个产量水平的最优灌溉制度分别需要保持根层土壤相对含水率在67%、73%和83%左右,灌水定额不宜过高,以50～60 mm为宜.灌溉次数和灌溉定额随产量水平的提高而增加,并取决于实际的降水情况:干旱年型3个产量水平的灌溉次数为3～8次;平水年型为2～5次;丰水年型为1～5次.水分利用效率变化范围为0.92～1.28 g/kg,受各年型降水量影响灌溉水水分利用效率变化在1.61～7.76 g/kg之间,丰水年型的灌溉水水分利用效率高于平水年型和干旱年型.80%产量潜力水平时的水分利用效率最高,不同年型灌溉定额在98～239 mm之间,灌溉次数为2～5次.     

基于ORYZA2000模型的旱稻生长模拟及氮肥管理研究

以旱稻田间试验资料为基础,对水稻生长模拟模型ORYZA2000模拟旱稻生长进行参数校正和验证,图解和回归分析结果显示ORYZA2000模拟旱稻生物量、产量、作物吸氮量的模拟值与观测值基本呈线性关系,模拟效果良好,但对土壤水分的模拟效果欠佳,需做进一步研究。应用校正和验证的结果,结合肥料效应函数原理,对旱稻不同灌溉方式和密度管理下的氮肥经济最佳施肥量做了探讨,初步得出了该地区旱稻栽培氮肥经济最佳施肥量,丰富了作物模拟和节水农业的理论和实践,对以后旱稻发展及栽培管理有一定的参考价值。     

Simulating the Impact of Nitrogen Management on Rice Yield and Nitrogen Uptake in Irrigated Lowland by ORYZA2000 Model

This paper considers the implications of ORYZA2000 model in simulating physiological traits of rice at different nitrogen concentrations. The experiment was conducted over the course of the growing season in 2012 and 2013 in Rice Research Institute, Deputy of Mazandaran, Iran. The variety used was Shiroudi as a high yielding variety. The considered factors were the amount of nitrogen at four levels (40, 80, 120, 160 kg N ha^?1 and control) and nitrogen splitting in four levels. We compared simulated and measured grain yield, biomass, grain nitrogen, total plant nitrogen uptake, and leaf area index (LAI) by Student’s t-test of means and by absolute and normalized root mean square errors (RMSE). Results showed that grain yield was simulated with an RMSE of 411–423 kg ha^?1 and a normalized RMSE of 6%. RMSE was 671–910 kg ha^?1 for biomass on harvesting date. RMSE were 7–11 for grain nitrogen, and 10–13 for total plant nitrogen uptake. LAI was simulated with a normalized RMSE of 17–23%. Generally the model simulated LAI, an exceeded measured value for different nitrogen treatments. The most obvious finding that emerged from this study was that ORYZA2000 model can be applied as a supportive research tool for selecting the most appropriate strategies for rice yield improvement at various nitrogen fertilization concentrations.     

ORYZA2000模型模拟安徽地区不同播期水稻的适应性分析

以2010-2011年安徽宣城两个水稻品种(两优6326,南粳44)3个播期(5月5日、15日、25日)水稻生长发育观测数据为基础,结合当地气象、土壤等数据,将2010年数据作为校准数据对ORYZA2000模型进行参数校正,调试决定作物基本参数,以2011年数据作为检验数据,对水稻生育期、叶面积指数、生物量及产量等指标进行模拟并将结果进行统计验证与评价.结果表明,对水稻生育期发育速率的模拟显示,两优6326的大部分生育期发育速率稍高于南粳44,第三播期两优6326基本营养阶段及生殖生长阶段的发育速率最大,第三播期南粳44穗分化阶段的发育速率最小;水稻生育期模拟值均比实测值小,其差异为2 ～7d.生育期长度的归一化均方根误差(NRMSE)为3.4％ ～7.5％;两组数据所得地上总生物量的NRMSE为16％ ～22％、绿叶生物量的NRMSE为20％ ～25％、茎生物量的NRMSE为17％ ～21％、穗生物量的NRMSE为19％ ～ 25％、叶面积指数的NRMSE为24％～26％,其总生物量及产量的NRMSE分别为6％ ～ 13％和5％ ～ 14％.模拟结果表明ORYZA2000模型可以通过校准作物参数,较准确地模拟水稻发育期、发育速率及其生物量的动态积累过程.     

水稻灌溉需水量对气候变化响应的模拟

气候变化会导致作物耗水过程改变,从而影响灌溉需水。研究水稻灌溉需水对气候变化的响应规律,有助于合理制定应对气候变化的灌溉策略,保障水资源可持续利用和粮食安全。该文基于1961-2010年气象数据和HadCM3大气环流模式A2和B2两种情景下的统计降尺度模拟结果,利用经田间试验资料验证后的水稻模型ORYZA2000,模拟淹水灌溉和间歇灌溉两种灌溉处理下、历史和未来情景下水稻灌溉需水对气候变化的响应规律。结果表明:过去50年,间歇灌溉和淹水灌溉模式下水稻耗水量呈现显著上升趋势,而水稻灌溉需水量和产量都呈现下降趋势,分别由降水增加和气温升高、辐射下降导致的生育期缩短引起;未来气候情景下,间歇灌溉和淹水灌溉模式下水稻耗水量在未来3个时期(2020s,2050s和2080s)均呈现不同程度的增加;耗水量的显著增加和降水的减少导致了未来3个时期水稻灌溉需水量的明显增加;受持续增温的减产效应影响,水稻产量在未来3个时期呈现减少趋势,且降幅逐渐变大。     

基于ORYZA2000模型模拟贵阳地区一季中稻的适应性初探

为了验证ORYZA2000模型在贵阳地区一季中稻的适应性,以贵阳地区2008-2009年气象资料为基础,采用2008-2009年‘金优527’、‘黔南优2058’、‘Q优6号’的田间试验数据对ORYZA2000模型进行校正,同时获取相关作物参数和开展模拟评价。结果表明,ORYZA2000模型对3个品种的地上部总生物量、茎生物量、穗生物量、绿叶生物量、叶面积指数、产量的NRMSE分别为：16.4%、22.5%、23.5%、26.5%、26.1%、11.3%。经过参数调试后的ORYZA2000模型能够比较准确地模拟贵阳地区一季中稻的生物量、叶面积动态变化及产量,尤其是在模拟产量、总生物量方面具有较高的准确性。     

基于ORYZA2000模型的湘赣双季稻气候生产潜力

应用湘赣地区1961-2006年25个气象观测站的逐日气象资料以及31个农业气象观测站1981-2006年双季稻发育期、生物量观测等资料,对水稻生长模型ORYZA2000进行参数调试和验证。以双季稻发育速率参数为主,结合地形、气候、水稻熟性分布和当地生产实际,将湘赣双季稻区划分为7个区域,实现了ORYZA2000在湘赣双季稻地区的应用。利用本地化后的ORYZA2000模型模拟湘赣地区早、晚稻的逐日生长过程,分析了湘赣地区1961-2006年双季稻气候生产潜力的时空演变规律。分析表明,赣东、赣中、湘中一带双季稻气候生产潜力较高,湘北、湘南、赣南、赣东北双季稻气候生产潜力较低,其空间分布与实际生产情况相符。从历史演变看,25个站中有18个站的双季稻气候生产潜力呈下降趋势,每年下降22-86kg/hm^2不等。初步分析表明,湘赣地区双季稻气候生产潜力下降是由于生育期天数减少、生育期内辐射（日照时数）减少和（或）积温上升3个因素的共同影响。辐射减少导致光合作用产物减少,积温上升意味着生育期内温度升高,或产生高温胁迫,或引发生育期缩短,均对水稻生长不利。     

基于ORYZA2000模型的华北地区旱稻干旱风险评估

针对华北地区旱稻产量年际不稳定的问题,利用作物生长模拟技术与数理统计相结合的方法,对华北地区气候背景下旱稻生长季内干旱风险进行了定量评估。以模型模拟的雨养条件下实际蒸散量相对于潜在条件下的蒸散量(即需水量)的亏缺率(即水分亏缺指数),以雨养条件下产量相对于潜在产量的损失率(即灾损指数)作为产量灾损强度评价指标,从受旱程度以及产量损失两个角度构建干旱风险评估模型,进行干旱风险评估。结果表明,华北地区旱稻全生育期水分亏缺指数在0.35~0.45之间,其中出苗~穗分化阶段指数值在各生育阶段中最高。干旱灾损指数变化在0.24~0.50之间,其中河北的西北部、山东北部及河南的南部较高。就干旱强度风险及灾损风险而言,空间分布趋势基本一致,风险指数低的地区主要分布在河北北部、山东南部等地区,河北中南部、河南大部等地风险指数较高;就综合风险指数而言,高值区主要分布在河南的西部和南部、山东北部以及河北中部的部分地区,低值区主要分布在北京、天津、河北北部、山东大部以及河南北部的大部分地区。总体上看,华北大部地区旱稻干旱综合风险较低,但在农业生产实际中仍不能忽视高风险区的干旱应对及防御。     

四川单季稻区主栽水稻品种的生长模拟*4

利用四川单季稻区7个农业气象观测站5个主栽品种的田间观测数据,结合当地栽培管理措施、土壤条件及逐日气象资料对ORYZA2000模型进行参数调试,并确定四川单季稻区5个主栽品种的作物参数值;利用4～5a各主栽品种的观测数据对单季稻生育期、叶面积指数、生物量和产量等指标的模拟结果进行验证和评价。结果表明,合系39营养生长期发育速率最大,而生殖生长期发育速率最小,Ⅱ优838营养生长期发育速率最小,而D优63和汕优2生殖生长期发育速率最大;模型对5个单季稻主栽品种的生育期模拟效果较好,各品种开花期与成熟期的相对模拟误差均在1～2d,归一化均方根误差（NRMSE）均小于1%;各品种产量的NRMSE在5.26%～10.01%,叶面积指数的NRMSE为10.37%～19.19%,地上部总生物量、茎生物量、绿叶生物量及穗生物量的 NRMSE 分别为13.17%～18.69%、14.31%～20.41%、18.95%～24.74%和20.85%～25.39%。由此可见,ORYZA2000模型能够较为准确地模拟四川单季稻区5个主栽品种的发育及产量形成过程,适应能力较强,可以应用于四川单季稻生产。