水稻吸氮量和干物质积累的模拟试验研究

本文描述了土壤氮和肥料氮素对水稻不同时期生长的影响及水稻对氮素吸收和在各组织器官的分布模式 ,借助水稻生长模型ORYZA - 0 ,通过田间和水槽的氮肥试验结果对水稻模型和氮素动态模块进行了验证。结果表明 ,模型模拟的水稻生物量、产量、叶片吸氮量和地上部吸氮量与实测值呈明显的正相关 ,其相关系数分别为 :生物量r=0.9889;产量r =0.9992 ;叶片吸氮量r =0.9597;地上部吸氮量r =0.9234。模拟生物量、产量和实测的生物及产量的相关性较高 ;而对叶片吸氮量、地上部吸氮量的模拟值与实测值的相关性稍低一些。但总体来看 ,该模型不仅能较准确地模拟水稻生长动态 ,而且可以模拟水稻氮吸收和积累的行为动态     

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。     

水稻生长模型参数的敏感性及其对产量遥感估测的不确定性

采用全局敏感性分析方法探讨水稻生长模型与遥感数据耦合估产的不确定性问题。以实测数据为基准数据,当ORYZA2000模型的17个输入变量模拟导入可能误差时,模型的地上生物量(WAGT)、叶面积指数(LAI)、籽粒质量(WSO)和叶片氮含量(NFLV)等模拟输出结果显示较大的不确定性,LAI最大变幅超过20%,最终籽粒产量最大变幅超过10%。引起模型输出结果不确定性的输入变量中,水稻播种期的影响最大;模型的驱动变量温度和日照时数的误差对成熟期的产量影响较大;水稻干物质地上叶片质量分数(FLVTB)对所有关于叶片和籽粒生物量的输出结果都有较大的影响,因此,当利用生长模型和遥感数据进行耦合时,水稻播种期、模型的驱动变量如温度、日照时数、FLVTB等数据精度对估产结果有很大影响。比较LAI、NFLV单独或LAI+NFLV同时耦合ORYZA2000模拟中,LAI+NFLV的敏感性指数最高,其次是LAI,NFLV最差。模型耦合估测WSO、WAGT时,水稻移栽后70～80d左右的遥感影像数据是最重要的,必须获得,此期前后20～30d的2次数据也比较重要,而幼苗期和成熟期的遥感数据耦合生长模型对产量和生物量的估测意义不大。     

基于稻田实测温度的水稻模型ORYZA2000应用

利用安徽省淮南市寿县水稻试验站2016-2018年水稻高温热害田间试验观测数据和气象数据,对ORYZA2000水稻模型进行本地化定标,再运用其对稻田实测温度和台站温度进行对比模拟研究,分析稻田不同高度的实际温度与台站温度的差别及其对ORYZA2000水稻模型模拟结果的影响。结果表明:(1)获取田间离地35、75、125cm处气温,并将各高度田间气温组合成稻田组合温度,代表田间水稻冠层的生境温度,将这4种温度及台站温度进行比较,在平均日最高温度方面,以稻田组合温度最高,高于台站温度近2.5℃;在平均日最低温度方面,田间各高度温度与台站温度相比差距相对较小。(2)本地化作物参数定标后,ORYZA2000水稻模型在模拟寿县水稻生育期和生物量方面精度较高,其中作物生育期及地面总生物量(WAGT)模拟精度最高。(3)在水稻产量模拟方面,利用稻田组合温度的产量模拟效果优于台站温度,稻田组合温度和台站温度模拟产量的NRMSE分别为4.2%和6.1%。研究表明,ORYZA2000水稻模型模拟中采用实际田间温度比采用气象台站温度更为合理,尤其在可能发生水稻高温热害时精度更高。     

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.     

ORYZA2000模型与水稻群体茎蘖动态模型的耦合

以水稻群体茎蘖动态模拟为例,采用单向耦合方法,将ORYZA2000模型模拟的逐日发育进程和生物量作为水稻群体茎蘖动态模型的输入,驱动茎蘖动态模型模拟,尝试将水稻群体茎蘖动态模型引入ORYZA2000模型中,作为该模型的子模块以扩展ORYZA2000模型对茎蘖动态、籽粒灌浆动态和叶龄动态等水稻生长要素模拟的功能。为检验耦合模型（ORY-TIL）,选用2012年杂交籼稻两优培九和扬稻6号5个播期的大田观测数据,在两模型参数定标的基础上,模拟2个播期水稻群体茎蘖动态,并对模拟结果进行误差分析。结果显示,ORY-TIL模型能较好模拟水稻发育速率、地上部总生物量和群体茎蘖动态,各项模拟值与实测值的相关系数均达0.95以上,且通过0.01水平显著性检验;扬稻6号和两优培九群体茎蘖密度模拟值与实测值的均方根误差分别为24.3条?m-2和34.9条?m-2,误差主要出现在茎蘖消亡阶段。总体来看,ORY-TIL模型具有较好模拟性能,提出的耦合方法对扩展水稻生长模型具有一定参考价值。     

一个稻田土壤-作物体系的氮素循环模型

模型为一维模型,其主要框架由土壤水分运动、N素迁移转化以及水稻生长3个模块组成。在土壤水分运动模拟中,考虑了可能存在的饱和流和非饱和流;在N素运移中将土壤中的NH4 、NO3-和尿素视为土壤溶质,用对流弥散方程模拟其在垂直方向上的运移;在N素转化过程中考虑了尿素水解、有机N矿化、氨挥发、硝化、反硝化以及NH4 的吸附这6个过程;对于作物生长的模拟,选用了ORYZA水稻生长模型,并结合田间实验修改了其中一些参数。使用该模型对3年的田间试验进行了模拟验证,对于土壤中矿质态N素以及水稻生长的模拟,都得到了较好的模拟结果,通过与实测值的分析比较,耕作层的NH4 -N浓度,水稻各部分的生物量模拟值与实测值的吻合都达到了显著水平。     

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。     

四川单季稻区主栽水稻品种的生长模拟

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。     

氮素运筹对两个晚稻品种产量及其主要构成因素的影响

本研究采用农民习惯施肥、实地氮素管理、实时氮素管理以及实时氮素管理基础上施用基肥,探讨了集约化农田不同氮素管理对水稻品种赣晚籼30（GWX）和博优141（BY）的产量及产量主要构成因素的影响。结果表明,与农民习惯施肥相比,不同氮素优化管理分别对水稻的产量、地上生物量、吸氮量、收获指数和氮收获指数以及穗数、每株实粒数没有显著影响。每个水稻品种的产量与生物量和吸氮量均呈极显著相关性（P0.01）。施用氮肥处理赣晚籼30平均产量为7.8 t/hm2,平均生物量为16.4 t/hm2,地上部平均吸氮量为N 175.6 kg/hm2,博优141的平均产量为8.9 t/hm2,生物量16.1 t/hm2,吸氮量N为 150.6 kg/hm2。氮肥施用后,博优141的产量、收获指数、氮收获指数、每株总粒数、实粒数显著高于赣晚籼30（P0.05）,而博优141的吸氮量、结实率和千粒重都显著低于赣晚籼30（P0.05）。与农民习惯施肥相比,实时氮素管理节肥率最高,实地氮素管理节肥率最小; 基肥施用具有稳产作用。总之,在当前集约化农田管理中,适量减少氮肥施用并不会影响水稻产量及其主要构成因素,但氮肥减施的可持续性有待进一步研究。     

不同N水平紫色土上不同水稻品种吸收N、K的动力学

A pot experiment was conducted to study the effect of nitrogen fertilizer on nitrogen and potassium uptake by four rice cultivars. Results showed that the quadratic parabola relationship between biomass of rice and nitrogen levels was observed, with the maximum biomass at the nitrogen level of 150 mg kg^-1. The rates of nitrogen and potassium uptake by the four rice cultivars depended on growth stage and rice cultivar with the maximum rate of N in Shanyou-63 and maximum rate of K in Kaiyou-5 (hybrid rice), respectively. The kinetics of nitrogen and potasssium uptake by rice plant could be quantitatively described by the following equations: y = a + blogt, y = ab + t^1/2 and y = ae^-bt. The b value in the equations was correlated significantly to the rates of nitrogen and potassium uptake (N_R and K_R, r = 0.901^**~0.990^**), suggesting that the b value could be used to distinguish the index of nitrogen and potassium uptake capacity of rice. The maximum values of nitrogen uptake by plant (b value) and apparent recovery of fertilizer nitrogen were observed in Shanyou-63, and the minimum value in Eryou-6078. However, the capacity of potassium uptake (b value) by Kaiyou-5 ranked first and that by Shanyou-63 second. There was a significant linear relationship between nitrogen level and nitrogen uptake by rice, but a quadratic parabola relationship was found between nitrogen level and patassium uptake by rice. The application of nitrogen fertilizer decreased the ratios of potassium to nitrogen uptake by rice plant. The greatest reduction in the ratio was observed at high nitrogen level, and the least reduction was found in Kaiyou-5 and Shanyou-63 due to their greater ability to absorb potassium.     

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.     

有机无机配施对水稻产量及氮肥残效的影响

为揭示有机无机配施条件下15N尿素在稻田土壤中的残效状况,在我国北方棕壤性水稻土上进行盆栽试验,结合土壤氮素供应及水稻对肥料氮的吸收利用,探寻最佳的施肥方式.设置空白(CK)、尿素(N)、秸秆+尿素(NS)、猪粪+尿素(NM)、稳定性尿素(NI)、秸秆+稳定性尿素(NIS)、猪粪+稳定性尿素(NIM)7个处理.结果 表...     

氮素施用比例对双季超级稻产量和氮素吸收、利用的影响

以超级早、晚稻品种淦鑫203和淦鑫688为材料,研究了氮素基蘖肥:穗肥的施用比例对产量及氮肥利用率的影响.结果表明,在早稻180 kg/hm2和晚稻232.5 kg/hm2的施氮水平下,早稻在N(8∶2)和N(7∶3)、晚稻在N(6∶4)时的生物产量、稻谷产量、总吸氮量、氮肥利用率最高.     

不同氮效率水稻品种苗期吸氮效率差异及其机理研究

以大田筛选得到的不同生物学特性的12个水稻品种为材料,研究了水培条件下这些品种苗期的吸N效率差异,结果表明大田N效率不同的品种在苗期水培条件下吸N效率也不相同,并且大田相同类型的品种在苗期N效率也不完全相同。供试7个大田高产品种中只有桂单4号、云粳38和黔育421这3个水稻品种在水培环境中同样保持较其它品种生物量大,N响应高的特性;另外3个大田高产品种南光、予粳7号和4007在苗期N效率表现很差;红稻Vmax虽然很大,但是生物量很小,所以综合表现一般。3个低产品种Elio、抚宁小红芒和黄金糯中,Elio在苗期N效率很高,另外2个品种N效率不高。研究发现,生物量(尤其是根系的生物量)和对NH4 的亲和力(1/Km)以及Vmax是水稻苗期吸N效率的主要决定因素。典型的苗期N高效品种有桂单4号、黔育421、Elio和云粳38,这些品种苗期N累积量高,N响应值高,原因在于桂单4号、黔育421和Elio在水平增加后Vmax都成倍增加,尤其Elio的Vmax一直都很高,而云粳38则主要是靠较高的生物量来获得高吸N量。典型的低效品种有南光、4007、武运粳7号和予粳7号,这些品种N累积量小,N响应值小,原因在于其中前3个品种在N水平增加后Vmax都降低,Km大幅度增加,而予粳7号虽然Vmax稍有增加,但亲和力则降低最大而成为所有品种中最低的,所以综合结果仍是低效。     

Calibration and Evaluation of CERES Rice Model under Different Nitrogen- and Water-Management Options in Semi-Mediterranean Climate Condition

The objective of this study was the evaluation of the CERES rice model under different nitrogen- and water-management conditions in northern Iran. A 3-year field experiment was conducted at the experimental farm of the Iranian Rice Research Institute in Rasht, Iran, from 2005 to 2007. The experiment was established in a split-plot design with three irrigation regimes (continuous submergence, irrigation at 5-day intervals, and irrigation at 8-day intervals) as the main plot, four nitrogen levels (0, 45, 60, and 75 kg N ha^?1) as the subplot, and three replications. Evaluation simulated and measured grain yield, total crop biomass, N content of grain, and crop biomass by adjusted coefficient of correlation and by absolute and normalized root mean square errors (RMSE). Results showed that predicted grain yields agreed well with observed yields (RMSE_a = 297 and RMSE_n = 8%). Simulated and observed total dry-matter yields were also in reasonable agreement (RMSE_n = 862 and RMSE_n = 10%). Observed and predicted N uptake by rice showed good agreement. The CERES rice model can be applied to research purposes (irrigation and nitrogen) under northern Iranian conditions.     

用ORYZA_V3水稻模型模拟江西直播早稻的适宜性分析

以江西省2个主栽常规早籼稻品种中早35和中早39为试验材料，于2017年在南昌县进行8个播种期的早稻分期直播试验，各播期分别为3月11、16、21、26和31日，以及4月5、10和15日，其中定义3月11−26日为早播播种期（a），3月31日−4月15日为正常播种期（b），利用田间试验观测的生育期、叶面积指数、生物量等数据和气象资料，对ORYZA_V3水稻模型进行本地化调参验证，以分析ORYZA_V3水稻模型对江西直播早稻的适宜性。结果表明，ORYZA_V3水稻模型对直播早稻生育期模拟效果较好，其（决定系数）R2＞0.99，NRMSE（归一化均方根误差）在0.61%～3.12%范围波动。模型对早稻播种期叶面积指数、总生物量、穗生物量等模拟结果表现为播种期越早，模拟效果越差；越接近正常播种期，模拟效果越好。不同直播早稻品种对ORYZA_V3水稻模型适宜性存在差异，其中生育期模拟值与实测值中早35相差−1～1d，中早39相差−1～4d。说明用ORYZA_V3水稻模型进行双季直播早稻模拟时，需根据多年观测数据，对相应水稻播种期和品种进行模型参数的校准，以提高ORYZA_V3水稻模型适宜性。     

基于微波冠层散射模型的水稻生物量遥感估算

为寻求有效的水稻生物量估算方法,尝试开发了微波冠层散射模型。将实测的水稻结构参数作为输入变量,运行微波冠层散射的改进模型来模拟水稻冠层后向散射系数,结合遗传算法优化工具,从星载微波雷达遥感ALOS/PALSAR数据反演水稻的结构参数,进而对水稻生物量进行了空间制图。结果显示,模拟的水稻冠层后向散射系数误差在1 dB以内,估算的水稻生物量的误差小于200 g/m2。表明利用微波遥感机理模型反演水稻结构参数和估算水稻生物量具有应用潜力。     

土壤水氮动态及作物生长耦合EPIC-Nitrogen2D模型

为计算农业区不同作物生长条件下土壤水氮迁移转化过程,该文基于Erosion/Productivity Impact Calculator(EPIC)作物模型建立了作物根系生长子模块,将其进行有限元数值离散,与土壤氮素迁移转化模型Nitrogen2D耦合,使模型能计算作物生长条件下土壤水氮迁移转化过程。该作物生长模块可计算多种胁迫下作物根系对土壤水分和氮素的动态吸收速率,及作物收获时的生物量和吸氮量。采用武汉大学灌溉排水试验场冬小麦生长条件下土壤水氮试验数据对模型进行了率定,并用于土壤水氮分布和作物生物量预测,土壤含水率、氮素的模拟值与实测值的一致性系数分别为0.86~0.97、0.52~0.98,Nash效率系数为0.59~0.90(含水率)、0.44~0.93(土壤氮素),说明模拟结果与实测值吻合度较高。同时,分别采用该文的作物生长模块和简单根系吸收模块计算根系吸氮过程,结果显示,简单根系吸收模型会显著高估作物吸氮量,而作物生长模型则由于考虑了根系生长和各环境因子的胁迫作用,计算结果更符合作物实际吸氮过程,计算的根系吸氮量相对均方根误差为3.4%~46%。