RZWQM模型模擬北方旱作大田作物氮素運移及損失特征.pdf

1、我國大田作物普遍過量施用氮素，造成淋溶和氣態(tài)損失，成為當前我國面臨的重要環(huán)境問題之一，有效控制氮肥施用以及減少氮肥損失已是一項刻不容緩的任務。應用田間試驗實測數(shù)據(jù)和模型模擬的技術方法來尋求施氮量對大田作物氮素遷移轉(zhuǎn)化特征和作物產(chǎn)量的評估方法是較成熟的方法，比傳統(tǒng)的方法更加經(jīng)濟便捷，結(jié)果也更加準確可靠。本文應用Root Zone Water Quality Model(RZWQM)模擬了不同施氮量對作物產(chǎn)量及土壤氮素運移行為的影響，特別關

2、注了東北玉米種植區(qū)和華北冬小麥-夏玉米輪作區(qū)土壤硝態(tài)氮遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、土壤硝態(tài)氮淋溶和土壤氨揮發(fā)等重要過程。從而得出了優(yōu)化的施肥模式。
　　本文以位于華北平原的河北省農(nóng)林科學院大河試驗站冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)和東北沈陽地區(qū)砂壤土種植的玉米為研究對象，應用RZWQM模型分別對華北地區(qū)2009-2011年冬小麥-夏玉米系統(tǒng)和2009-2014年東北單作玉米季土壤剖面水分和硝態(tài)氮動態(tài)、硝態(tài)氮淋溶、土壤氨揮發(fā)和作物產(chǎn)量進行模型參數(shù)率定、驗證

3、，并嘗試通過擬合出的回歸曲線來確定施氮量和土壤硝態(tài)氮淋溶與氨揮發(fā)之間的關系。
　　(1)冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)田間試驗共4個處理:總施純氮量分別為575kg·hm-2(N3)、400kg·hm-2(N2)、215kg·hm-2(N1)和0kg·hm-2(N0)4個處理，應用輪作周期中玉米季實測數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)率定，應用小麥季實測數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)的驗證。結(jié)果表明:模型的玉米率定以及小麥驗證的過程中結(jié)果偏差均在可接受范圍內(nèi)，土壤剖面水

4、分率定均方誤差(RMSE)最高為0.019cm3·cm-3，平均相對誤差(MRE)最高為15.98％;剖面硝態(tài)氮累積量驗證結(jié)果RMSE值平均為4.580mg·kg-1，MRE平均值為52.63％。在小麥-玉米系統(tǒng)模型參數(shù)率定和驗證的基礎上，預測發(fā)現(xiàn)土壤硝態(tài)氮淋溶量和氮揮發(fā)量均與施氮量里一定線性關系。隨后，進一步深化細致分析和模擬玉米季特征。應用輪作周期施氮量為575 kg·hm-2處理2009-2011年連續(xù)3年的玉米季土壤剖面含水量和

5、硝態(tài)氮含量，作物產(chǎn)量實測數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)率定，應用其他3個施肥水平處理進行模型參數(shù)的驗證。結(jié)果表明:率定與驗證過程中土壤剖面含水量RMSE分別為0.0036cm3·cm-3和0.0106cm3·cm-3，4個處理土壤剖面硝態(tài)氮累積量RMSE分別為6.56mg·kg-1、7.30mg·kg-1、3.64mg·kg-1和1.53mg·kg-1。
　　(2)東北沈陽地區(qū)砂壤土種植玉米試驗共3個處理:習慣施氮量（T1:N240kg·hm-

6、2）、習慣施氮量減量10％（T2:N216kg·hm-2）、習慣施氮量減量20％(T3:N192kg·hm-2)。應用2009年不同處理玉米季土壤含水量、土壤剖面硝態(tài)氮含量、作物產(chǎn)量等實測數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)率定，然后應用2014年玉米季對應實測數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)驗證，最后開展預測功能。結(jié)果表明:模型參數(shù)率定過程T1、T2、T3處理土壤硝態(tài)氮RMSE值分別為2.77kg·hm-2、6.17kg·hm-2和6.59kg·hm-2。
　　綜

7、上，模型參數(shù)的率定和驗證過程都表明土壤含水量、硝態(tài)氮濃度和產(chǎn)量方面模型的模擬良好。模型參數(shù)率定和驗證的基礎上開展了RZWQM模型對華北地區(qū)玉米季土壤硝態(tài)氮淋溶和氮揮發(fā)的預測，可以較好的模擬華北地區(qū)土壤剖面水氮的遷移轉(zhuǎn)化，為更為準確預測和估算更大尺度區(qū)域土壤硝態(tài)氮淋溶與氨揮發(fā)提供一個便捷可靠的方法。同時通過對東北地區(qū)的模型預測結(jié)果發(fā)現(xiàn)RZWQM能較好的模擬東北沈陽地區(qū)的作物地下部分土層的硝態(tài)氮運移及分布情況，探索了RZWQM模型在東北地區(qū)