全 文 ： 菩
第1 8卷 第4期
1 9 9 8年 7月
氮髑 ，f 栊／ 秀 静祀
生 态 学 报 ⋯ ．
ACTA ECOLOGICA SINICA Jun．． 1998
水稻氮行为模拟模型和数学优化程序
L}c。 结合在氮肥 筹中的
．
郑志明 严力蛟 王兆骞 途照本 楼余产
浙 最五天学农业生态研究所 杭_州 310020) (金华县农拄推广中 6-垒毕 OZlOOO)
APPLICAT10N 0F C0M BINAT10N 0F N—BEHAV10R
SIM ULAT10N M 0DEL AND AN ALG0RITHM NUM ERICAL
0PTIM IZING PR0CEDURE IN FERTILIZER—N
0PERAT10N 0F RICE PR0DUCT10N
Zheng Zhiming Yan Lijiao Wang Zhaoqian
(Agrceco／ogyIn．raZe ZhejiangAgriculturalUnio~rsity，tlang~ou，010029，China)
Xu Zhaoben Lou Yuchan
(^ 一 Techndogy Transfer C~ter ofdinhua 0H扭 ，Jinhua，3Z1000，China)
近年来，随着计算机技术和作物生产模拟与系统分析方法的发展，使定量化描述氮与作物和其它环境
因子相互关系成为可能，井已成功地推出了用于描述氮在器官间分配和干物质生产、氮与冠层 CO 同化率
之闻关系的氮行为模拟模型口 。但这些模型大多用于动态描述氮在作物一土壤系统中的行为，距模型直接指
导作物生产还有差距。因此，如何将氮行为模型的模拟结果转化为生产上的氮运筹措施尚特进一步研究
本研究以盘华地区杂交晚稻生产为捌，尝试性地将水稻ORYZA
一
0氮行为模拟模型与 Price规则系统数学
优化程序 结合以实现这种转化，为模型直接用于指导作物生产提供借鉴
1 模型与规则系统数学优化程序陌介
ORYZA_0模型能模拟氮在土壤一作物系统中的复杂行为和给定氨水平下的潜在产量(生物量或经济
产量)或纯收入。它由氮素吸收、氮在器官间的分配和利用叶片氮转化太阳辐能为干物质等过程组成。模型
主要通过揭示太阳辐射量(R)与由氮肥施用量决定的水稻叶片氮含量(Ⅳ )之闻的数量关系以描述氮限制
干物质(Wc(D)生产的过程。模型考虑作物的氮需求(Ⅳc(r))主要决定于土壤固有供氮量( ) 氮肥应用量
( * )和氮肥的回收率(P (1))。同时作物氮吸收受制于逐日氮吸收绝对最大值(u )f逐 日最大吸氮量占每
日干物质增重摄大值(口Ⅳ)f摄大作物氮浓度对时问的生成元函数(Cm )和最大叶片氮总量(Ⅳ⋯ )因子
叶片氮量(NL)决定于作物总吸氮量(Ⅳc)和叶片氮占作物全氮的分配率( )及开花后穆氮占干物质的比
率( P)
假设连续施氮可能，氮肥应用陆线( )为对时间的 Logistic函数 A (f)一c[1+口e⋯ 一 ]-i ，式中
a，b 卅为定义曲线形状，相对位置和渐近线值的常数，其值可由能对规则系统的多种决策行为作出优化
选择的Price(1979)数学优化程序优化而得。Price(1979)数学优化程序和ORYZA
一
0氮行为模拟模型结台 ．
*浙江省自拣科学基金和 作物生产模拟与系统分析(SARP) 国际项目资助课题。
收精 日期，1906—04—20，修改稿收到日期 1996-09—15。
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4期 郑志明等：水稻氮行为模拟模型和数学优化程序结合在氮肥运筹中的应用 447
能制定任意给定氨水平下的最佳氮肥应用曲线(^ ．Ⅲ)和最佳氮肥运筹策略．即最佳的氨肥旖j1j数量和时
间。关于 ORYZA
一 0的结构和 price(1979)数学优化程序的作用机理，已在另文中作详细介绍Ⅲ
2 实例分析一 一以金华地区杂交晚稻生产为倒
2．1 试验设计
试验分1993年参数试验和1994，1 995年的验证试验 1993年参数试验设7个氮水平处理 (0，l5O，180，
210，240．270，300kg N／hm )，4次重复，供试品种为协优46和汕优l0，试验地有机质为2．0 ，垒氯0．12 ．
球解氨t2Omt／L，速效磷ZOmt／t，速效钾38m[／[。当地常规氮肥管理方法 、移栽后每隔7d对植株和土壤取样
测定模型必需的输入参数的函数。
1994年小区验证试验设5个处理：①无氮肥处理；@当地常规氮肥处理(180 N／hm 分别于移裁后0．
5，25d施入)l③当地常规氮肥量+模型推荐的施氮时间 -(4孜平均分别于移栽后8，19，27，38d施入)；④模
型推荐的施氮量(tSOkg N／hm )+模型推荐的施氮时间 ⑤模型推荐的施氯量十模型推荐的旖氯时间 t
(4次接0．55t0．15：0．2：0．1比例分别于珏栽后0，8，27．4Od施入)。小区面积为30m。，4次重复 1995年大区
(667m ／区)验证(示范)试验只设小区验 证试验的② ，④，@3十娅理(这里的模型推荐的旖氯时阿 根据
Woperels的“等分半量法”产生；模型推荐的施氯时间 。则由模型的NAPOSP子模块按“分离赋值法(split
evaluation)”原理产生 两种方法都可将由 Logistic方程确定的每天连续旖氮转化为分扳旖氮．但必须以
一 定的产量损失为代竹
2．2 模型推荐氮肥应用曲线的确定
2．2．1 模型模拟的经济产量和追加收入 在系统分析I993年的参数试验材料．测得 ORYZA 0模型运行
所需的水稻品种生理生志参数和土壤特性参数值的基础上_j]，模型模拟不同氮水平下的产量和氮肥追加
收入(即一定氮肥投入水平下的纯收入与无氮投入下的纯收入之差)表明，模型模拟的经济产量和追加收
入与实际观测值相嘲合(图1) 虽然lg0kg N／hm 处理的经济产量虽略高~150kg N／hm 的处理，世其追加
收入却略低于15okg N／hm 的处理 ，因此同时考虑经济和环境(如过量氮肥施用对环境的非点源污染等)，
模型确定150kg N／hm 为该品种在该地区的最经济用肥量。
2．2．2 模型推荐的氮肥应用曲线 为取得任
意给定氮水平下(如 FERMAX一5o，100，150，
180，210，240，270，300)的目标产量(如图1)，经
与 Price(1979)优化程序连接的ORYZA 0模型
运行后推荐的优化氮肥应用曲线如图2。由图2
可见：①在低氮投入水平(如50，100kg N／hm )，
最佳的氮肥管理策略是所有氮肥集中在移栽后
25d(幼穗分化期)前施下l②随施氮水平提高，
后期施氮 比重增加，但90 ～lO0 的氮肥应在
移栽后4od(约开花期前一周)前施下；⑧当施氮
量超过一闻值 (如21Okg N／hm )，在高氨水平 ，
各处理采取类似的氮运筹方法。这些结论较客 卧 撖经
6,~
济产
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量和
993)
腩 铷 呲 较
观地反映了当地生产上氮管理实际，因此 ，模型 Fi 1 Compa i ∞ 。f simuLa【ed哪i yield⋯d dditionaI
对生产具有指导意义。 income with observation
2．2．3 模型推荐氮肥应用曲线的验证 (cv Hybrid Xieyou 46 rJi~hua，1993)
1 994、1995年两年验证试验结果表明(表1)，与当地的氮管理方法(处理@)相比．在节省3Okg N／hm 前
提下的模型推荐的两种氮管理方法(处理 ④和⑤)实测产量仍分别比当地常规氮管理方法增产6．03 ～
6．87％和8．58 ～11．08 ，其中以15Okg N／hm 分别于移栽后0，8，27，40d分4次施下的氮运筹方法为最
佳，说明模型推荐的氮肥运筹方法具节氮增产作用
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44B 生 态 学 报 18卷
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田2 给定氰水早下对应最大经挤产量的模型推荐氮肥管理曲线(协优‘6，金华，1993)
Fig．2 Fertilizel"-N recommendation cuTves corresponding to maxfnum grain yield f v．Xieyou 46
At JinhⅡ ，1998
衰1 模型推荐的氮肥应用曲线的产量验证结集比较(协优46．金华、1994 1995)
Table 1 Copm erlson of the grain yJeld wItlI and without model recommendation for hybrid
cv．Xleyou 46 at Jinhua，1994．1995
*I产量水分为0 ．0 moisture grain yild．产量显著性检验为5 水早．yield dif／ereilC@ aignificant t 5 leve1．
在群体适宜叶面积范围内，颖花／叶(cm。)比是库源关系和群体光合生产力的综合指标[．]．分析模型推
荐氯肥管理方案增产原因认为．抽穗期模型推荐氯肥管理方案的檀株颖花／叶(cm‘)比高于当地常规氯肥
管理处理(表1)，说明抽穗期后其檀株具有较适宜的库源关系和较强的群体光合生产力．
3 结论
根据太阳辐射量和叶片氨之间的作用原理建立的水稻氨行为模拟模型ORYZA
．
0．阮用于描述氯在
土壤一作枷阃的复杂行为，模拟不同氯水平下的水稻潜在产量或纯收入lORYZA
．
o模型可与Price(1979)
规则系统数学优化程序结合，以用于制定为取得给定氯水平下的 目标产量或纯收入所必1I亭的最佳氯运筹
策略l田间试验材料验证表明，与数学优化程序连接后的ORYZA
一
0模型推荐的氯管理方案具有节氯增产作
用，说明ORYZA
一
0氮行为模拟模型与数学优化程度结合，对水稻生产上的氯肥运筹具有现实指导意义。
参 考 文 献
i TeⅡ r H F M ，Wopereis M C S&Ritho,~en J J M．The oRYzA 0 model app~ed【0 optin】i让 aitrngen u in ce．
InIten BergeH FM WoperdsM C S&Shin JCE．ds．，Nitrogen 讲‘州 irTqgatedtic,I， anddmulario~szud-
如 ．SARP Research Proceedings，AB-DLO ，TPE—W AU ．W ng eningen．IRR1，Los Baaos，1984．舶 5～ 253
2 Stol W ·Re use D I．Kr~dng en D V G at．FSEOPT a FORTRAN program for calibration and uncertainty analysis oi
simulation models．Simulatlon Reports nf．24 rCABODLO．W ageaJnge~ASrlcultural University，1982。24
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4 睫启鸿等．水稻群体粒／叶比与高产栽培遗径研究．中国农业科学，1986，(3)：1～8
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