阿力木·阿布來提，佘冬立

基于ORYZA_V3模型的海涂水稻生物炭施肥優(yōu)化措施研究

阿力木·阿布來提，佘冬立*

（河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210098）

【】探索施肥管理對沿海墾區(qū)鹽漬化土壤水稻產(chǎn)量影響。利用測桶試驗數(shù)據(jù)對ORYZA_V3作物生長模型進(jìn)行率定與驗證，利用驗證后的模型定量評估了7個不同施氮肥情景模擬對水稻產(chǎn)量的影響。ORYZA_V3模型具備模擬不同施肥管理措施下鹽漬土水稻生長情況與產(chǎn)量的能力。在低施氮量情景模擬下，施用生物炭對水稻產(chǎn)量影響明顯，而高施氮量情景模擬下（施氮量超過235 kg/hm2），土壤中養(yǎng)分達(dá)到飽和，施用生物炭對產(chǎn)量影響不明顯。添加2%生物炭和5%生物炭處理產(chǎn)量分別在235、141 kg/hm2施氮量情景模擬水平上達(dá)到8 680.1、8 834.1 kg/hm2，在此基礎(chǔ)上持續(xù)添加氮肥對產(chǎn)量影響不明顯。低施氮量情景模擬下，添加5%生物炭對水稻產(chǎn)量促進(jìn)作用最大，高施氮量情景模擬下，2%生物炭和氮肥聯(lián)合施用成本相對低，且產(chǎn)量高。

氮肥；鹽漬土；水稻產(chǎn)量；ORYZA_V3模型；生物炭

0 引 言

【研究意義】隨著人口增長，人均可利用耕地面積逐漸減少，人地矛盾將不斷加劇。沿海墾區(qū)作為重要糧食生產(chǎn)基地日益受到人們重視，但沿海墾區(qū)土壤貧瘠，氮肥是影響作物產(chǎn)量重要因素，增加氮肥投入是提高產(chǎn)量不可或缺的管理措施[1]。然而，過量投入氮肥不僅引起肥料浪費，造成經(jīng)濟(jì)損失，同時引發(fā)農(nóng)業(yè)面源污染等環(huán)境問題[2]。因此，科學(xué)開發(fā)沿海灘涂墾區(qū)資源，確保土地占補(bǔ)平衡的同時，如何科學(xué)施肥，提高糧食產(chǎn)量，減少環(huán)境污染是具有現(xiàn)實意義的一個重要科學(xué)問題。

【研究進(jìn)展】與農(nóng)業(yè)研究的經(jīng)驗方法和統(tǒng)計方法相比，作物生長模型具有較強(qiáng)的機(jī)理性、先進(jìn)性、適應(yīng)性和效益性等優(yōu)點[3]。隨著人們對作物生長過程認(rèn)知越來越深入，在計算機(jī)輔助作用下，作物生長模型得到了前所未有的發(fā)展。作物生長模型用來檢驗人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的認(rèn)知水平的同時有助于掌握不同處理試驗和不同試驗點結(jié)果的偏差[4]。當(dāng)前，作物生長模型在開發(fā)管理決策支持系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，可較為系統(tǒng)地進(jìn)行氣候變化影響評估和作物產(chǎn)量預(yù)測等研究[5]。作物生長模型種類較多，國際水稻研究所和荷蘭瓦赫寧根大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的水稻生長模型ORYZA_V3是在ORYZA2000基礎(chǔ)上升級的最新版本，是目前最為理想的水稻生長模型。ORYZA系列模型最初學(xué)者通過不同品種、年份和地點的田間試驗氮素限制條件下的模型ORYZA_N得到了參數(shù)化[6]。李亞龍等[7]借助ORYZA2000模型模擬水肥聯(lián)合模式下的旱稻生長并得到研究區(qū)最佳施氮量水平在200～225 kg/hm2。李亞龍等[8]利用湖北團(tuán)林水稻水肥耦合試驗相關(guān)資料，開展ORYZA2000參數(shù)校正和驗證的研究。潘興書[9]利用校正及驗證好的ORYZA2000模型分析貴陽地區(qū)一季中稻的產(chǎn)量潛力和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量研究。邵東國等[10]ORYZA2000與DRAINMOD6.0模型聯(lián)合使用模擬分析了不同水肥條件下水稻產(chǎn)量與田間排水量響應(yīng)關(guān)系，得到稻田水肥調(diào)控的臨界條件，推薦試驗區(qū)采用間歇灌溉模式，灌水定額30 mm，施氮量約170 kg/hm2。劉路廣等[11]借助ORYZA_V3模型模擬不同灌溉模式下鄂北地區(qū)水稻生長狀況，提出了鄂北地區(qū)的適宜灌溉模式。余乾安等[12]基于ORYZA_V3模型模擬分析了不同水文年及水肥模式下晚稻灌溉定額、產(chǎn)量、氮肥利用率等指標(biāo)，為江西贛撫平原灌區(qū)水稻水肥管理決策提供了一定依據(jù)?！厩腥朦c】用ORYZA_V3模型模擬水稻生長和產(chǎn)量及水肥管理模擬情景的已有研究較多，然而，基于ORYZA_V3模型沿海鹽漬土不同生物炭模式下氮肥管理對水稻生長模擬研究少有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過沿海墾區(qū)鹽漬土水稻生長觀測資料，結(jié)合當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施水平，在ORYZA_V3作物生長模型中調(diào)試并確定作物參數(shù)，并對水稻葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量進(jìn)行驗證，評價ORYZA_V3模型對沿海墾區(qū)水稻生長過程模擬能力和適應(yīng)性，設(shè)置不同施氮量情景模式，通過校正并驗證好的模型模擬篩選沿海墾區(qū)水稻高產(chǎn)最佳施氮量情況，以期為在沿海地區(qū)生物炭改良鹽漬土作物生長推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試土壤于2015年取自江蘇省如東縣東凌墾區(qū)（32°12′ N，120°42′ E），取樣深度為0～100 cm。墾區(qū)位于東凌海堤外側(cè)黃海灘地，于2007年圍墾，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫15℃，年平均降水量1 044.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 367.9 mm。研究區(qū)土壤全鹽量為2.22 g/kg，土壤質(zhì)地為淤泥質(zhì)粉砂土，土壤砂粒（粒徑0.05～2 mm）、粉粒（粒徑0.002～0.05 mm）、黏粒（粒徑<0.002 mm）質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為13.7%、81.3%和5.0%，土壤有機(jī)碳量為3.1 g/kg。

試驗于2016年6月—2019年11月在河海大學(xué)節(jié)水園區(qū)進(jìn)行。采用添加生物炭改良鹽漬土，開展測桶水稻栽培試驗。試驗測桶容量為300 L，上口直徑為840 mm，高為850 mm。供試土壤經(jīng)風(fēng)干并過2 mm篩后，按體積質(zhì)量1.35 g/cm3分層裝入測桶，各測桶填裝風(fēng)干土350 kg。表層0～20 cm土壤添加生物炭，設(shè)置3個生物炭添加量梯度：0%、2%、5%（占表層0～20 cm土層質(zhì)量比），分別用B1、B2和B3表示，4次重復(fù)。試驗所用生物炭為河南三利新能源公司生產(chǎn)的商用小麥秸稈生物質(zhì)炭，由350～550 ℃熱裂解碳化制得。填裝前，將生物炭過2 mm篩后按比例與供試土壤均勻混合。該生物炭基本性質(zhì)為pH值9.9，電導(dǎo)率為1.0 dS/m，有機(jī)碳為467.2 g/kg，全氮量為5.9 g/kg，鈣量為0.000 16 g/kg，氯離子量為1.44 g/kg，體積質(zhì)量為0.69 g/cm3。水稻于每年6月5日播種，6月29日移栽，水稻栽插密度為每測桶18穴，每穴2株根本苗。水稻種植施氮標(biāo)準(zhǔn)為300 kg/hm2（基肥180 kg/hm2，追肥120 kg/hm2）。每坑50 g的N、P、K復(fù)合肥（N、P、K質(zhì)量比為15∶15∶15）作為基肥，追肥為尿素（含氮量為46.4%），每坑5 g。基肥在移栽前1天施入水中；分蘗肥在移栽后10 d左右施用；穗肥在孕穗前期施用。

1.2 ORYZA_V3模型簡介

ORYZA_V3模型在綜合潛在產(chǎn)量模型ORYZA1、水分限制模型ORYZA_W、氮素限制模型ORYZA_N及ORYZA2000的基礎(chǔ)上更新版本，是一個理想的水稻生長模型。ORYZA_V3模型的假設(shè)基本條件是整個生育期內(nèi)，水稻生長發(fā)育只受氣候條件、品種特性、水分狀況和氮肥狀況影響。ORYZA_V3模型運用來描述水稻生長進(jìn)程，不同DVS值表示不同生育期，即出苗（0）、進(jìn)入光敏感期（0.4）、穗分化（0.65）、開花期（1）、成熟期（2），模型中需要校正的作物發(fā)育速率參數(shù)包括水稻營養(yǎng)生長期參數(shù)（）、光敏感周期參數(shù)（）、幼穗分化期參數(shù)（）、生殖生長期參數(shù)（）。

“互聯(lián)網(wǎng)+”對工作人員有了更高的技能需求。在新的社會環(huán)境下，對于從事會計的工作人員不再只要求掌握財務(wù)技能和知識，還要對網(wǎng)絡(luò)知識有所涉獵，掌握互聯(lián)網(wǎng)的知識和技術(shù)用以簡化繁瑣復(fù)雜的會計流程，但這種掌握計算機(jī)知識的會計人才實際上是很稀有的，尤其是面臨一些新的會計操作如云計算，在線財務(wù)咨詢，網(wǎng)絡(luò)代理記賬等時，僅擁有傳統(tǒng)會計知識和操作是不夠的，必須要與時俱進(jìn)，開始著重培養(yǎng)適合新時代環(huán)境的會計人才。

模型水稻干物質(zhì)每日總增長量計算式為：

式中：p為水稻每日總增長量（kg/（hm2·d））；d為每日葉冠層CO2同化量（kg/（hm2·d））；m為維持呼吸作用消耗的碳水化合物量（kg/（hm2·d））；t為每日可用于生長的莖儲備的碳水化合物損失量（kg/（hm2·d））；為是干物質(zhì)生長呼吸系數(shù)（kg/kg）。

水稻葉面積第一階段變化過程的計算公式：

1.2.2葉面積增長

ORYZA_V3模型選用國際上通用的統(tǒng)計指標(biāo)體系進(jìn)行模型適應(yīng)性檢驗和評價[13-14]，包括實測值和模擬值之間的線性回歸系數(shù)（）和截距（）、決定系數(shù)（2）、不等方差Student’s-t檢驗值（(t)）、均方根誤差（）、歸一化均方根誤差（）及模型效率（eff）。

式中：ts為特定積溫度下水稻葉面積指數(shù)；t0為積溫初始水稻葉面積指數(shù)；l為葉面積相對生長速率（/（℃·d））。

為延長鮮食玉米采收期，可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件采取育苗移栽、覆膜播種、分期播種等多種方式調(diào)節(jié)采收期。育苗移栽的在2葉1心時要及時帶土移栽，不栽老苗，移栽后要及時澆足水，以提高成活率，緩苗后增施提苗肥。育苗移栽和覆膜播種方式要特別注意終霜的危害，分期播種方式要注意初霜的危害。分期播種可遵循前一期出苗播后一期的原則進(jìn)行。

式中：為比葉面積（m2/kg）；lvg為綠葉質(zhì)量（kg/hm2）。

水稻比葉面積通過實測得到或經(jīng)驗公式計算獲得：

設(shè)置不同施氮量情景，通過校正并驗證好的ORYZA_V3模型，篩選生物炭改良濱海鹽漬土最優(yōu)施肥管理措施。將測桶栽培試驗中添加188 kg/hm2的氮肥作為基礎(chǔ)值，在此基礎(chǔ)上設(shè)置7個不同施氮量情景模式，并考慮生物炭本身含氮量（表4），針對不同生物炭處理下水稻產(chǎn)量進(jìn)行施氮肥情景模擬。

就現(xiàn)代化企業(yè)而言，采取有效的內(nèi)部審計制度既能夠為企業(yè)各項活動的有序開展提供保障，又能夠為防止出現(xiàn)舞弊、徇私以及詐欺等情況，進(jìn)而達(dá)到有效地幫助企業(yè)改善經(jīng)營管理的目的。但依然存在部分企業(yè)缺乏對于內(nèi)部審計的正確認(rèn)知，進(jìn)一步造成了內(nèi)部監(jiān)督管理機(jī)制不健全等情況出現(xiàn)，繼而阻礙著企業(yè)內(nèi)部審計工作的開展。本文提出從優(yōu)化內(nèi)部審計機(jī)構(gòu)管理模式、完善內(nèi)部審計人員結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)道德文化的建設(shè)、擴(kuò)大內(nèi)控審計范圍、法律法規(guī)制度的完善、內(nèi)部控制體系的構(gòu)建、現(xiàn)代化技術(shù)的利用等方面出發(fā)，創(chuàng)新內(nèi)部審計方式，在提高內(nèi)部審計工作執(zhí)行力的同時保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.3 產(chǎn)量

水稻生長過程中，其穎花形成與溫度之間存在緊密聯(lián)系，ORYZA_V3模型在模擬水稻穎花數(shù)增長過程中充分考慮了溫度對穎花的影響，通過低溫影響系數(shù)和高溫影響系數(shù)來反應(yīng)二者間的關(guān)系，即。

過去，制造業(yè)信息化推廣普及的結(jié)果是造成了無數(shù)的“信息孤島”，“煙囪式”的企業(yè)信息化集成項目導(dǎo)致不同品牌與功能的信息化軟件之間難以集成，信息化軟件與物理系統(tǒng)難以集成，不同企業(yè)之間的信息化系統(tǒng)更難集成。

1.2.1 干物質(zhì)積累

式中：S為水稻穎花數(shù)；G為干物質(zhì)增加的質(zhì)量（g）；為增加單位干物質(zhì)質(zhì)量相應(yīng)形成的穎花數(shù)（個/kg）；為幼穗分化期的日期；為開花中期的日期。

混凝土結(jié)構(gòu)和土建構(gòu)件在完成初期的施工后，會有一段時間留給混凝土達(dá)到凝固的狀態(tài)，使其達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)和要求的穩(wěn)定性與可靠性，為了保障這一進(jìn)程順利進(jìn)行，一般要采取合理的保養(yǎng)手段，但是在實際的施工過程中，負(fù)責(zé)保養(yǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的工作人員沒有按規(guī)定時間和保養(yǎng)規(guī)定執(zhí)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，不注意灑水，以保持其合理的含水量，導(dǎo)致水分缺失，因此出現(xiàn)了大量的干縮裂縫，而且分布也不均衡。導(dǎo)致該類裂縫產(chǎn)生主要是由于背陰面的水分流失速度較慢，能夠在一段時間內(nèi)維持一定的水分含量，而陽光照射的部分將不可避免的發(fā)生干硬，導(dǎo)致部分結(jié)構(gòu)回縮。

本研究ORYZA_V3模型中通過計算穎花數(shù)和每粒質(zhì)量乘積來計算得水稻最終產(chǎn)量，水稻拔節(jié)孕穗期至抽穗開花期所形成的穎花數(shù)計算式為：

式中：c為低溫對形成穎花影響系數(shù)；h為高溫對形成穎花影響系數(shù)；av為平均溫度（℃）；max為日最高氣溫（℃）。

1.3 ORYZA_V3模型參數(shù)確定與檢驗

利用2019年B1處理測桶栽培試驗實測數(shù)據(jù)對ORYZA_V3模型參數(shù)進(jìn)行校正，校正后的作物參數(shù)見表1—表3?；?019年B2和B3處理水稻植株葉面積指數(shù)（）、地上總干物質(zhì)量（）、葉片干物質(zhì)量（）、莖干物質(zhì)量（）和穗干物質(zhì)量（）實測值和模擬值進(jìn)行比較，證明模型參數(shù)選取的有效性。通過田間小型氣象站獲取逐日氣象資料，包括有：日降水量、日照、日最高氣溫、日最低氣溫、日均風(fēng)速等；實時記錄水稻全生育期田間管理措施，包括：稻苗移栽時間、施肥日期、施肥量、灌水日期、灌水量等。

2.1 行為學(xué)結(jié)果 造模 35 d 后，模型組大鼠食欲減退、活動減少、反應(yīng)遲鈍，而氟西汀組大鼠上述癥狀明顯改善。與對照組比較，模型組大鼠水平得分、垂直得分、糖水偏愛百分比均降低（P 均＜0.01）；與模型組比較，氟西汀組大鼠水平得分、垂直得分、糖水偏愛百分比均升高（P 均＜0.05），以上結(jié)果提示造模成功。見表1。

早產(chǎn)是世界性產(chǎn)科問題，是新生兒患病及死亡的主要原因。在眾多發(fā)病因素中細(xì)菌性陰道?。╞acterial vaginosis，BV）占據(jù)重要角色。BV作為常見的生殖道感染，由于正常陰道酸性失衡，厭氧微生物擴(kuò)增，導(dǎo)致感染發(fā)生，臨床表現(xiàn)為外陰瘙癢、白帶增多、黏稠及陰道分泌物異常等[1]。BV在孕期發(fā)病率高達(dá)30%，是導(dǎo)致不良妊娠結(jié)局（早產(chǎn)、胎膜早破、流產(chǎn)、低體質(zhì)量兒等）的主要原因[2]。臨床采用抗生素治療具有一定效果，但有效率僅有60%，而復(fù)發(fā)率高達(dá)30%，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[3]。因此，尋找新的有效治療BV的藥物，對改善患者生活質(zhì)量，降低妊娠期早產(chǎn)風(fēng)險具有重大意義。

表1 發(fā)育速率參數(shù)校正值

注 表中生育期（）是水稻發(fā)育過程，即出苗（0）、進(jìn)入光敏感期（0.4）、穗分化（0.65）、開花期（1）、成熟期（2）。

表2 比葉面積參數(shù)校正值

注 表中為比葉面積。

表3 干物質(zhì)分配系數(shù)參數(shù)校正

1.4 ORYZA_V3模型檢驗評價方法

ORYZA_V3模型中水稻葉面積變化分為2個過程：呈指數(shù)模式增長階段和呈線性模式增長階段。水稻葉面積第一階段變化過程的計算式為：

當(dāng)模型線性回歸系數(shù)（）、決定系數(shù)（2）和模型效率（eff）越接近于1.0，截距（）和歸一化均方根誤差（）越接近于0，不等方差Student’s-t檢驗值（(t)）大于0.05（實測值與模擬值之間差異不顯著）時，視為模型模擬值與實測值吻合度高，模擬效果良好。

1.5 ORYZA_V3模型施肥情景模擬方法

式中：均為經(jīng)驗系數(shù)；為生長發(fā)育階段。

表4 ORYZA_V3模型模擬設(shè)置的施氮量情景模式

注 表中100%表示測桶試驗添加施氮量為188 kg/hm2，即基礎(chǔ)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻干物質(zhì)量和葉面積指數(shù)模擬效果評價

選取2019年B1處理進(jìn)行分析，沿海地區(qū)鹽漬土水稻地上總干物質(zhì)量、莖干物質(zhì)量、葉干物質(zhì)量、穗干物質(zhì)量及葉面積指數(shù)的模擬結(jié)果見圖1。

該模型能反映海涂區(qū)鹽漬土水稻各器官干物質(zhì)量和變化規(guī)律，模型模擬值和實測值比較吻合。因此，模型對本試驗研究區(qū)水稻葉面積指數(shù)、地上各器官干物質(zhì)量的模擬效果良好，可以采用率定好的模型進(jìn)行沿海地區(qū)鹽漬土水稻生長的長系列模擬及檢驗。

圖1 B1處理水稻干物質(zhì)量和葉面積指數(shù)模擬結(jié)果

2.2 水稻干物質(zhì)量和葉面積指數(shù)檢驗評價

選取2019年B2處理和B3處理試驗數(shù)據(jù)對海涂鹽漬土水稻干物質(zhì)量和的模擬性能進(jìn)行驗證。模型模擬干物質(zhì)量與實測值變化規(guī)律的一致性良好，水稻干物質(zhì)量變化動態(tài)在模型中得到較好驗證，水稻地上總干物質(zhì)量和模擬值與實測值之間回歸關(guān)系良好。由表5可知，水稻地上總干物質(zhì)量及各器官干物質(zhì)量的模擬值與實測值之間差距較小，二者之間沒有顯著性差異（>0.05），其模擬值與實測值的線性回歸系數(shù)值變化范圍為0.88～1.07，均接近于1.0，決定系數(shù)2和模型效率eff均大于0.90，歸一化均方根誤差值在10.10%～16.92%。水稻干物質(zhì)量實測值與模型模擬值之間誤差均在可接受范圍之內(nèi)，模擬驗證效果良好。B2處理和B3處理下鹽漬土水稻模擬值與實測值吻合，其模擬值與實測值的2值分別為0.96和0.97，值為13.19%和17.78%，這些評價指標(biāo)均反映出ORYZA_V3模型模擬海涂區(qū)鹽漬土水稻動態(tài)變化驗證效果較好，模擬誤差均在合理范圍內(nèi)。

表5 水稻干物質(zhì)量和葉面積指數(shù)統(tǒng)計指標(biāo)

注為觀測樣本數(shù)量，(*)為檢驗，為截距，為模型線性回歸系數(shù)，eff為模型效率，為模擬值，為實測值。

2.3 沿海地區(qū)施肥情景模擬

將測桶栽培試驗中添加188 kg/hm2的氮肥作為基礎(chǔ)值（100%施氮量），在此基礎(chǔ)上設(shè)置7個不同施氮量，并考慮生物炭本身含氮量（表4），針對不同生物炭處理下水稻產(chǎn)量進(jìn)行施氮肥情景模擬。如圖2所示，在低施肥量情景下，施用生物炭對水稻產(chǎn)量影響明顯，產(chǎn)量增加量較大，而高施肥量情景下（施氮量超過235 kg/hm2），土壤中養(yǎng)分量達(dá)到飽和，施用生物炭對產(chǎn)量促進(jìn)作用不明顯。添加2%生物炭和5%生物炭處理產(chǎn)量分別在125%基礎(chǔ)值（235 kg/hm2）和75%基礎(chǔ)值（141 kg/hm2）上達(dá)到8 680.1、8 834.1 kg/hm2，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)添加氮肥對產(chǎn)量影響不明顯。

芬蘭OUTOTEC公司開發(fā)的硫酸鋅溶液砷鹽凈化技術(shù)除去電積液中鎳、鈷具有國際先進(jìn)水平［4-5］，成功之處在于引進(jìn)了電位、BT值、晶種返回等先進(jìn)理念以及項目的自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，為保證凈化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行創(chuàng)造了良好的條件［6-7］。該技術(shù)與專利設(shè)備固然有其先進(jìn)性，但是在工業(yè)化應(yīng)用過程又同時存在很多明顯缺陷。硫酸鋅溶液除鎘能否達(dá)到工藝要求，反應(yīng)器的流態(tài)化沸騰層穩(wěn)定控制是工藝的關(guān)鍵所在。如何評價運行期間沸騰層的穩(wěn)定？關(guān)鍵在于相鄰反應(yīng)器之間的液位差［8］。本文將從沸騰層形成機(jī)理開始，從內(nèi)部控制到外部基礎(chǔ)進(jìn)全方位的闡述沸騰層的控制要素。

圖2 不同施氮量水稻產(chǎn)量

3 討 論

ORYZA_V3模型在綜合潛在產(chǎn)量模型ORYZA1、水分限制模型ORYZA_W、氮素限制模型ORYZA_N及ORYZA2000的基礎(chǔ)上更新版本，是一個理想的水稻生長模型，借助該模型可預(yù)測氣候變化、施氮量變化及水分變化對水稻生長過程影響。本研究中調(diào)試ORYZA_V3模型作物參數(shù)并進(jìn)行沿海地區(qū)鹽漬土水稻生長的長系列模擬校正，模型結(jié)果顯示，模型模擬葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量與實測值變化規(guī)律吻合，實測值和模擬值之間誤差均在合理范圍之內(nèi)。

水稻抽穗后干物質(zhì)量與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，水稻干物質(zhì)量積累愈多，產(chǎn)量會愈多[15]。水稻葉面積大小直接影響水稻前中期單位面積干物質(zhì)的生產(chǎn)和積累量[16]，已有研究認(rèn)為水稻最大葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系[17]，在一定范圍內(nèi)提高最大葉面積指數(shù)有利于促進(jìn)水稻產(chǎn)量，當(dāng)水稻葉面積指數(shù)超過某值時，對水稻葉片光合作用會產(chǎn)生不利作用。廣東農(nóng)科院水稻所研究表明，水稻拔節(jié)期、齊穗期及齊穗后20 d的水稻葉片葉面積指數(shù)相加值與產(chǎn)量顯著正相關(guān)[18]；Matsushima[19]認(rèn)為作物葉面積的發(fā)展是決定產(chǎn)量的主要因素。本研究中ORYZA_V3模型施氮量情景模擬結(jié)果表明，在低施肥量情況下，施用生物炭對水稻產(chǎn)量影響效果明顯，而高施肥量情景下，土壤中養(yǎng)分量已經(jīng)達(dá)到飽和，施用生物炭效果不明顯，這與陳靜等[20]研究結(jié)果相似。由于生物炭和低氮肥處理后，土壤中充足的礦質(zhì)養(yǎng)分和含氮量有助于提高作物籽粒形成[21-22]，水稻產(chǎn)量隨施氮量增加而增加，而生物炭和高施氮量處理后，施肥量過多，導(dǎo)致水稻前期生長過旺，后期產(chǎn)量增加緩慢，肥料利用效率降低[23-24]。添加2%生物炭和5%生物炭，其產(chǎn)量分別在235 kg/hm2和141 kg/hm2施氮量水平上達(dá)到8 680.1 kg/hm2和8 834.1 kg/hm2；在329 kg/hm2施氮量水平上達(dá)到峰值，分別為9 167.0、9 350.9 kg/hm2。因此，低施氮量情境下，添加5%生物炭對水稻產(chǎn)量促進(jìn)作用最大；高施氮量情境下，同時考慮生物炭和氮肥成本，添加2%生物炭和氮肥聯(lián)合施用可獲得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。因此，添加一定量生物炭處理下配合施用氮肥，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤礦質(zhì)養(yǎng)分和肥力[25]，在低成本的同時可以達(dá)到提高水稻產(chǎn)量目的。

第一次全國水利普查分為四個階段：前期準(zhǔn)備階段、清查登記階段、填表上報階段、成果發(fā)布階段，其中清查登記階段是水利普查的最基本階段，目的是摸清全國水利的基本情況。水利普查主要包括河湖基本情況普查、水利工程基本情況普查、經(jīng)濟(jì)社會用水情況調(diào)查、河湖開發(fā)治理保護(hù)情況普查、水土保持情況普查、水利行業(yè)能力建設(shè)情況等6項普查和灌區(qū)、地下水2個專項普查。除河湖基本情況普查和水土保持情況普查委托由專業(yè)的機(jī)構(gòu)完成外，其余普查內(nèi)容均由縣級水利部門獲取普查數(shù)據(jù)并錄入到本次水利普查的專用軟件“水利普查基層登記臺賬管理系統(tǒng)”中，逐級上報到國務(wù)院水利普查辦公室。因此，在整個普查過程中，清查數(shù)據(jù)質(zhì)量控制十分關(guān)鍵。

4 結(jié) 論

1）ORYZA_V3模型對沿海地區(qū)鹽漬土水稻葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量模擬值與實測值一致性良好，模擬值與實測值線性回歸系數(shù)值變化范圍為0.88～1.07，均接近于1.0，決定系數(shù)2和模型效率eff均大于等于0.85，歸一化均方根誤差都小于20%，模型模擬值與實測值之間誤差均在合理范圍內(nèi)。

2）在低施氮量情況下，施用生物炭對水稻產(chǎn)量影響明顯，產(chǎn)量增加量較大，而高施氮量情況下（施氮量超過235 kg/hm2），土壤養(yǎng)分量已經(jīng)達(dá)到飽和，施用生物炭對產(chǎn)量促進(jìn)作用不明顯。

3）考慮成本因素，低施氮量情境下，添加5%生物炭對水稻產(chǎn)量促進(jìn)作用最大，高施氮量情境下，2%生物炭和氮肥聯(lián)合施用成本相對低，且產(chǎn)量高。

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Optimizing Biochar and Fertilizer Application to Improve Rice Production in Reclaimed Coastal Saline Soils Using the ORYZA_V3 Crop Model

ALIMU·Abulaiti, SHE Dongli*

(College of Agricultural Sciences and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)

【】Fertilization and soil amendments are common agronomic technologies to improve soil properties and safeguard crop production, but how to optimize their applications to save fertilizers without compromising crop yield is an issue that remains largely elusive. The objective of this paper is to fill this knowledge gap.【】We took rice grown in the reclaimed coastal saline soils as an example, and simulated its growth in response to biochar and nitrogen fertilization using the ORYZA_V3 crop model. Lysimeter experiments were conducted and the experimental results were used to calibrate the model. The calibrated model was then used to evaluate the impact of different nitrogen fertilizations and biochar amendments on crop growth and yield.【】The ORYZA_V3 model was capable of simulating the growth and yield of rice grown in the saline soils. When nitrogen application was low, amending the soil with biochar can increase the rice yield at significant level. However, the improvement depends on nitrogen application rate. When nitrogen application was more than 235 kg/hm2, nitrogen did not appear to be a limiting factor for the crop and the efficacy of amending the soil with biochar for improving crop growth and yield was also waning. For example, when the nitrogen fertilization was 235 kg/hm2, adding 2% of biochar (w/w) gave a yield 8 680.1 kg/hm2, while when the nitrogen fertilization was 141 kg/hm2, add 5% of biochar could increase the rice yield to 8 834.1 kg/hm2. Amending the saline soil with biochar is hence an effective way to reduce nitrogen application without compromising crop yield.【】The efficacy of amending the reclaimed coastal saline soils with biochar to improve rice yield was when nitrogen fertilization application was low, and its efficacy waned as the nitrogen application increased. These results have important implications for rice production in regions with salt-affected soils.

nitrogen fertilization; saline soil; rice yield; ORYZA_V3 model; biochar amendment

阿力木·阿布來提, 佘冬立. 基于ORYZA_V3模型的海涂水稻生物炭施肥優(yōu)化措施研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(9): 66-71, 78.

ALIMU·Abulaiti, SHE Dongli. Optimizing Biochar and Fertilizer Application to Improve Rice Production in Reclaimed Coastal Saline Soils Using the ORYZA_V3 Crop Model[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 66-71, 78.

TV93；S27

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020657

1672 – 3317（2021）09 - 0066 - 07

2020-11-23

國家自然科學(xué)基金項目（41471180）；江蘇省水利科技項目（2020067）

阿力木·阿布來提（1992-），男。博士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土過程研究。E-mail: alim_ablt@hhu.edu.cn

佘冬立（1980-），男。教授，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)與水土過程模擬研究。E-mail: shedongli@hhu.edu.cn

責(zé)任編輯：韓洋