生物炭与氮肥配施下水稻生长动态模拟与分析OA

【目的】探究生物炭与氮肥配施对水稻叶面积和地上部生物量增长动态的影响,比较基于不同驱动因子构建的Logistic生长模型的模拟精度,为优化水稻田间施肥制度和确定水稻生长过程中的主要驱动因子提供理论依据。【方法】于2023年6—10月在南京信息工程大学农业气象试验站进行田间观测试验,采用二因素随机区组试验设计,设置4个施氮量水平(0、180、225和300 kg/hm^(2),分别记作N0、N180、N225和N300)和3个生物炭施用量水平(0、15和30 t/hm^(2),分别记作B0、B15和B30),共12个处理。研究不同生物炭与氮肥组合下水稻叶面积指数和地上部生物量的变化特征,分别以有效积温、辐热积和气候适宜度为自变量,建立归一化Logistic生长模型,比较不同模型对水稻叶面积指数和地上部生物量的模拟精度。【结果】与常规施氮处理相比,生物炭与氮肥配施显著提高了水稻叶面积指数和地上部生物量,其中叶面积指数提高15.951%~25.897%,地上部生物量提高16.028%~36.127%。基于3种自变量建立的Logistic方程均较好地模拟了水稻生长过程。叶面积指数模型的决定系数(R^(2))平均值均大于0.94,相对均方根误差(RRMSE)平均值均介于0.1~0.2,均方根误差(RMSE)平均值均小于10%,表明模型具有较高的模拟精度,其中以有效积温法的模拟精度最高;地上部生物量模型的决定系数平均值均大于0.99,均方根误差和相对均方根误差平均值均小于0.1,表明模型模拟精度极高,其中以气候适宜度法的精确度最高。通过地上部生物量模型定量分析表明,生物炭与氮肥配施可使水稻地上部生物量快增期提前,并显著提高快增期平均增长速率。其中B15N225处理的快增期平均增长速率略小于B15N180处理,但快增期持续时间略长,实际观测值也最大。因此,B15N225是促进水稻地上部生物量增长的最优生物炭-氮肥配施组合。【结论】生物炭和氮肥配施显著促进水稻叶面积和地上部生物量增长,主要通过快增期提前和提高快增期平均增长速率有效促进水稻地上部生物量增长。相较辐热积法和气候适宜度法,有效积温法对叶面积指数动态变化的模拟精度更高,表明温度是水稻叶面积增长过程中更主要的驱动因子;相较有效积温法和辐热积法,气候适宜度法对地上部生物量动态变化的模拟精度更高,说明温度和相对湿度的综合作用对水稻生物量的影响更显著。