优化CSM-CERES-Maize模型提升佛罗里达沙质土壤玉米产量与氮素管理的平衡策略

《Computers and Electronics in Agriculture》：Optimizing and applying the CSM-CERES-Maize model for enhanced maize yield and nitrogen management in Florida sandy soils

本文针对佛罗里达沙质土壤中玉米生产的氮素管理挑战，通过校准和评估CSM-CERES-Maize模型，系统分析了氮肥施用量对产量和硝酸盐氮（NO3-N）淋溶的影响。研究表明，235 kg ha?1为平衡产量与环境效益的优化氮肥用量，模型模拟显示该策略可显著减少产量差距并控制氮素污染，为 subtropical 地区农业可持续发展提供了科学依据。

　　

Highlight

模型校准结果显示出对地上部生物量[一致性指数（d）= 0.99，相对均方根误差（RRMSE）= 11.6%]、地上部生物量氮（d= 0.99，RRMSE = 11.3%）和硝酸盐氮（NO₃-N）淋溶（d= 0.99，RRMSE = 12.9%）的高度一致性。模型评估表明其对谷物产量[决定系数（R²）= 0.81]、谷物氮（R² = 0.85）、地上部生物量（d= 0.87–0.99，RRMSE = 16–47%）、地上部生物量氮（d= 0.83–0.99，RRMSE = 9–45%）和NO₃-N淋溶（d= 0.67–0.95，RRMSE = 24.3–77.7%）的预测可靠。模型在估算土壤NO₃-N（d= 0.43–0.99，RRMSE = 31–118%）、土壤总无机氮（d= 0.55–0.94，RRMSE = 37–118%）和土壤体积含水量（d= 0.33–0.71，RRMSE = 13–63%）方面也表现出不同程度的一致性。

Model calibration

模型有效模拟了地上部生物量、地上部生物量氮和NO₃-N淋溶，与观测数据高度吻合（表3）。这与先前强调模型预测地上部生物量能力的研究一致（Liu et al., 2012; Noriega-Navarrete et al., 2023; Zamora Re et al., 2021）。观测与模拟的NO₃-N淋溶之间的高度一致性（表3；图2c）表明，模型相当好地代表了NO₃-N在土壤剖面中的传输和淋溶过程。

Conclusions

校准后的模型准确预测了北佛罗里达沙质土壤中Pioneer 1870杂交玉米品种的地上部生物量、地上部生物量氮、谷物产量和谷物氮。模型在较高氮肥用量下对NO₃-N淋溶的估算也表现出高度一致性，尽管在低氮条件下存在低估。对土壤NO₃-N、土壤总无机氮和土壤体积含水量（SWC）的模拟总体可靠，尽管存在一些变异性。应用研究确定水分和氮素限制是佛罗里达玉米生产的主要产量差距（Yg）驱动因素。长期模拟表明，235 kg N ha^?1是平衡产量和NO₃-N淋溶的优化氮肥用量。这项研究强调了CSM-CERES-Maize模型在优化北佛罗里达沙质土壤玉米氮肥用量以平衡产量和环境影响方面的有效性。