《Agricultural Systems》：Nitrogen management on coarse Sandy soils: A DSSAT-based mechanistic evaluation of controlled-release and conventional fertilizers for maize
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•DSSAT CSM-CERES-Maize模型采用预设逻辑斯蒂函数（logistic function）在砂质灌溉玉米中表征控释肥料（CRF）的氮素释放过程。
•历史天气年际模拟量化了作物氮素吸收及模拟氮素损失途径。
•高CRF施用量在湿润条件下增加了模拟的
•DSSAT CSM-CERES-Maize模型采用预设逻辑斯蒂函数（logistic function）在砂质灌溉玉米中表征控释肥料（CRF）的氮素释放过程。
•历史天气年际模拟量化了作物氮素吸收及模拟氮素损失途径。
•高CRF施用量在湿润条件下增加了模拟的硝态氮（NO??–N）淋溶。
•尿素硝酸铵（UAN）施用位置的表征方式显著改变了模拟的CONV 269处理的气态氮损失及氮素分配。
•较低CRF施用量比较高水平CRF施用量维持了更高的模拟氮素利用指标和更低的模拟淋溶量。
**基于DSSAT模拟的粗质砂土玉米氮素管理研究解读**
**一、研究背景与研究意义**
氮（N）肥施用是保障全球粮食生产、特别是玉米（Zea mays L.）产量的关键措施，然而氮肥利用率普遍偏低，通常仅为30%–50%，大量施用氮肥通过硝酸盐（NO?
?–N）淋溶、氨（NH?）挥发以及硝化和反硝化作用产生的气态排放等途径损失，不仅降低了氮素利用效率（NUE），还造成地下水污染、水体富营养化及大气环境问题。在粗质地砂土上，由于土壤阳离子交换量低（通常仅1–5 cmol
c kg
?1）且导水率高，养分随水分快速运移，NO?
?–N淋溶尤为严重。在美国东南部岩溶地貌区域，如Upper Floridan含水层上覆地区，NO?
?–N极易进入地下水系统。传统施肥模式下，氮素供给与作物需求的时间错配被认为是氮素损失的主要驱动因素。控释肥料（CRF），特别是聚合物包膜尿素（PCU），可通过半透膜在温度和水分调控下缓慢释放氮素，以更好地匹配作物吸收模式，减少土壤中过量植物有效态氮的累积。然而，CRF在高淋溶砂土中的有效性受土壤、天气和管理条件交互影响，目前机理层面的研究仍十分有限。因此，开展基于过程模型的系统性评估，对于优化砂质灌溉玉米系统的氮素管理具有重要意义。该研究成果发表于《Agricultural Systems》。
**二、研究内容与技术方法**
研究人员于2022年和2023年在美国佛罗里达大学NFREC-SV试验站（佛罗里达州Live Oak，30°18′30.7″ N，82°53′55.9″ W）开展了田间试验，采用随机完全区组设计，设置6个氮处理：不施氮对照、4个CRF处理（168、224、280、336 kg N ha
?1）和1个常规分次施UAN处理（CONV 269，269 kg N ha
?1）。CRF处理采用POLYON? 43–0-0聚合物包膜尿素于播种时一次施用；CONV 269按UF/IFAS推荐方案将UAN分7次追施。基于田间观测数据，研究人员利用DSSAT v4.8.5中的CSM-CERES-Maize模型，采用GLUE方法进行品种参数校准（基于2023年CRF 336处理），并使用2022年独立观测数据进行评估；随后将评估后的模型应用于36年（1990–2025年）历史天气情景分析。CRF释放过程采用DSSAT内置逻辑斯蒂函数表征（NREL50=60 d，k=0.20），并对释放持续时间和UAN施用位置表征方式进行敏感性分析。历史天气模拟采用各自独立的年份气象数据，以固定初始土壤矿质氮（42.3 kg N ha
?1）为统一初始化条件。
**三、主要研究结果**
**（1）模型校准与评估**
经2023年数据校准后，模型对籽粒产量的模拟效果最佳（R
2=0.95，RMSE=931 kg ha
?1），地上部氮素累积模拟也表现良好（R
2=0.99，RMSE=22.36 kg N ha
?1）。独立评估（2022年）中，模型对产量的模拟仍保持较高精度（R
2=0.98，RMSE=1559 kg ha
?1），但存在一定比例偏差。不同深度土壤NO?
?–N动态模拟在不同处理和年份间存在差异，30 cm深度的一致性总体较好，60–90 cm深度模拟精度较低。
**（2）CRF释放持续时间敏感性分析**
在40–80 d的NREL50范围内，不同CRF施用量下的籽粒产量排序未发生变化（CRF 336>CRF 280>CRF 224>CRF 168）。60 d参考参数化处理保留了各CRF处理最高产量的95.0%–100%。延长释放持续时间至80 d在较湿润的2023年使模拟NO?
?–N淋溶最高减少57.0 kg N ha
?1，但增加了季末土壤无机氮残留；较短释放期（40–50 d）则有利于产量提高。
**（3）UAN施用位置表征的结构敏感性**
常规UAN处理（CONV 269）的模拟气态氮损失强烈依赖于施入位置的表征方式。在表面条施（S0，0 cm）表征下，2022年和2023年总气态氮损失分别为48.59和104.54 kg N ha
?1，其中NH?贡献达98%以上；而在浅层地下条施（S2，2 cm）表征下，总气态氮损失降至1.00和31.16 kg N ha
?1。36年历史天气模拟中，S0表征下平均总气态损失64.05 kg N ha
?1，而S2表征仅为1.10 kg N ha
?1，同时作物氮吸收和NO?
?–N淋溶均有所增加。
**（4）季节性氮核算与历史天气响应**
2022年各处理模拟NO?
?–N淋溶占氮总输入的0.3%–4.1%，而2023年（降水更多）淋溶比例升至14.3%–29.3%。36年历史天气模拟显示，CRF处理平均产量随施氮量从12598 kg ha
?1（CRF 168）增至16956 kg ha
?1（CRF 336），CRF 336平均淋溶量为49.4 kg N ha
?1，而CRF 168仅为17.0 kg N ha
?1。氮素回收效率（REN）从CRF 168的97.8%降至CRF 336的86.9%。
**四、讨论与结论**
研究结果表明，CRF施氮量的增加在提升产量和氮吸收的同时，降低了氮素利用指标并增加了模拟NO?
?–N淋溶风险，呈现明显的速率依赖性权衡关系。常规UAN的气态氮损失模拟对施用位置表征高度敏感，需要谨慎解读其绝对数值。CRF释放持续时间影响氮素供给与作物需求的匹配程度，但不改变产量处理排序。模型模拟的各处理响应体现了特定站点和模型配置下的情景分析结果，外推至其他地区需进一步评估。研究展示了过程模型在评估农业与环境权衡方面的应用价值，为粗质砂土灌溉玉米系统的氮素管理提供了量化参考。
