使用系统模型方法提升土壤管理和土壤质量| FASE专辑

导  读

系统建模方法可解析气候、土壤、作物和管理之间的相互作用，以及这种互作对系统性能的影响，帮助量化土壤的价值和质量。

来源：农业科学与工程前沿公号（2020年8月18日）

健康土壤，健康食品

Healthy Soil for Healthy Food

专辑文章介绍

第五篇

▎论文ID

Using a systems modeling approach to improve soil management and soil quality

使用系统模型方法提升土壤管理和土壤质量

期  刊：Frontiers of Agricultural Science and Engineering（FASE）

作  者 :  Enli WANG, Di HE, Zhigan ZHAO, Chris J. SMITH, Ben C. T. MACDONALD

通讯作者 : Enli WANG

CSIRO Agriculture and Food, Canberra, ACT 2601, Australia

 : [e-mail]

Cite this article :  

Enli WANG,Di HE,Zhigan ZHAO, et al. Using a systems modeling approach to improve soil management and soil quality[J]. Front. Agr. Sci. Eng. , 2020, 7(3): 289-295.

文章摘要

土壤是农业生产的基础，能够支撑植物的生长，并为植物提供水和养分。提高土壤质量、改善土壤健康是实现可持续农业的土壤管理目标。目前已开展了量化土壤质量和土壤健康的研究，但对关键的指标选取却存在争议。我们建议将土壤视为农业生产系统关键组成部分的系统方法。土壤质量须根据作物生产力和对生态系统服务的影响进行量化，而这些影响也受到气候和管理措施的影响。系统建模方法可解析气候、土壤、作物和管理之间的相互作用，以及这种互作对系统性能的影响，帮助量化土壤的价值和质量。本文提供了三个示例来说明系统方法的重要性。土壤管理是系统综合管理的一个组成部分，在未来的气候变化条件下，作物和种植系统也应系统研究。

关键词：农业生产系统模拟器，有效水容量，氮素管理，土壤功能特性，土壤健康，土壤植物模型

文章亮点 

1.土壤和气候相互作用决定了作物生长和农业生产所需环境条件的关键特征。

2.土壤管理必须适应当前的气候条件和特定的目标。

3.土壤-植物系统模型旨在模拟土壤-植物-气候连续体中关键过程和驱动因素的相互作用，以量化其对生产力和环境的影响。

4.使用土壤功能特性来强调土壤特性在作物生产过程中的作用或影响。

5.农业生产系统模型（APSIM）包括作物模式和种植制度等，有助于改进土壤管理，提高生产力以及农业制度的可持续性。

图表提取

表1：作物生产系统中的主要土壤功能特性及其关键功能。

图1：农业系统模拟模型APSIM作为集成知识和数据的工具，用于评估农作物土壤-气候管理系统的性能，以帮助管理决策。

图2：在澳大利亚不同气候区域的降雨条件下，APSIM模拟土壤-植物有效持水量(PAWC)对120年小麦产量潜力的影响。(a) 沿大约650毫米等降水量线的南向北降的站点，其降雨模式从夏季为主逐渐变为冬季为主；(b)沿东西向（W-E）等降水量线的地点，降雨模式相似，年降雨量从西向东增加。图例中的第一个数字显示了120年来作物季节(5-10月)的平均降雨量(mm)，第二个数字是每个地点的平均年降雨量(mm)。

图3：在吴桥(1970-2012年)，模拟了(a)地上生物量、(b)籽粒产量、(c)氮淋失和(d)反硝化氮损失对连作玉米施氮量的响应。方框边界表示第25个和第75个百分位数，实线表示中间值，胡须散线延伸到第5个和第95个百分位点，平均值由黑色圆圈表示。红叉是异常值。

图4：研究了在7月中旬(接近作物分蘖时)在土壤剖面表层0.4 cm处维持矿质氮(kg·ha-1N)的N库对(a)产量、(b)N淋失、(c)满足N库标准所用N的归还比率以及(d) 在澳大利亚新南威尔士州的腐殖质池的变化。方框边界表示1/4以及3/4位点，实线表示中位数，胡须延伸至第5和第95百分位，平均值用黑色圆圈表示，红色叉是离群值。

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