位于黄土高原东缘的寿阳县很大部分属于晋东褐土区,农业生产以旱作为主,长期以来,增加化肥投入,是该区提高粮食单产的主要措施,长期不加控制地施用化肥,会引起肥料效益下降,造成一定的环境风险,甚至危害到生态环境安全。秸秆还田是重要的有机肥源之一,也是一项重要的作物增产和培肥地力的措施,有利于推动当前农业发展中的减量施氮措施,合理利用秸秆还田对提升肥料效益、土壤质量和维持农田生产力具有实质性意义。长期定位试验监测可以较好地反映施肥管理对土壤肥力、养分转化和作物产量的长效影响,以长期定位试验数据为基础,利用农业模型可以模拟不同管理措施下作物产量和土壤养分的长期变化规律,有助于深入理解土壤、气候因子对作物生长和产量变化的定量关系,揭示不同环境和管理措施条件下的作物生长和养分循环机制,为农田管理措施优化提供理论依据。本研究以位于黄土高原东缘的山西省寿阳县国家旱作农业科技攻关试验区旱作农田长期定位试验为基础,主要考虑了玉米产量及土壤碳氮养分的变化对DSSAT模型进行了调参和校验,并利用率定后的模型模拟了不同减量施氮和秸秆还田措施下,玉米产量和土壤养分变化的变化趋势,分析了施氮量和秸秆还田量对其影响,综合作物产量、生物量和土壤碳氮养分平衡状况,提出了减量施氮与秸秆还田优化施肥的建议,以期为该地区合理施肥和农业可持续管理提供科学指导。研究表明:(1)从玉米产量和生物量的验证效果来看,调整后的的玉米品种参数能够较好地模拟各施肥和秸秆还田处理玉米产量,可以较好的反映处理间的差异及多年变化趋势,模拟值与实测值一致性很好(N1P1、N2P2、S3和S5四个处理的d值分别为0.94、0.95、0.96、0.92),模拟的精度较高(N1P1、N2P2、S3和S5四个处理的n-RMSE分别为14.46%、12.74%、12.21%、18.88%)。地上生物量模拟精度中等(N1P1、N2P2、S3和S5四个处理的n-RMSE分别为22.46%、23.11%、24.97%、27.62%),各处理间平均误差均在可接受范围,一致性指数d值分别为0.81、0.77、0.78、0.78。率定后的DSSAT模型可以很好的模拟研究区玉米物产量和地上生物量。(2)从0-20cm和20-40cm土层土壤有机碳和全氮的验证结果来看,模型对土壤有机碳的含量变化模拟效果较好,模拟精度较高(0-20cm和20-40cm土层土壤有机碳的n-RMSE分别为12.57%和17.44%),各处理的模拟值与实测值具有一致的差异性(R~2=0.8279);土壤全氮的模拟精度较低(0-20cm和20-40cm土层土壤全氮的n-RMSE分别为31.11%和44.25%),各处理的模拟值与实测值具有比较一致的差异性(R~2=0.8764)。因此率定后的模型对土壤有机碳和全氮的模拟效果均在可以接受的范围,可以较好的反映实际条件下不同施肥处理间土壤有机碳和全氮含量的差异性。模型对土壤剖面硝态氮含量的模拟效果差,后续不对其进行模拟研究。(3)从不同减量施氮和秸秆还田措施的模拟结果来看,多年平均籽粒产量和生物量随施肥措施不同的变化规律基本一致,在相同秸秆还田量水平下,各处理多年平均籽粒产量和生物量均随着施氮量的增加呈现先升后降的趋势,同一氮肥水平下各处理多年平均籽粒产量和地上生物量整体上呈现出随着秸秆还田量增加逐渐增加的趋势。除N1S1和N1S2外,其余处理均高于农民习惯施肥处理(N4S0)。不同秸秆还田水平条件下,N1水平的施肥处理都有较高的偏生产率,氮肥偏生产率随着氮素水平的提升而逐渐降低,受秸秆还田量的影响很弱。(4)从不同减量施氮和秸秆还田措施条件下土壤有机碳和全氮的模拟结果来看,各处理土壤有机碳和全氮均呈波动变化特征,土壤有机碳和全氮受减量施氮和秸秆还田措施的影响规律基本一致。单施化肥N4S0处理在模拟期末0-40cm有机碳含量比初始值明显降低,0-20cm土壤全氮含量相比初始水平下降了7.5%,20-40cm的土壤全氮含量相比初始水平上升1.6%。相同施氮量条件下增加秸秆还田量有利于提高模拟期末0-20cm土壤有机碳和全氮含量,秸秆还田量达到6000 kg/ha时,0-20cm土壤有机碳与全氮与初始值相比基本保持平衡且有小幅度上升,20-40cm土壤有机碳和全氮含量则均得到较大提升。秸秆还田相比不还田处理均能增加土壤有机碳和全氮含量,并且与农民习惯施肥处理相比得到的相对增加率随着秸秆还田量的增加而提高,0-20cm土壤有机碳的相对增加率高于对20-40cm土层。在相同秸秆还田量条件下,不同施氮量处理之间0-40cm土层土壤有机碳和全氮含量均无明显差异,增加施氮量不能明显提高土壤有机碳和全氮含量。(5)根据模型模拟结果,综合考虑作物产量、地上生物量、土壤碳氮养分和氮肥偏生产率等因素,本研究认为N2S2处理的施肥措施(施氮量=150kg/ha,秸秆还田量=6000kg/ha,秸秆还田方式为直接粉碎还田)是研究区维持较高作物产量和保持土壤肥力切实可行的施肥措施。