發(fā)布時間：2020-05-25 06:46

【摘要】：氮肥利用率是衡量施氮肥經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的重要參數(shù)。我國主要糧食作物的氮肥利用率低,約為30%,且氮肥施用過量、環(huán)境風險大的現(xiàn)象普遍存在,嚴重影響土地質量。另外,IPCC氣候情景顯示,未來20~50年極端氣候發(fā)生頻率顯著增加。然而,氣候變化對作物生長及其氮素利用率的影響程度仍不明確。因此,闡明未來不同氣候變化程度、不同施肥措施條件下,作物產(chǎn)量和氮肥利用率的變化趨勢,能為我國農(nóng)田管理措施優(yōu)化、應對氣候變化、保障糧食安全提供重要的科學依據(jù)。本文以我國北方7個小麥-玉米長期定位試驗數(shù)據(jù)為基礎(公主嶺、張掖、平?jīng)�、昌平、鄭州、徐州、楊�?,驗證和評價作物-土壤模型(SPACSYS)對作物產(chǎn)量、氮吸收量和氮肥利用率模擬與預測的適用性;借助校驗后的模型,在假設作物品種、管理措施等不改變的前提下,運用IPCC最新RCP(Representative Concentration Pathway,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)氣候情景,對不同地區(qū)、不同施氮方式下作物產(chǎn)量和氮肥利用率的變化趨勢進行預測,闡明未來氣候變化對我國北方地區(qū)小麥和玉米生長的影響,確定不同氣候變化情景下現(xiàn)有施肥模式中最優(yōu)施肥方式,為我國北方農(nóng)用地的合理利用提供參考。研究結果表明:1.作物-土壤模型SPACSYS可用于模擬我國北方不同氣候區(qū)、不同施肥措施下小麥-玉米典型農(nóng)田的作物產(chǎn)量、氮吸收量和氮肥利用率。其中,作物產(chǎn)量的模型校準結果顯示,小麥和玉米產(chǎn)量的模擬值和觀測值的相關系數(shù)(R2)為0.40~0.70(P0.01),殘差均方根(RMSE)為4.5%~14.6%,相對誤差(RE)為1.2%~8.5%;模型驗證結果顯示,小麥和玉米產(chǎn)量的模擬值和觀測值的R2為0.65~0.79(P0.01),RMSE為3.0%~13.5%,RE為1.2%~4.8%。作物氮吸收量的模型校準結果顯示,小麥和玉米的II籽粒和秸稈氮吸收量的模擬值和觀測值的R2為0.32~0.80(P0.01),RMSE為3.9%~6.2%,RE為1.3%~8.9%;模型驗證結果顯示,小麥和玉米的籽粒和秸稈氮吸收量的模擬值和觀測值的R2為0.38~0.75(P0.01),RMSE為3.0%~7.8%,RE為3.1%~9.7%。研究區(qū)各種施肥方式的NUE模擬值(16%~80%)與觀測值(15%~87%)相接近,且各種施肥處理模擬值與觀測值沒有明顯差異。2.冬小麥-夏玉米一年兩熟地區(qū),即華北地區(qū)的昌平、鄭州、徐州和西北地區(qū)的楊凌,未來氣候變化(氣溫升高、降雨量和降雨次數(shù)增加,CO2濃度升高)使各種施肥方式下的小麥產(chǎn)量增加,平均增產(chǎn)8.5%;玉米產(chǎn)量均下降,平均減產(chǎn)3.8%,且玉米產(chǎn)量變異系數(shù)較小,產(chǎn)量更加穩(wěn)定。在同一種氣候情景下,不同施肥方式對小麥增產(chǎn)效果無明顯差異,對玉米的增產(chǎn)效果則不同且總體呈現(xiàn):NPK,NPKMNPKSh NPKM(P0.05)的變化趨勢�？傮w來看,高量有機糞肥配施氮磷鉀化肥(h NPKM)處理的小麥和玉米的產(chǎn)量最高,分別為571.17~627.85 g/m2和663.10~741.38 g/m2,并且作物氮吸收量最大。未來氣候變化使我國北方冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的氮肥利用率平均降低了15%,且NUE呈現(xiàn):baselineRCP2.6RCP4.5RCP8.5的變化趨勢。各氣候變化情景下,不同施肥處理的氮肥利用率存在顯著差異(P0.05),其中高量有機糞肥配施氮磷鉀化肥(h NPKM)處理的NUE最高,為38.70%~52.78%。h NPKM和NPKS處理的NUE相對穩(wěn)定,變化幅度為-30%~10%。3.小麥、玉米一年一熟地區(qū),即西北地區(qū)的張掖、平?jīng)龊蜄|北地區(qū)的公主嶺,未來氣候變化使各種施肥方式下的西北地區(qū)玉米產(chǎn)量平均減少33.5%,東北玉米增產(chǎn)5.6%;小麥在大部分氣候情景下減產(chǎn)(除平?jīng)龅腞CP4.5情景、張掖的RCP8.5情景),變化范圍為-49%~11%。在未來氣候變化情景下,不同施肥處理對一年一熟地區(qū)小麥和玉米的增產(chǎn)效果差異不大,有機肥(糞肥)配施氮磷鉀化肥(NPKM)處理的產(chǎn)量(小麥270~595 g/m2;玉米501~1267 g/m2)略高于其他處理,作物氮吸收量顯著高于其他處理(P0.05)。未來氣候變化使我國北方一年一熟地區(qū)的小麥(除平?jīng)龅腞CP4.5情景)和玉米的氮肥利用率下降,西北地區(qū)小麥平均下降45%,玉米平均下降33%,東北地區(qū)玉米平均下降8%。各種氣候情景下,有機肥(糞肥)配施無機肥(NPKM)的作物氮肥利用率下降范圍都最少(或RCP4.5情景下,平?jīng)龅淖魑锏世寐试黾幼畲?,玉米下降4.65%~46.47%,小麥變化范圍為-64.32%~55.89%。此外,各種氣候情景下,施化肥和化肥配施有機肥處理的小麥氮肥利用率沒有明顯差異,玉米氮肥利用率則存在顯著差異(NPK≥NPKMNPKS,P0.05),且相比小麥,玉米的氮肥利用率更高、產(chǎn)量也更穩(wěn)定,更適應未來氣候變化。
【圖文】：

本文選擇 1980 年左右建立的全國農(nóng)田肥料網(wǎng)、1990 年左右建立的土壤肥力網(wǎng)的長期試驗中的昌平（CP）、鄭州（ZZ）、楊凌（YL）、徐州（XZ）、公主嶺（GZL）、張掖（ZY）、平?jīng)觯≒L）7 個長期（>20 年）定位試驗點為研究對象（圖 2.1），這些點位分布在我國北方的小麥、玉米主產(chǎn)區(qū)，并且有典型的氣候特征、不同的土壤類型。氣候類型從干旱到半干旱，從中溫帶到暖溫帶。年平均氣溫為 4.5~14.5°C。年均降雨量為 127（干旱區(qū)）~860mm（季風區(qū)），從西部到東部，降雨量呈逐漸增加的態(tài)勢。年蒸發(fā)量為 993~2345mm（中國氣象共享服務系統(tǒng)；http://cdc.cma.gov.cn/）。個試驗點中，，PL、XZ、GZL 無灌溉，其余各點在小麥、玉米的生長季會依據(jù)實際氣候情況，有 1~3 次灌溉。作物種植制度包括了北方小麥、玉米的典型種植制度，一年兩熟的有：CP、ZZ、XZ、YL，一年一熟的有：GZL、ZY、PL。包括氣候條件、土壤類型和試驗初始年份的土壤理化性質等 7 個長期定位試驗點的基本情況，見表2.1。

SPACSYS中碳循環(huán)模塊結構
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S512.1;S513;F326.11

【參考文獻】

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1 史天昊;段英華;王小利;徐明崗;黃紹敏;石孝均;;我國典型農(nóng)田長期施肥的氮肥真實利用率及其演變特征[J];植物營養(yǎng)與肥料學報;2015年06期

2 于飛;施衛(wèi)明;;近10年中國大陸主要糧食作物氮肥利用率分析[J];土壤學報;2015年06期

3 張衛(wèi)建;;對我國玉米綠色增產(chǎn)增效栽培技術的探討:增密減氮[J];作物雜志;2015年04期

4 高洪軍;朱平;彭暢;張秀芝;李強;張衛(wèi)建;;等氮條件下長期有機無機配施對春玉米的氮素吸收利用和土壤無機氮的影響[J];植物營養(yǎng)與肥料學報;2015年02期

5 張旭博;孫楠;徐明崗;張文菊;李建偉;;全球氣候變化下中國農(nóng)田土壤碳庫未來變化[J];中國農(nóng)業(yè)科學;2014年23期

6 馬玉平;孫琳麗;俄有浩;吳瑋;;預測未來40年氣候變化對我國玉米產(chǎn)量的影響[J];應用生態(tài)學報;2015年01期

7 孟凡超;張佳華;姚鳳梅;;CO_2濃度升高和降水增加協(xié)同作用對玉米產(chǎn)量及生長發(fā)育的影響[J];植物生態(tài)學報;2014年10期

8 趙錦;楊曉光;劉志娟;呂碩;王靜;陳阜;;全球氣候變暖對中國種植制度的可能影響Ⅹ.氣候變化對東北三省春玉米氣候適宜性的影響[J];中國農(nóng)業(yè)科學;2014年16期

9 王秀斌;徐新朋;孫剛;孫靜文;梁國慶;劉光榮;周衛(wèi);;氮肥用量對雙季稻產(chǎn)量和氮肥利用率的影響[J];植物營養(yǎng)與肥料學報;2013年06期

10 張衛(wèi)峰;馬林;黃高強;武良;陳新平;張福鎖;;中國氮肥發(fā)展、貢獻和挑戰(zhàn)[J];中國農(nóng)業(yè)科學;2013年15期

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1 焉莉;不同施肥管理對東北玉米連作地農(nóng)業(yè)面源污染影響研究[D];吉林大學;2016年

2 張旭博;中國農(nóng)田土壤有機碳演變及其增產(chǎn)協(xié)同效應[D];中國農(nóng)業(yè)科學院;2016年

3 王桂良;中國三大糧食作物農(nóng)田活性氮損失與氮肥利用率的定量分析[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2014年

4 劉杰;小麥—玉米輪作體系農(nóng)田氮素長期有效性，盈虧規(guī)律，模擬及其應用研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學院;2012年

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1 曾祥明;氮肥優(yōu)化施用技術對中稻產(chǎn)量及氮肥利用率的影響[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2012年

2 閆鴻媛;長期施肥下我國典型土壤糧食作物氮肥利用率時空演變特征[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2010年

本文編號：2679743