基于SPWS模型的華北平原農(nóng)田水氮利用效率及環(huán)境效應(yīng)分析.pdf

1、本研究針對華北平原水資源不足、氮肥投入過多和水氮資源利用效率低等問題，在北京海淀區(qū)東北旺鄉(xiāng)中德合作項目試驗地開展了三年(1999-2002)的冬小麥．夏玉米輪作制度下不同水肥處理試驗，另外分別在華北平原的北京東北旺鄉(xiāng)、曲周和吳橋三個典型代表區(qū)于2005年進(jìn)行了不同種植制度的水氮試驗，應(yīng)用土壤．作物系統(tǒng)水氮過程及作物生長聯(lián)合模擬模型SPWS(Soil and Plant system，Soil Water and Solute trans

2、port)定量研究了傳統(tǒng)灌溉、傳統(tǒng)施肥和優(yōu)化灌溉及優(yōu)化施肥不同組合管理措施下以及40年不同降雨年型下對農(nóng)田水氮利用效率及其環(huán)境效應(yīng)，同時探討了不同種植制度對農(nóng)田水氮利用效率及環(huán)境效應(yīng)的影響。全文主要結(jié)論如下： 在1999-2002連續(xù)三年華北平原冬小麥．夏玉米一年兩熟輪作下，優(yōu)化處理的水分利用效率和氮素利用效率均有不同程度提高，冬小麥的水分和氮素利用效率范圍分別為1.14-1.44 kg/m<'3>和 26-42 kg/kgN，

3、比傳統(tǒng)處理提升9-20％和34-75％：夏玉米水氮利用效率分別為1.5-2.4 kg/m<'3>和42-52 kg/kgN，比傳統(tǒng)處理提高了5-15％和63-90％，優(yōu)化水肥處理的水氮利用效率在四個水肥處理中最高，節(jié)氮潛力明顯。 優(yōu)化灌溉和優(yōu)化施肥對氮素?fù)p失(氨揮發(fā)、反硝化和硝酸鹽淋洗)減弱作用上存在互作效應(yīng)，1999-2002年冬小麥-夏玉米三年輪作下的年平均硝酸鹽淋失量為7 kg/ha，為傳統(tǒng)水肥的10％：氨揮發(fā)和反硝化損失

4、分別為傳統(tǒng)水肥的17-23％。 優(yōu)化水肥處理在作物生長季結(jié)束后，能不同程度提高土體儲水能力，冬小麥季明顯減少了水分滲漏量，夏玉米季提高了土體濕潤程度。優(yōu)化水肥處理的作物根系有向下延展趨勢，能充分利用深層次的氮素，與傳統(tǒng)水肥1999-2002年三個輪作周期根層氮素變化量588 kg/ha相比，優(yōu)化水肥處理作物根層氮素變化量為61 kg/ha，明顯減少了氮素在土體的累積量，降低了硝酸鹽向下淋失對地下水的潛在污染風(fēng)險。 200

5、5年華北平原東北旺、曲周和吳橋三個實驗點優(yōu)化水肥處理的夏玉米產(chǎn)量與傳統(tǒng)水肥處理的產(chǎn)量對比下，吳橋優(yōu)化水肥處理產(chǎn)量為9135kg/ha，增產(chǎn)3％。各地優(yōu)化處理水肥利用效率均比傳統(tǒng)處理高出2.5-8％，42-76％；春玉米單作以曲周試驗地氮素利用效率最大，為39.7 kg/m<'3>；東北旺春玉米輪作比單作的水氮利用效率要大。 在北京地區(qū)1961-2001年間，PS1和PS2條件下冬小麥產(chǎn)量平均值分別為10066和7193kg/ha

6、，PS3條件下在干旱年各處理產(chǎn)量平均值最大，其中優(yōu)化灌水傳統(tǒng)施肥處理的產(chǎn)量為5304kg/ha，大于傳統(tǒng)水肥處理。干早年，平水年和豐水年的最大水分利用效率分別為1.7、1.6和1.5 kg/m<'3>。氮素利用效率最大值分別為34.7、34.1和30.3 kg/kg N。較優(yōu)化作物產(chǎn)量和環(huán)境效應(yīng)的冬小麥水氮推薦管理方案為灌水用量為263mm(分別灌越冬水，返青水，拔節(jié)水和揚(yáng)花水)，氮肥用量為111-200kg/ha，冬小麥產(chǎn)量能達(dá)到60