【摘要】：氮肥利用率是衡量施氮肥經(jīng)濟(jì)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(fēng)險(xiǎn)大的現(xiàn)象普遍存在,嚴(yán)重影響土地質(zhì)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(duì)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(yīng)對(duì)氣候變化、保障糧食安全提供重要的科學(xué)依據(jù)。本文以我國北方7個(gè)小麥-玉米長期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)(公主嶺、張掖、平?jīng)�、昌平、鄭州、徐州、楊�?,驗(yàn)證和評(píng)價(jià)作物-土壤模型(SPACSYS)對(duì)作物產(chǎn)量、氮吸收量和氮肥利用率模擬與預(yù)測的適用性;借助校驗(yàn)后的模型,在假設(shè)作物品種、管理措施等不改變的前提下,運(yùn)用IPCC最新RCP(Representative Concentration Pathway,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)氣候情景,對(duì)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(jìn)行預(yù)測,闡明未來氣候變化對(duì)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(jié)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(zhǔn)結(jié)果顯示,小麥和玉米產(chǎn)量的模擬值和觀測值的相關(guān)系數(shù)(R2)為0.40~0.70(P0.01),殘差均方根(RMSE)為4.5%~14.6%,相對(duì)誤差(RE)為1.2%~8.5%;模型驗(yàn)證結(jié)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(zhǔn)結(jié)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(yàn)證結(jié)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(duì)小麥增產(chǎn)效果無明顯差異,對(duì)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(jī)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(jī)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(duì)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(duì)一年一熟地區(qū)小麥和玉米的增產(chǎn)效果差異不大,有機(jī)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(jī)肥(糞肥)配施無機(jī)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(jī)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(yīng)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(yàn)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(gè)長期（>20 年）定位試驗(yàn)點(diǎn)為研究對(duì)象（圖 2.1），這些點(diǎn)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(fēng)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(wù)系統(tǒng)；http://cdc.cma.gov.cn/）。個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，，PL、XZ、GZL 無灌溉，其余各點(diǎn)在小麥、玉米的生長季會(huì)依據(jù)實(shí)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(yàn)初始年份的土壤理化性質(zhì)等 7 個(gè)長期定位試驗(yàn)點(diǎn)的基本情況，見表2.1。

SPACSYS中碳循環(huán)模塊結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S512.1;S513;F326.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679743