本文關(guān)鍵詞：華北平原不同水肥及栽培模式下的農(nóng)田氮素?fù)p失及水氮利用效率定量評(píng)價(jià)

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【摘要】：華北平原是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地之一,近年來(lái)為了滿足日益增長(zhǎng)的糧食需求,盲目地投入過(guò)量的水肥,這樣不僅使水肥增產(chǎn)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益下降,而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。因此,在糧食穩(wěn)產(chǎn)或者高產(chǎn)的條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源高效是我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本保障。為了探求高產(chǎn)高效的水肥及栽培綜合管理模式,本研究于2009-2011年在山東省泰安市大汶口設(shè)置了四種水肥與栽培管理相結(jié)合的綜合管理模式：農(nóng)民習(xí)慣模式(FP模式)、高產(chǎn)高效模式(OPT-1模式)、再高產(chǎn)模式(HY模式)和再高產(chǎn)高效模式(OPT-2模式)。利用田間實(shí)測(cè)的土壤含水量、硝態(tài)氮含量、作物產(chǎn)量、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)重等數(shù)據(jù)對(duì)土壤-作物-大氣系統(tǒng)水熱碳氮過(guò)程模型(WHCNS)進(jìn)行了校驗(yàn)。利用校驗(yàn)后的模型模擬分析了不同水肥管理和栽培管理措施下冬小麥-夏玉米輪作模式下的土壤氮素去向及水氮利用效率。最后通過(guò)模型對(duì)不同播種日期、播種密度和水肥投入量進(jìn)行了情景分析,并優(yōu)化了水肥與栽培管理措施。全文主要結(jié)論如下： 模型校驗(yàn)結(jié)果表明,土壤體積含水量、硝態(tài)氮含量、作物產(chǎn)量、葉面積和干物質(zhì)重的模擬值與實(shí)測(cè)值間均吻合較好,模型模擬效果統(tǒng)計(jì)指標(biāo)(均方根誤差、模型效率系數(shù)、一致性指數(shù))均表明,WHCNS模型能夠較準(zhǔn)確地模擬本研究區(qū)的土壤水氮運(yùn)移過(guò)程及作物生長(zhǎng)狀況。 2009-2011年四個(gè)生長(zhǎng)季的田間試驗(yàn)結(jié)果表明：OPT-1、HY和OPT-2模式的周年平均產(chǎn)量分別比FP模式高27.6%、56.8%和40.8%。模型模擬結(jié)果表明：與FP模式相比,OPT-1模式的周年氮肥總損失量降低了28.6%；氮素利用效率(NUE)升高了25.7%。HY模式為了追求產(chǎn)量最大化,不計(jì)成本投入導(dǎo)致其周年平均氮素總損失量最高,為240.6kgN ha-1。OPT-2模式在HY模式的基礎(chǔ)上改善施肥量和栽培措施,雖然周年平均產(chǎn)量比HY模式降低了15.4%,但是氮素總損失量降低了53.8%,NUE升高了19.2%。與其余三種模式相比,OPT-2模式的年平均氮素淋洗量降低了25.5-60.0%。四種模式的水分利用效率(WUE)的大小順序?yàn)镠YOPT-2≥OPT-1FP。選取農(nóng)學(xué)效應(yīng)指數(shù)、環(huán)境效應(yīng)指數(shù)和產(chǎn)投比三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),利用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法得到OPT-2模式為四種模式中最佳的綜合管理模式。 以O(shè)PT-2模式為基礎(chǔ),分別在冬小麥生長(zhǎng)季設(shè)置了5個(gè)播種日期和17個(gè)播種密度,在夏玉米生長(zhǎng)季設(shè)置了5個(gè)播種日期和22個(gè)播種密度的情景模式。利用校驗(yàn)過(guò)的WHCNS模型模擬分析了不同播種日期和播種密度對(duì)作物產(chǎn)量、氮素去向和水氮利用效率的影響。研究結(jié)果表明,隨著冬小麥-夏玉米播期的推遲,其周年籽粒產(chǎn)量呈增加的趨勢(shì),最大可增加707-3025kg ha-1。為了保證冬小麥-夏玉米的可持續(xù)發(fā)展,建議在不增加任何成本的情況下,冬小麥的播種日期可以推遲至每年的10月15日左右,夏玉米的播種日期可以順延至6月15日左右。隨著冬小麥-夏玉米播種密度的增加其產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)。WUE和NUE隨著播種密度增加的變化趨勢(shì)與產(chǎn)量一致。選取農(nóng)學(xué)效應(yīng)指數(shù)、環(huán)境效應(yīng)指數(shù)和產(chǎn)投比三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),利用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法得到在240kg N ha-1的施肥條件下,研究區(qū)冬小麥的最適播種密度為300-390萬(wàn)ha-1。在185kg N ha-1的施肥條件下,研究區(qū)夏玉米的最適播種密度為8.4-10.2萬(wàn)ha-1 在2009-2010年冬小麥生長(zhǎng)季設(shè)置15個(gè)灌水量和11個(gè)施肥量,共得到165個(gè)水肥組合情景；在2010年夏玉米生長(zhǎng)季設(shè)置5個(gè)灌水量和11個(gè)施肥量,共得到55個(gè)水肥組合情景。在OPT-2模式的基礎(chǔ)上,結(jié)合前面得到的適宜播期和播種密度,應(yīng)用WHCNS模型對(duì)2009-2010年冬小麥的165個(gè)水肥組合和夏玉米的55個(gè)水肥組合進(jìn)行情景模擬分析。結(jié)果表明,在冬小麥季,當(dāng)灌水量達(dá)到251mm時(shí),冬小麥產(chǎn)量可達(dá)到最大,為8203kg ha-1；再繼續(xù)增加灌水量,冬小麥產(chǎn)量保持不變。當(dāng)施肥量達(dá)到106kg N ha-1時(shí),冬小麥產(chǎn)量可以達(dá)到最大,為7917kg ha-1；再繼續(xù)增加施肥量,產(chǎn)量保持不變。在夏玉米季,當(dāng)不灌溉時(shí),夏玉米的產(chǎn)量也可達(dá)到8987kg ha-1。當(dāng)施肥量達(dá)到70kg N ha-1時(shí),夏玉米產(chǎn)量達(dá)到最大,為9005kg ha-1。選取農(nóng)學(xué)效應(yīng)指數(shù)、環(huán)境效應(yīng)指數(shù)和產(chǎn)投比三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),利用密切值法篩選出最佳的水肥組合。在研究區(qū)2009-2010年冬小麥生長(zhǎng)季,灌水240mm,施肥60kgN ha-1為最佳水肥管理措施,產(chǎn)量可達(dá)7813kgha-1；夏玉米生長(zhǎng)季,不灌溉,施肥90kg N ha-1為最佳水肥管理措施,產(chǎn)量為8909kg ha-1。 以山東省40年(1973-2012)的氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)劃分了25%、50%和75%三種降雨年型。在OPT-2模式的基礎(chǔ)上,每種降雨年型下的冬小麥生長(zhǎng)季設(shè)置了15個(gè)灌水量和11個(gè)施肥量,共得到165個(gè)水肥組合情景；夏玉米生長(zhǎng)季設(shè)置了5個(gè)灌水量和11個(gè)施肥量,共得到55個(gè)水肥組合情景。利用WHCNS模型模擬分析了不同降雨年型下灌溉量和施肥量對(duì)作物產(chǎn)量的影響,并篩選出不同降雨年型下最佳的水肥投入量。結(jié)果表明在25%、50%和75%降雨年型下,冬小麥生長(zhǎng)季的灌水量分別為287、258和276mm時(shí),作物的產(chǎn)量可以達(dá)到最大,分別為9224、8806和8324kg ha-1。冬小麥生長(zhǎng)季的施肥量與作物產(chǎn)量的關(guān)系不明顯。在25%、50%和75%降雨年型下,夏玉米生長(zhǎng)季均不需要灌溉；且施氮量分別為97、133和117kg N ha-1時(shí),作物的產(chǎn)量可以達(dá)到最大為10910、10670和9375kg ha-1。
【關(guān)鍵詞】：冬小麥-夏玉米 WHCNS模型 播種密度 播種日期 WUE NUE
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S512.11;S513
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究意義13-14
• 1.2 研究進(jìn)展及現(xiàn)狀14-18
• 1.3 研究目標(biāo)18
• 1.4 研究?jī)?nèi)容18
• 1.5 研究方法18-19
• 1.6 技術(shù)路線19-20
• 第二章 材料和方法20-32
• 2.1 研究區(qū)概況20
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)20-21
• 2.3 樣品采集和測(cè)定方法21-22
• 2.4 土壤-作物-大氣系統(tǒng)水熱碳氮耦合模擬模型22-32
• 第三章 不同水肥與栽培管理措施下農(nóng)田水氮利用效率分析32-56
• 3.1 引言32
• 3.2 模型參數(shù)32-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-55
• 3.3.1 模型校驗(yàn)34-46
• 3.3.2 不同水肥及栽培管理措施對(duì)作物產(chǎn)量的影響46-48
• 3.3.3 不同水肥及栽培管理模式下土壤水分滲漏和硝酸鹽淋洗動(dòng)態(tài)48-49
• 3.3.4 不同水肥及栽培管理模式下土壤水分平衡及水分利用效率49-51
• 3.3.5 不同水肥及栽培管理模式下農(nóng)田氮素?fù)p失及氮素利用效率51-53
• 3.3.6 綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)不同水肥及栽培管理模式53-55
• 3.4 小結(jié)55-56
• 第四章 播種日期和密度對(duì)冬小麥-夏玉米產(chǎn)量及資源利用效率的影響56-76
• 4.1 引言56-57
• 4.2 播種日期和播種密度情景設(shè)定57-58
• 4.3 結(jié)果與討論58-75
• 4.3.1 播期對(duì)冬小麥-夏玉米周年籽粒產(chǎn)量的影響58-60
• 4.3.2 播期對(duì)冬小麥-夏玉米周年光、溫資源的分配利用60-61
• 4.3.3 播期對(duì)冬小麥-夏玉米周年水氮利用效率的影響61-63
• 4.3.4 播種密度對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量和干物質(zhì)重的影響63-68
• 4.3.5 播種密度對(duì)冬小麥水氮利用效率的影響68-69
• 4.3.6 冬小麥適宜播種密度的推薦69-70
• 4.3.7 播種密度對(duì)夏玉米籽粒產(chǎn)量和干物質(zhì)重的影響70-72
• 4.3.8 播種密度對(duì)夏玉米水氮利用效率的影響72-73
• 4.3.9 夏玉米適宜播種密度的推薦73-75
• 4.4 小結(jié)75-76
• 第五章 冬小麥-夏玉米水氮管理措施的優(yōu)化76-84
• 5.1 引言76
• 5.2 水氮情景設(shè)置和優(yōu)化方法76-78
• 5.2.1 水氮情景設(shè)置76-77
• 5.2.2 密切值法77-78
• 5.3 結(jié)果分析78-83
• 5.4 小結(jié)83-84
• 第六章 不同降雨年型下水氮管理措施的優(yōu)化84-100
• 6.1 引言84
• 6.2 降雨年型的劃分84-86
• 6.3 水氮情景設(shè)置86
• 6.4 結(jié)果與分析86-99
• 6.4.1 25%降雨年型下灌溉量的優(yōu)化86-90
• 6.4.2 50%降雨年型下灌溉量的優(yōu)化90-93
• 6.4.3 75%降雨年型下灌溉量的優(yōu)化93-97
• 6.4.4 25%、50%和75%降雨年型下施肥量的優(yōu)化97-99
• 6.5 小結(jié)99-100
• 第七章 結(jié)論與展望100-103
• 7.1 主要結(jié)論100-101
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)101-102
• 7.3 展望102-103
• 參考文獻(xiàn)103-113
• 致謝113-115
• 作者簡(jiǎn)介115

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：531894