黃土高原中部旱作糧田土壤干燥化效應(yīng)與土壤水分承載力模擬研究.pdf

1、在廣泛調(diào)查旱作糧田作物產(chǎn)量和野外實(shí)地觀測(cè)深層土壤濕度的基礎(chǔ)上，應(yīng)用美國(guó)研制的環(huán)境政策綜合氣候模型-WinEPIC，模擬研究了1960～2000年期間黃土高原中部不同降水類(lèi)型區(qū)不同肥力水平不同種植方式下，旱作糧田的產(chǎn)量水平和深層土壤干燥化效應(yīng)，評(píng)價(jià)了旱作糧田的生產(chǎn)力穩(wěn)定性和不同肥力水平下不同種植方式的土壤干燥化效應(yīng)，為黃土高原糧食的可持續(xù)發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。取得的主要研究進(jìn)展如下： (1)作物產(chǎn)量和田間土壤水分調(diào)查結(jié)果表明：受降水

2、影響，連作冬小麥和春玉米的產(chǎn)量均呈現(xiàn)波動(dòng)性下降趨勢(shì)。在輪作條件下，冬小麥的產(chǎn)量更容易受到降水的影響，而春玉米的產(chǎn)量更容易受茬口的影響。高產(chǎn)農(nóng)田的土壤水分明顯低于低產(chǎn)農(nóng)田，農(nóng)田土壤干燥化現(xiàn)象在1～3m范圍內(nèi)較明顯，在3m以下也開(kāi)始出現(xiàn)土壤水分減少的跡象。 (2)通過(guò)對(duì)長(zhǎng)武早塬連作冬小麥、晉中半干旱區(qū)連作春玉米、長(zhǎng)武旱塬麥玉輪作三種種植方式，在不同肥力水平的模擬精度驗(yàn)證表明：經(jīng)過(guò)調(diào)整的WinEPIC模型對(duì)不同肥力處理下連作冬小麥、連

3、作春玉米和麥玉輪作的籽粒產(chǎn)量和農(nóng)田的土壤水分變化動(dòng)態(tài)模擬較為準(zhǔn)確，適用于黃土高原冬小麥連作、春玉米連作和麥玉輪作系統(tǒng)的模擬研究。 (3)在模擬研究的41年期間，洛川、長(zhǎng)武、延安、壽陽(yáng)的連作春玉米產(chǎn)量的年平均值分別為4.40th/m2、4.23t/hm2、3.75t/hm2、2.50t/hm2。施肥增產(chǎn)率，長(zhǎng)武>洛川>延安>壽陽(yáng)。水分利用效率，洛川>延安>長(zhǎng)武>壽陽(yáng)，同一地區(qū)內(nèi)隨施肥水平的提高水分利用效率增大。0～7m土層逐月土壤

4、有效含水量洛川>長(zhǎng)武>延安>壽陽(yáng)，前兩個(gè)地區(qū)土壤水分穩(wěn)定性較差。隨著施肥水平的提高，農(nóng)田逐月土壤有效含水量平均值呈現(xiàn)波動(dòng)性降低趨勢(shì)，與N0相比N60、N120、N180、N240、Y300分別減少166mm、299mm、295mm、416mm、421mm。所有地區(qū)的春玉米田0～7m土層土壤濕度剖面分布，在經(jīng)歷了土壤濕度逐年降低、土壤干層逐年加厚的干燥化過(guò)程后，均出現(xiàn)了穩(wěn)定的土壤干層。土壤干燥化速度No、N60、N120、N180、N24

5、0、N300依次增大，洛川、長(zhǎng)武、延安、壽陽(yáng)依次增大。肥力水平是影響土壤干層最終分布范圍的主要因素之一。綜合不同地區(qū)不同肥力水平下連作春玉米的產(chǎn)量、水分利用效率、肥料增產(chǎn)率、水分承載力、O～7m土壤濕度剖面分布情況，從增產(chǎn)和土壤水分可持續(xù)利用角度統(tǒng)籌考慮，在洛川連作春玉米的產(chǎn)量水平以5.25～5.54t/hm2為宜，相應(yīng)的施肥水平以N240～N300為宜，在長(zhǎng)武為5.25～5.45t/hm2，N240～N300，在延安相應(yīng)的適宜值分別為

6、4.26～4.58t/hm2，N180～N240，在壽陽(yáng)為2.34～2.74t/hm2，N120～N180。 (4)在1960～2000年模擬研究期間，洛川、長(zhǎng)武、延安、壽陽(yáng)連作冬小麥產(chǎn)量年平均值分別為2.77t/hm2、2.70t/hm2、1.97t/hm2、1.00t/hm2。水分利用效率和施肥增產(chǎn)率地區(qū)間差異均顯著，均表現(xiàn)為洛川>長(zhǎng)武>延安>壽陽(yáng)，同一地區(qū)內(nèi)隨施肥水平的提高水分利用效率增大。0～7m土層逐月土壤有效含水量，

7、洛川>長(zhǎng)武>延安>壽陽(yáng)，洛川土壤水分穩(wěn)定性好于長(zhǎng)武、延安和壽陽(yáng)。隨著施肥水平的提高，冬小麥田逐月土壤有效含水量平均值呈現(xiàn)波動(dòng)性降低趨勢(shì)，與N0相比N120、N150、N180、N210、N240分別減少111mm、110mm、219mm、220mm、220mm。土壤干燥化速度No、N120、N150、N180、NEro、N240依次增大，洛川、長(zhǎng)武、延安、壽陽(yáng)依次增大。綜合不同地區(qū)不同肥力水平下連作冬小麥的產(chǎn)量、水分利用效率、肥料增產(chǎn)率

8、、0～7m土壤濕度剖面分布情況，從增產(chǎn)和土壤水分可持續(xù)利用角度統(tǒng)籌考慮，在洛川、長(zhǎng)武、延安、壽陽(yáng)連作冬小麥適宜的施肥水平分別為N210～N240、N180～N210、N150～N180、N90～N120，相應(yīng)的產(chǎn)量水平分別為3.59～3.78t/hm2、3.24～3.38t/hm2、2.08～2.43t/hm2、0.69～0.89t/hm2。 (5)在1960～2000年模擬研究期間，在8種(R1～R8)麥玉輪作方式中，洛川、長(zhǎng)

9、武、延安和壽陽(yáng)均以R7平均產(chǎn)量最高，洛川、延安和壽陽(yáng)均以R7、長(zhǎng)武以R1經(jīng)濟(jì)效益最高。各地麥玉輪作田逐月土壤有效含水量均呈現(xiàn)波動(dòng)性降低趨勢(shì)。洛川、長(zhǎng)武、延安和壽陽(yáng)輪作方式R7、R2、R5和R7平均干旱脅迫天數(shù)最少，在麥玉輪作系統(tǒng)中冬小麥較玉米容易遭受干旱的威脅。綜合考慮作物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、0～7m土層逐月土壤有效含水量、土壤干燥化速度等因素，洛川、長(zhǎng)武、延安和壽陽(yáng)適宜的輪作方式分別為R7(春玉米→春玉米→春玉米→冬小麥)、R1(春玉米→