黃土高原北部半干旱區(qū)旱作糧田土壤干燥化規(guī)律與土壤水分承載力模擬研究.pdf

1、在我國(guó)黃土高原北部半干旱區(qū)，由于氣候持續(xù)干旱少雨，旱作糧田土壤干燥化和因旱減產(chǎn)現(xiàn)象普遍發(fā)生，嚴(yán)重影響了旱作農(nóng)田糧食生產(chǎn)的長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。在早作糧田產(chǎn)量調(diào)查和土壤水分野外測(cè)定的基礎(chǔ)上，應(yīng)用美國(guó)研制的環(huán)境政策綜合氣候模型-WinEPIC，定量模擬和分析了不同肥力水平下春小麥、春玉米、馬鈴薯的產(chǎn)量和深層土壤水分動(dòng)態(tài)變化，評(píng)價(jià)了早作糧田的生產(chǎn)力穩(wěn)定性和不同肥力水平下土壤干燥化效應(yīng)，探索了與當(dāng)?shù)亟邓疇顩r相適應(yīng)、有利于土壤水分可持續(xù)利用的土壤水分

2、承載力與施肥水平，為黃土高原北部半干旱區(qū)糧食生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。研究取得主要進(jìn)展如下： (1)野外實(shí)地測(cè)定結(jié)果表明，隨著旱作糧田產(chǎn)量的提高，農(nóng)田深層土壤濕度逐漸降低，土壤干層逐漸加深和加厚。黃土高原半干旱區(qū)固原、定西和海原各類農(nóng)田0～600cm土層土壤濕度平均值為分別為1 1.46％、14.37％和8.27％，除固原低產(chǎn)馬鈴薯地外，其它各類農(nóng)田土壤濕度均明顯低于其土壤穩(wěn)定濕度值，均發(fā)生了不同程度的土壤干燥化現(xiàn)象。

3、 (2)組建了固原、榆林、海原等研究區(qū)的逐日氣象要素序列、土壤剖面理化性狀、作物生長(zhǎng)參數(shù)等WinEPIC模型數(shù)據(jù)庫(kù)。模型驗(yàn)證結(jié)果表明，WinEPIC模型能夠較為精確地模擬黃土高原不同肥力水平下大田作物產(chǎn)量和深層土壤水分變化動(dòng)態(tài)。在模擬研究中，3個(gè)地區(qū)4種肥力處理均為：無(wú)肥(N0kg/hm2，P2O50kg/hm2)、低肥(N 60 kg/hm2，P2O5 30 kg/hm2)、中肥(N 90kg/hm2，P2O5 45kg/hm

4、2)和高肥(N 120kg/hm2，P2O5 60kg/hm2)。 (3)在1960～2000年模擬研究期間，在無(wú)肥、低肥、中肥和高肥等4種施肥水平下，固原連作春玉米的產(chǎn)量平均值分別為1.709、2.353、2.644和2.782t/hm2，春小麥的產(chǎn)量平均值分別為1.439、2.067、2.460和2.669t/hm2，不同肥力水平下春玉米產(chǎn)量穩(wěn)定性明顯低于連作春小麥。固原春玉米和春小麥隨肥力水平的提高和作物連作年限延長(zhǎng)，農(nóng)田

5、土壤干層逐年加深和加厚，0～7m土層逐月土壤有效含水量均呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)性降低趨勢(shì)，模擬初期1～4年農(nóng)田土壤干燥化趨勢(shì)十分強(qiáng)烈，此后長(zhǎng)期在較低水平上隨降水量變化而波動(dòng)。黃土高原半干旱區(qū)固原適宜于種植春小麥，春小麥田土壤水分承載力介于低肥和中肥處理之間(2.067～2.460t/hm2)，肥力水平為N 60～90 kg/hm2和P2O530～45kg/hm2。 (4)在1960～2000年模擬研究期間，無(wú)肥、低肥、中肥和高肥等4種施

6、肥水平下，榆林連作春玉米的產(chǎn)量平均值分別為1.148、1.584、1.737和1.843t/hm2，春小麥的產(chǎn)量平均值分別為0.943、1.486、1.702和1.873t/hm2，連作春玉米產(chǎn)量穩(wěn)定性明顯差于連作春小麥。在41年模擬研究期間，無(wú)肥、低肥、中肥和高肥施肥條件下連作春玉米和春小麥均隨肥力水平的提高和作物連作年限延長(zhǎng)，農(nóng)田土壤干層逐年加深和加厚。從作物產(chǎn)量穩(wěn)定性、土壤干燥化程度和農(nóng)田土壤水分可持續(xù)利用角度統(tǒng)籌考慮，黃土高原榆

7、林適宜于種植春小麥，春小麥田土壤水分承載力介于無(wú)肥和低肥處理之間(0.943～1.486t/hm2)，肥力水平N 0～60 kg/hm2和P2O5 0～30 kg/hm2。 (5)在1960～2000年模擬研究期間，在無(wú)肥、低肥、中肥和高肥等4種施肥水平下，海原連作春小麥的產(chǎn)量平均值分別為1.144、1.589、1.852和2.008t/hm2；在1960～1979年模擬研究期間馬鈴薯產(chǎn)量平均值分別為8.329、8.434、8.

8、886和10.198 t/hm2，馬鈴薯產(chǎn)量波動(dòng)性明顯大于春小麥。海原連作春小麥田和馬鈴薯田，隨肥力水平的提高和作物連作年限的延長(zhǎng)，農(nóng)田土壤干層逐年加深和加厚，0～7m土層逐月土壤有效含水量均呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)性降低趨勢(shì)，模擬初期1～3年農(nóng)田土壤干燥化趨勢(shì)十分強(qiáng)烈，此后長(zhǎng)期在較低水平上隨降水量變化而波動(dòng)。黃土高原海原春小麥田土壤水分承載力介于低肥和中肥處理之間(0～1.144t/hm2)，適宜的施肥范圍為N 0 t/hm2和P2O5 0 t

9、/hm2。馬鈴薯土壤水分承載力介于無(wú)肥和低肥處理之間(8.329～8.434 t/hm2)，適宜的施肥范圍為N0～60 t/hm2和P2O5 0～30 t/hm2。 (6)在1960～2000年期間，固原、榆林、海原年降水量平均值分別為438.2、387.8、380.6mm，從固原、榆林、海原依次降低，并均呈現(xiàn)出波動(dòng)性下降趨勢(shì)。41年模擬研究期間，固原、榆林、海原連作春小麥產(chǎn)量模擬值均隨降水量呈現(xiàn)波動(dòng)性降低趨勢(shì)，其平均值分別為2

10、.067、1.486和1.589 t/hm2。隨春小麥連作年限延長(zhǎng)，農(nóng)田土壤干層逐年加深和加厚，模擬初期土壤干燥化趨勢(shì)十分強(qiáng)烈，此后當(dāng)土壤干層達(dá)到穩(wěn)定后，麥地0～7m土層土壤有效含水量長(zhǎng)期在較低水平上隨降水量變化而波動(dòng)。固原、榆林、海原連作春小麥地高肥處理下土壤干層分別在連作第8年、第7年和第6年后均達(dá)到2～3m土層，已不隨降水發(fā)生年度變化，只有0～2m土層土壤濕度隨降水量發(fā)生年際變化。與固原相比，榆林和海原連作春小麥產(chǎn)量較低，產(chǎn)量波動(dòng)