應(yīng)用DNDC模型和GIS技術(shù)研究區(qū)域氮肥管理的環(huán)境效應(yīng).pdf

1、集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用氮肥極大地提高了作物產(chǎn)量，但同時(shí)也帶來(lái)一系列環(huán)境問(wèn)題如溫室氣體排放、地下水硝酸鹽含量超標(biāo)、地表水體富營(yíng)養(yǎng)化等，因此要解決作物高產(chǎn)與環(huán)境污染之間的矛盾就需要對(duì)區(qū)域尺度上的氮素管理進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)當(dāng)前農(nóng)民不合理的氮肥管理方式，田塊尺度上已經(jīng)建立了一些氮肥優(yōu)化管理方式如氮肥總量控制技術(shù)、氮肥實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)等，然而田塊尺度的氮肥優(yōu)化管理技術(shù)能否推廣到區(qū)域，還需要對(duì)其農(nóng)學(xué)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；區(qū)域尺度上也已建立了基于GIS技

2、術(shù)同時(shí)考慮土壤養(yǎng)分的空間變異與作物養(yǎng)分需求規(guī)律的氮肥管理方法，然而目前的研究尚未對(duì)其環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。地處華北平原的山東省惠民縣是典型的集約化農(nóng)作區(qū)，氮肥過(guò)量施用已成為該縣當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的普遍問(wèn)題，地下水也已呈現(xiàn)不同程度的硝酸鹽污染。本文在建立惠民縣農(nóng)業(yè)環(huán)境信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將土壤、氣候、作物、田間管理等信息加以整合，研究了惠民縣的養(yǎng)分平衡狀況，并采用冬小麥田間試驗(yàn)的觀(guān)測(cè)結(jié)果對(duì)DNDC模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和校驗(yàn)，通過(guò)DNDC模型與GIS技

3、術(shù)相結(jié)合研究了傳統(tǒng)施氮、傳統(tǒng)施氮減氮30％、傳統(tǒng)施氮減氮50％、基于GIS的區(qū)域氮肥管理和總量控制的氮肥管理等5種措施下的農(nóng)學(xué)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，從而為制定合理的區(qū)域氮肥管理措施提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。主要結(jié)果如下： (1)建立了惠民縣農(nóng)業(yè)環(huán)境信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)地理、土壤、氣候、土地利用和農(nóng)田管理等信息的有效管理和統(tǒng)一調(diào)用，增強(qiáng)了獲取土壤、氮肥施用等空間變異信息的能力，為DNDC點(diǎn)位模型的校正和檢驗(yàn)提供田間觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，為DNDC區(qū)域

4、模型的運(yùn)轉(zhuǎn)提供輸入?yún)?shù)，并將農(nóng)學(xué)效應(yīng)與環(huán)境效應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果以專(zhuān)題圖形式進(jìn)行展示。 (2)25年來(lái)惠民縣種植結(jié)構(gòu)由以糧棉為主演變?yōu)橐约Z棉菜為主；全縣農(nóng)田氮盈余6089-19405 ta<'-1>，磷盈余159-7001ta<'-1>，鉀虧缺2532-6712 ta<'-1>；該縣土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷平均含量分別增加了57％、22％、303％，速效鉀平均含量則降低了6％。 (3)校正后DNDC模型模擬的作物產(chǎn)量、地上部生物

5、量、吸氮量和小麥?zhǔn)斋@后0-50cm土壤的無(wú)機(jī)氮含量與田間實(shí)測(cè)值得到很好的擬合，而DNDC模型的檢驗(yàn)項(xiàng)目中大部分與田間實(shí)測(cè)值取得較好一致，因此模型在結(jié)合惠民縣土壤的空間變異下可以用來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域不同氮素管理措施下的環(huán)境效應(yīng)。 (4)通過(guò)對(duì)DNDC模型進(jìn)行區(qū)域驅(qū)動(dòng)因子的靈敏性分析得知，在肥料變量中，除不施氮肥降低作物吸氮量外，氮肥用量的多少(90450 kgN hm<'-2>)對(duì)作物吸氮量不敏感，氮肥用量對(duì)N20排放、氨揮發(fā)和硝酸鹽淋洗

6、均敏感，同時(shí)與尿素相比，氮肥品種改為碳銨后降低了N<,2>O損失反而引起了硝酸鹽淋失的增加；在管理變量中，灌水系數(shù)對(duì)小麥吸氮量最敏感，而播種與收獲時(shí)間的改變對(duì)硝酸鹽淋失較敏感；在土壤變量中，粘粒含量和土壤質(zhì)地均對(duì)N<,2>O排放和氨揮發(fā)敏感，土壤初始無(wú)機(jī)氮含量對(duì)硝酸鹽淋失最為敏感，粘粒含量亦對(duì)硝酸鹽淋失敏感。 (5)在本研究設(shè)定的條件下，與傳統(tǒng)施氮相比，減氮30％、減氮50％、基于GIS的氮肥管理和總量控制施氮對(duì)惠民縣冬小麥產(chǎn)量

7、沒(méi)有影響，但分別節(jié)氮30％、50％、55％和56％；傳統(tǒng)施氮減氮3096和5096與基于GIS的氮肥管理及總量控制的氮肥管理等措施均能明顯改善當(dāng)前氮素對(duì)環(huán)境的污染，N20的排放量平均降低了39％-74％，NH<,3>揮發(fā)損失平均降低了43％-78％，NO<,3>-淋洗損失平均降低了32％-66％;傳統(tǒng)施氮、傳統(tǒng)施氮減氮30％、傳統(tǒng)施氮減氮50N、基于GIS的氮肥管理與總量控制的氮肥管理等5種管理措施下全縣小麥季的氮素平衡均表現(xiàn)為氮素盈余