华北平原多目标约束下冬小麦最优施氮量

摘要

农田氮素管理不当导致水体污染、土壤结构破坏和全球变暖等环境问题。从经济与生态环境各方面探讨华北平原冬小麦的最优施氮量可为粮食生产及区域农业生态保护提供重要的科学参考。本文利用华北平原9个站点1981—2017年的逐日气象数据及冬小麦物候和产量观测资料,借助CERES-Wheat模型,基于5个约束指标(产量、氮肥偏生产力、氮素吸收、增产-节氮权衡和环境-经济效益)和施氮量的关系曲线,揭示华北平原冬小麦在不同约束条件下的最优施氮量。结果表明:华北平原各站点基于不同目标约束所得的最优施氮量有所不同,其大小顺序为氮素吸收>产量>环境-经济效益>增产-节氮权衡>氮肥偏生产力,且各地区最优施氮量的参考值也存在一定的空间差异。通过对粮食安全与生态友好的综合考量,本研究认为增产-节氮权衡和环境-经济效益约束条件下的最优施氮量能够实现经济效益和生态效益的统一,是较合理的区域施氮参考,该条件下最优施氮量分别为173 kg∙hm^(-2)和190 kg∙hm^(-2),比当前华北平原农民实际施氮水平分别减少约47%和42%,可以作为冬小麦种植施氮的区域参考值。该目标约束下最优施氮量的低值主要分布在Ⅱ区和Ⅳ区,分别为150 kg∙hm^(-2)和170 kg∙hm^(-2),Ⅰ区和Ⅲ区则相对较高,最优施氮量分别为200 kg∙hm^(-2)和225 kg∙hm^(-2),原因可能在于长期施氮降低土壤有机碳含量,进而影响土壤供氮能力。