基于WNMM模型的潮土地区农田水氮优化管理

应用农田水氮管理模型(water and nitrogen management model,WNMM)模拟潮土水氮运移过程,以建立针对该地区气候环境和土壤性质的田间水氮优化管理方案。利用田间试验对WNMM模拟结果进行了校验,结果表明该模型能较好地模拟潮土地区的土壤水氮运移过程,农田蒸散量、土壤含水量和硝态氮含量的模拟值与实测值在α=0.01水平上相关显著,误差范围也令人满意。根据土壤实时水氮含量数据,建立了按作物生长亏缺动态调整灌溉、施氮的优化农田水氮管理方案。在多年平均气象条件下,与传统管理模式相比,优化管理模式不仅能为作物生长提供更好的土壤水肥条件,而且每年可节约灌溉水163.5mm、氮肥130kg.hm-2,减少土壤水渗漏264.6mm、氮素淋失71.1kg.hm-2。

不同管理模式下农田水氮利用效率及其环境效应

【目的】定量化不同水氮管理模式下的农田水氮利用效率和环境效应,为制定优化的水肥管理措施提供理论指导。【方法】在华北平原北部的冬小麦-夏玉米轮作区,设置了农民习惯和基于土壤水分养分实时监测的优化管理两种水氮管理模式。首先,应用田间系统的观测数据(2004年10月至2006年9月)对水氮管理模型进行了校验,然后应用校验后的模型计算得到了两种水氮管理模式下的作物产量、农田水分渗漏、氮素淋失、气体损失和水氮利用效率等。【结果】2年内农民习惯和优化管理下的灌水量差别不大,而优化管理的施肥量(540 kg N.hm-2)仅为农民习惯施肥量(1 100 kg N.hm-2)的一半。农民习惯和优化管理模式下的作物年平均产量分别为11 579和11 748 kg.hm-2;两者的水分利用效率分别为1.65和1.72 kg.m-3;氮素利用效率分别为15和24 kg.kg-1 N。氮素淋失和氨挥发是氮素损失的主要途径,农民习惯和优化管理下的氮素淋失分别为407和68 kg N.hm-2;氨挥发分别达到了282和104 kg N.hm-2。【结论】优化管理下的作物产量和水氮利用效率都高于农民习惯管理的,并且氮素损失明显低于农民习惯管理。因此,为了保证该地区的农业可持续发展,必须改进当前农民习惯的水氮管理措施。

不同降雨和灌溉模式对作物产量及农田氮素淋失的影响

【目的】定量化不同降雨和灌溉条件下农田氮素的淋失和作物产量,为不同降雨量年份的灌溉决策提供科学依据。【方法】在中国农业大学河北曲周实验站,依据该地40年(1966—2005)的气象资料,结合当地农民的习惯,设定了5种灌溉方式,即冬小麦季灌水3次,分别在越冬期、起身到拔节期和灌浆期,灌水量分别为:(A)无灌溉,(B)50 mm+50 mm+50 mm,(C)70 mm+70 mm+70 mm,(D)90 mm+90 mm+90 mm,(E)120 mm+120 mm+90 mm;夏玉米季灌水2次,分别在苗期和乳熟期,灌水量分别为:(A′)无灌溉,(B′)80 mm+0 mm,(C′)80 mm+70 mm,(D′)90 mm+80 mm,(E′)100 mm+100 mm。利用校验后的水氮管理模型,分析了不同降雨量和灌溉对氮素淋失和作物产量的影响。【结果】冬小麦产量随降雨和灌溉量的增加而增加。在综合考虑氮素淋失风险和作物产量的条件下,当降雨量<200 mm(发生概率87.2%)时,可采用D灌溉方式,相应氮淋失量为0—30.9 kg N·hm-2;当降雨量>200 mm(发生概率12.8%),可采用C灌溉方式,相应氮素淋失量为0.06—41.2 kg N·hm-2。夏玉米产量也随灌水量的增加而增加,但降雨和灌溉总量超过600 mm时,产量下降;按降雨量可分为<250 mm(发生概率17.9%)、250—450 mm(发生概率64.2%)、>450 mm(发生概率17.9%),分别采用D′、C′和B′的灌溉模式,相应的氮素淋失为0—7.3 kg N·hm-2,0—82.2 kg N·hm-2(其中84.2%的淋失水平为I级,淋失水平Ⅲ级只有5.3%)和0—61.6 kg N·hm-2(其中I级概率为86.8%,Ⅲ级只有2.6%)。【结论】不同降雨量采用不同的灌溉模式,既可以保证产量,又可以减少氮淋失。普通年份冬小麦季建议采用越冬期、起身到拔节期和灌浆期3次灌溉,每次灌水90 mm的模式。夏玉米季采用苗期和乳熟期灌溉,分别灌水80 mm和70 mm的模式。

高产粮区不同施肥模式下玉米季农田氮素损失途径分析

研究不同施肥模式下土壤氮素损失的途径,有助于制定合理的施肥措施.2009年在山东桓台典型高产粮区设置了4种施肥模式:对照(CK)、农民习惯(FP)、优化施肥(OPT)和控释肥(CRF),监测了土壤水氮动态和作物生长状况,采用水氮管理模型(WNMM)模拟了不同施肥模式下玉米季土壤的水分动态和氮素去向.2009年夏玉米季3个施肥处理的氮素淋失量占施肥量的比例范围为6%～18%,平均为12.7%,其中优化施肥处理的氮素淋失量最低,仅为14.5 kg.hm-2.氨挥发量所占的比例范围为5%～34%,平均为20.7%,其中控释肥处理的氨挥发量最低,仅为7.6 kg.hm-2.4个处理的氮素总损失量顺序为:FP处理>OPT处理>CRF处理≈CK处理.本研究表明在保证作物产量的前提下,优化施肥和施用缓控释肥均可以有效减少氮素损失,提高氮肥利用效率和保护生态环境.