农业小流域粮食产量与水环境质量协同提高途径
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘孝利 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 陈求稳 |
| 关键词 | 典型黑土区 农业小流域 流域精确管理 施肥空间精确调整 SWAT 模型 typical black soil region small agricultural watershed watershed precision management spatial precision adjustment of fertilization SWAT model |
| 其他题名 | Strategies for improving grain yield and cooperated with water environment quality in small agricultural watershed |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 随着人口持续增长和耕地资源的不断减少，世界粮食压力日益增强。化肥、农药高投入的增产方式成为目前提高作物产量的主要途径。然而，化肥和农药的大量施用所带来的土壤和水环境污染问题已经威胁到粮食安全和公民健康。因此，如何协同提高农业流域产量与资源利用效率以及水环境质量是农业可持续发展的研究热点。 本研究通过实地调查和实验站跟踪实验，建立农业产量模型，并与分布式流域水环境模型结合，通过情景模拟，研究产量稳定目标下的田间优化管理措施在资源利用及水环境质量协同提高上的效应。这些优化管理包括在实施农业生产各种管理措施时，考虑流域尺度环境要素的空间异质性，并根据环境要素的空间异质性对施肥、水资源投入、种植结构、轮作制度、农田除草等等农业活动进行精确的调整。 论文选择我国东北典型黑土农业区的海伦市吴家屯小流域为研究实例，将选取的农业小流域农田划为分岗地、坡地和洼地三类典型的异质景观，通过实地调研分别建立了岗地、坡地和洼地的产量与施肥量的统计模型，同时借助SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型为研究工具，通过情景模拟分析评价产量稳定前提下，化学肥料利用效率及流域水环境质量协同提高途径。 研究结果表明，岗地的大豆和玉米随施肥量增加的增产潜力要高于坡地和洼地，肥料的产量效率也以岗地为最高；同时产量的缓慢增加需要施肥量的指数增长为代价，尤其是坡地和洼地。可见，施肥量存在流域尺度空间调整的可能和需要。通过岗地施肥量的增加弥补坡地、洼地施肥量减少导致的产量下降，调整后在保障总产量稳定的前提下节约小流域（流域面积为12.9 km2）施肥总量的2.59％，SWAT 模型模拟结果显示，施肥空间调整后降低了流域出营养盐输出的总负荷，速效P，有机P，有机N，硝态N 的总输出量分别下降9.7％，2.5％，6.9％，5.6％。施肥空间调整一定程度上提高了坡地和洼地肥料投入的产量效率，坡地大豆和玉米田肥料的产量效率由施肥调整前的6.05 kg·kg -1、10.41 kg·kg -1 提高为调整后的6.52 kg·kg -1、10.64 kg·kg -1。洼地大豆和玉米田的肥料投入的产量效率则由施肥调整前的6.25 kg·kg -1 和9.61 kg·kg -1 上升到施肥空间调整后的6.59 kg·kg -1和10.47 kg·kg -1。岗地因增加施肥维持总产量稳定，产量效率有所下降，但下降不明显，施肥调整前大豆和玉米田的肥料产量效率分别为6.43 kg·kg -1、11.27kg·kg -1，调整后分别为6.31 kg·kg -1、11.12 kg·kg -1。 通过SWAT 模型模拟农田小流域营养盐输出空间分布特征发现，岗地农田的营养盐流失风险比坡地和洼地小，所以岗地农田比坡地和洼地农田更适合种植施肥量大的玉米。在施肥空间调整的基础上，进一步优化大豆和玉米的空间种植结构，模拟结果显示大豆播种面积增加5.83％，玉米播种面积下降5.78％，流域总产量增加了5.5％，而流域出口断面氮、磷流失量进一步的降低。对所选农业小流域三类典型景观位置的轮作制度进行空间优化调整，将岗地农田调整为“玉米-玉米-大豆”玉米连作的轮作模式，坡地农田侵蚀风险较大调整为“大豆-大豆-玉米”的大豆连作的轮作模式，洼地则采用“玉米-大豆-大豆”大豆连作的轮作模式。通过SWAT 模型分析发现，在施肥量空间调整参数不变的情况下，调整的轮作模式最佳，营养盐流失低于其他轮作模式。 通过本论文的管理措施研究和应用实例，得出：（1）流域尺度的施肥和作物种植结构空间优化以及轮作模式的调整是实现产量稳定、资源利用效率及水环境质量协同提高的有效途径和管理措施；（2）农业小流域产量与水环境模型的结合是研究调控途径的有效方法。 |
| 学科主题 | 产业生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-08-03 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/626]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘孝利. 农业小流域粮食产量与水环境质量协同提高途径[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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