摘要
小麦作为中国主要粮食作物之一，其年生产量对国家粮食安全和社会稳定至关重要。为确保小麦产量能满足未来粮食需求，应了解小麦的产量潜力，分析实际产量与其的差距，并探究缩小产量差的途径。旱地小麦是我国小麦的重要组成部分，提高旱地小麦单产对缩小产量差至关重要。有机物料还田能改善土壤肥力，是提高旱地小麦产量的有效途径。因此，本研究基于DSSAT模型估算我国主要麦区小麦产量差和2030年我国小麦供需平衡。通过长期定位试验，研究氮肥减施条件下绿肥翻压和增施生物炭对西北旱地冬小麦产量和土壤培肥的影响，并基于DSSAT模型评估综合措施对冬小麦产量的影响，为在西北旱地模拟综合措施对小麦产量的影响提供依据。主要研究结果如下： （1）全国小麦平均潜在产量为9.6 t ha-1，农民实际产量为5.7 t ha-1，产量差为3.9 t ha-1。潜在产量在空间分布上表现为自北向南递减，自西向东递增的趋势。其中，华北地区潜在产量最高，为10.2 t ha-1，东北地区潜在产量最低，为6.9 t ha-1。长江中下游地区产量差最大，为4.4 t ha-1，东北地区产量差最低为3.2 t ha-1。在旱作和灌溉小麦产量提升到其潜在产量的 64%之前，中国小麦总产量的提升可依靠旱作小麦产量的增加达到。通过不同情景分析，在耕地面积不变的情况下，若当前实收产量提升到潜在产量的62%，到2030年中国小麦产量能够自给自足；在耕地面积减少10%的情况下，小麦产量提升至潜在产量的68%，才可维持供需平衡。 （2）西北旱地的长期定位试验结果表明，对于土壤有机碳含量而言，与农户习惯相比，绿肥翻压使0~20 cm和20~40 cm的SOC含量分别提高12.9%和10.1%。与氮肥减施相比，绿肥翻压使0~20 cm的SOC含量提高12.3%，但增施生物炭使20~40 cm的SOC含量显著降低8.6%。与农户习惯相比，增施生物炭和绿肥翻压分别提高籽粒产量14%和12%。对于养分累积量而言，与农户习惯相比，绿肥翻压使籽粒氮、磷累积量分别提高16.8%和19.9%，增施生物炭使籽粒的氮、磷和钾累积量分别提高15.9%、4.8%和 17.8%；绿肥翻压和增施生物炭使氮素收获指数分别提高 11.6%和 9.5%。与农户习惯相比，绿肥翻压和增施生物炭使氮肥偏生产力分别提高45.5%和31.5%。增施生物炭和绿肥翻压是提高旱地土壤有机质含量、增加旱地小麦籽粒产量和地上部养分吸收量的关键途径。 （3）DSSAT 模型经过校验后能较好的模拟西北旱地综合措施下的冬小麦籽粒产量。通过2个统计指标（RMSE和ARE）比较了每个输出变量的模拟性能。校准后各处理模拟值和实测值在籽粒产量上 RMSE 的范围为 0.19~0.38 t ha-1，ARE 范围为3.8%~8.4%，均小于10%，说明模拟效果极好。验证时，农户习惯、氮肥减施、绿肥翻压和增施生物炭籽粒产量的ARE值均小于20%，模拟效果较好，说明模型对籽粒产量的模拟效果较好。模拟和观测的开花期与成熟期之间的一致性表明，该模型能够准确捕捉作物生长阶段的变化。 综上所述，在2030年，耕地面积不变时，通过提高旱地小麦产量能够实现我国粮食自给自足；耕地面积降低10%时，小麦产量需提升至潜在产量的68%，才可维持供需平衡。绿肥翻压和增施生物炭能够提高旱地冬小麦产量，改善表层土壤肥力。而DSSAT模型西北旱地综合措施下的冬小麦产量模拟效果较好，为今后模拟长期综合措施对产量的影响提供支持。
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