北方旱作区春玉米水分生产力空间分异特征及其驱动机制研究

Water shortage is the principal limiting factor for food production in dryland farming area. Accordingly, achieving higher yield per unit of water is the most important challenges for this area. Clarifying the spatial heterogeneity and its driving mechanism is essential to the promotion of water productivity. In order to solve this problem, the water productivity of spring corn will be calculated based on the database from multi-plot long term experiments , the meteorological dates, and the management dates in this area. Also the main driving factors of water productivity, such as biology, soil, meteorology, and management technologies will be analyzed by means of statistical method and model simulation method. Through this study, we hope to check out the main driving forces and their driving mechanism of water productivity. At the same time we expect to quantify the degree of main factors affecting water productivity and to provide a theoretical basis for the promotion of water productivity in this region.

水资源短缺是制约北方旱作区粮食生产的“瓶颈”问题，提升区域作物水分生产力是旱作农业研究的重点。当前北方旱作区玉米水分生产力低，空间变异大，而造成区域作物水分生产力空间分异的主要驱动因子及其驱动机制不清楚。针对这一问题，本项目以北方旱作区春玉米为研究对象，基于区域多年多点田间试验资料，土壤、气象、生物（品种）和管理等数据，采用统计分析和模型模拟的方法，并结合GIS技术，紧紧围绕着玉米水分生产力（干物质累积和农田耗水）与生物、土壤、气象和管理技术等因素的动态匹配关系进行研究。以期探明北方旱作区玉米水分生产力空间分异特征和提升潜力，查明玉米水分生产力空间分异的主要驱动因子及其作用机制，并定量主要因子对玉米水分生产力提升的限制程度，为不同类型区采取针对性措施，克服关键障碍因子，提升区域水分生产力提供理论依据。

北方旱作区作物水分生产力低，空间变异大，而造成区域水分生产力空间差异的驱动机制不清楚。针对这一问题，本项目以北方不同旱作类型区春玉米为研究对象，基于区域多点多年田间试验数据、土壤、气象和管理数据，采用统计分析和模型模拟的方法进行了系统研究。获得如下结论：. 探明了北方旱作区旱地玉米产量和水分利用效率的变化特征和提升潜力。玉米产量在年降水量<350 mm区域显著降低，其它区域差异不显著；玉米WUE在低降水和高降水区域显著降低。目前生产条件下北方旱作区玉米产量可获得产量为13149 kg/ha，平均产量仅实现了产量潜力的53.4%，仍有近1倍的提升空间；玉米WUE最大可实现34.2 kg/ha.mm，而平均为19.1 kg/ha.mm，仅实现了其潜力值的56.6%。造成作物产量差异的主要原因是土壤供水不足、肥料投入偏低、土壤供肥能力差以及技术应用率低。. 明确了影响玉米产量和水分利用效率变化的主要原因。作物产量、WUE区域间的差异主要受ET影响。不同区域化肥投入和土壤供肥能力的不均衡也导致了作物产量的差异。栽培技术的进步是推动作物产量和WUE提升的重要因素。地膜覆盖、秸秆覆盖、免耕、深松、平衡施肥等技术均对作物产量和WUE具有较好的提升效果，且多数技术在降水较低区域更优。. 定量了水肥对玉米产量的限制程度与过程。不同降水区域水分亏缺对玉米产量的限制程度达12.0-48.7%；养分不足对玉米产量限制程度平均为16.5%，不同区域变化范围在15.1-17.4%之间。干旱造成的水肥不协调也是影响玉米生长发育的重要因子。有效降低土壤蒸发、协调水肥关系、提升土壤供肥能力和加强技术应用是北方旱作区作物产量和水肥效率进一步提高的主要途径。