基于农田土壤磷肥力预测的我国磷养分资源管理研究

论文摘要

以长期定位试验数据为基础，模拟和验证田块尺度土壤磷肥力预测模型，找出影响土壤磷肥力变化的关键参数，结合我国国家农业统计数据，预测国家尺度有效磷现状，明确我国保证土壤磷肥力水平维持在合理范围的未来磷肥需求。通过对我国农田土壤磷平衡驱动因子及典型区域化肥对面源污染贡献分析，探讨使我国磷肥消费在总量控制的前提下实现区域优化配置的理论依据。主要研究结果如下： （1）根据北京昌平褐潮土长期定位试验站数据，对国外应用较为成熟的土壤肥力预测模型（PMPD）的主要参数进行调整，并用河南郑州潮土长期定位试验数据对其进行模拟和验证。预测值与实测值之间呈极显著相关关系，相关系数达到0.848。 （2）对我国7个典型土壤长期定位试验结果中土壤磷素平衡和有效磷变化相关关系的研究表明，土壤磷素盈亏会对有效磷库产生影响，我国吉林黑土、重庆紫色土、湖南旱地红壤、陕西黄土、新疆灰漠土、河南潮土和北京褐潮土等7种土壤上磷平衡和有效磷变化呈显著相关关系；每100kg hm-2磷素累积可分别使新疆灰漠土、北京褐潮土、河南潮土、湖南旱地红壤、陕西黄土、重庆紫色土和吉林黑土的土壤有效磷增加1.44，1.60，2.60，2.75，3.53，4.44和5.74 mg kg-1。 （3）通过典型农业土壤上磷收支平衡和有效磷消长关系的分析，结合土壤类型所占耕地面积比例，获得预测我国主要农田土壤中有效磷变化模型的参数，即每100kghm-2磷盈余平均可使我国农田土壤有效磷水平提高约3.1mg kg-1。根据1980年到2003年我国农田土壤平均磷素累积盈余量计算出目前农田土壤有效磷水平约为19 mg kg-1左右。要在今后的三十年内使我国土壤有效磷水平提高并维持在40 mg kg-1左右，我国未来磷肥用量的上限应为1250万t，并最终稳定在1050万t左右。 （4）结合GIS平台对1996及2002年我国县域农田土壤磷平衡状况分析结果表明，全国农田土壤磷平衡存在很大的时空变异。1996年及2002年县域农田土壤磷盈亏范围分别为-20～425 kg hm-2及-17～450 kg hm-2。农田土壤磷盈余量在20～50 kg hm-2的县市占全国总县市的比例从1996年的34.2％下降到2002年的24.1％，而磷盈余量在50～100 kg hm-2的县市所占比例从29.3％增加到33.4％，农田土壤磷盈余量在6年间普遍提高了一个等级。区域尺度上，化肥磷投入是影响磷平衡空间分异的直接因素，而有机肥的影响不明显；种植业结构变化是影响磷平衡时空变化的间接因素；农业收入是经济欠发达地区影响磷肥投入的主要原因之一。 （5）对东北地区化肥施用现状及土壤氮、磷养分平衡的分析结果表明，从时空尺度来看，三省农田氮磷盈余呈现逐年增长趋势，农业面源污染的潜在威胁不容忽视；不

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 磷肥生产、消费
• 1.1.1 磷肥生产
• 1.1.2 磷肥消费
• 1.1.3 政策对国外磷肥生产消费的影响
• 1.1.4 磷肥需求预测
• 1.2 农田磷素管理的指标和方法
• 1.2.1 土壤测试值
• 1.2.2 土壤磷环境阈值
• 1.2.3 磷指数
• 1.2.4 磷养分平衡
• 1.3 土壤磷肥力
• 1.3.1 土壤磷肥力变化
• 1.3.2 磷肥驱动土壤有效磷变化的理论研究
• 1.3.3 土壤磷肥力预测模型
• 第二章 研究思路和主要内容
• 2.1 立题依据
• 2.2 研究思路和技术路线
• 2.3 研究内容
• 2.3.1 田块尺度土壤磷肥力预测机理模型的建立
• 2.3.2 磷素累积对我国典型土壤有效磷库的影响
• 2.3.3 从土壤肥力变化预测我国未来磷肥需求
• 2.3.4 基于 GIS的我国农田土壤磷平衡现状及驱动因子分析
• 2.3.5 基于 GIS的东北地区农田土壤磷平衡及其对面源污染的贡献
• 第三章 田块尺度土壤磷肥力预测机理模型
• 3.1 模型原理
• 3.2 模型运算法则
• 3.3 用于参数计算和模型校验的试验地概况
• 3.3.1 中国农业大学北京昌平试验站
• 3.3.2 河南郑州试验站
• 3.4 模型参数计算
• 3.5 对模型参数的校验
• 3.6 小结
• 第四章 长期施用磷肥对我国典型土壤有效磷库的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验点概况
• 4.1.2 磷平衡与有效磷变化的计算方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 作物产量
• 4.2.2 磷平衡
• 4.2.3 有效磷变化
• 4.2.4 磷平衡与有效磷变化的相关关系
• 4.3 讨论
• 第五章 从土壤肥力变化预测我国未来磷肥需求
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 土壤有效磷预测模型的建立方法
• 5.1.2 未来磷肥需求的预测方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 有效磷预测模型中有效磷随磷平衡增减的变化量
• 5.2.2 我国农田土壤磷平衡及有效磷现状
• 5.2.3 对未来磷肥需求的预测
• 5.3 讨论
• 5.3.1 预测参数的率定
• 5.3.2 目前的预测方法及结果比较
• 5.3.3 发达国家磷肥消费变化情况对我国的启示
• 5.3.4 我国磷肥工业的发展
• 第六章 基于GIS的我国农田土壤磷平衡现状及驱动因子分析
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 基础数据
• 6.1.2 磷平衡的计算方法
• 6.1.3 区域表示方法
• 6.1.4 农业产值分级方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 我国农田土壤磷平衡的历史变化
• 6.2.2 时间尺度上影响农田土壤磷平衡变化的因子
• 6.2.3 磷平衡的空间变异
• 6.2.4 影响磷投入空间变异的驱动因子
• 6.3 讨论
• 6.3.1 有机肥利用率有待加强
• 6.3.2 空间变异及其原因
• 6.3.3 技术和政策措施
• 第七章 东北地区农田土壤氮磷平衡及其对面源污染的贡献
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 基础数据
• 7.1.2 氮、磷平衡的计算方法
• 7.1.3 区域表示方法
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 东北地区化肥施用状况及土壤氮、磷平衡
• 7.2.2 东北地区化肥施用状况对农业面源污染的贡献
• 7.3 讨论
• 7.3.1 综合农业体系
• 7.3.2 经济作物的合理施肥
• 7.3.3 水源保护区的面源污染控制
• 7.4 结论
• 第八章 结论与展望
• 8.1 综合讨论
• 8.1.1 土壤肥力变化的预测与调控
• 8.1.2 高产与环境协调的农田养分管理
• 8.1.3 磷肥预测
• 8.1.4 区域差异
• 8.2 结论
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介