华北平原小麦-大豆旱作体系生产力及可持续性

旱作农业面积覆盖全球80％的耕地，但总产出却只占60％。旱作农业生产力低有很多原因，通常与土壤肥力退化、水和养分的投入以及水肥管理有关。预测表明，2050年全球粮食产量必须翻一番，以满足预期的90-100亿人口，其中大部分增长则要来自旱作农业。实现这一产能目标将加大对土地，淡水和养分资源的压力。在全球气候变化影响下，未来可能会发生更多的极端天气事件，如干旱等。这迫使我们必须高效利用有限的土地及水肥资源。

华北平原是中国最重要的粮食产区，生产占全国约50％的主粮（主要是小麦和玉米）。小麦-玉米轮作或者小麦-大豆轮作较普遍。水是作物产量的重要限制因子之一，尤其是对于轮作系统，因为两季作物的需水量通常要比一季作物需水量大。目前，在华北平原地区，冬小麦种植面积70％依靠灌溉，而且主要是通过地下水灌溉，这直接导致了严重的地下水枯竭（平均每年下降1米）。然而，在旱作条件下，轮作体系是否可持续仍然缺乏深入和系统的研究。

最近，覃伟、王道中、郭熙盛、杨太明和Oene Oenema通过长期定位实验和模型，量化了一系列因素包括降雨、施肥（NPK）管理、以及土壤改良方案（添加秸秆和有机肥）等对产量的影响，该论文发表在《科学报告》杂志上。研究结果表明，施肥处理的小麦和大豆产量分别是不施肥处理（CK）的5和2.5倍。施肥处理的作物产量随年份呈现增加趋势，而在CK中则逐年减少。“NPK +有机肥”的增产效果要高于“只有NPK”或“NPK +秸秆”处理。有机肥的附加效果可能是由于钾（K）和其他微量元素的增加。模型模拟结果表明，小麦产量仍受降雨的限制，通过土壤覆盖可提高产量15％，通过灌溉（滴灌）则可提高35％。结论，与单施化肥比较，化肥与有机肥结合能更有效维持作物高产。但有机肥常年的施用也导致氮磷钾的土壤积累和相对较低的氮磷钾利用效率。随着小麦产量的不断增加，作物缺水也将日益凸显，在旱作条件下，未来对于土壤覆盖的需求有可能增加。（来源：科学网）