气候变化和水肥管理措施对天山北坡农田净初级生产力的影响

　　 摘要:

新疆天山北坡是我国西北干旱区重要的农业生产基地,近年来受到气候变化和水肥管理措施影响强烈。该地区气候整体上呈现出"暖湿化"的特征,同时水肥管理措施不断优化,使得农田生态系统生产力发生明显变化。在此背景下,深入揭示气候变化与水肥管理措施对农田生态系统的耦合作用机制,并确定科学的水肥管理措施以适应气候变化给干旱区农田带来的影响,对保障区域粮食安全与发挥农业大国的优势具有重要意义。基于Biome-BGC MuSo模型,将天山北坡主要农作物生理生态参数、管理模块参数本地化,揭示1979-2018年天山北坡农田生态系统NPP的时空分布特征,量化气候变化与水肥管理措施对NPP的相对贡献,探究NPP对不同灌溉、施肥措施的响应。结果表明:(1)1979-2018年天山北坡农田生态系统NPP以2011年为分界点先增后减,多年平均值为0.409 kg C m^-2 a^-1。NPP高值区主要位于奇台县南部以及温泉县等,以玉米、小麦种植为主;低值区较为分散,在乌苏市北部、沙湾县、玛纳斯县等均有分布,以棉花种植为主。(2)气候变化和管理措施对天山北坡农田生态系统NPP的相对贡献率分别为38.75%、61.25%,并且科学的管理措施能够有效放大气候变化对NPP的正向作用、缓解气候变化的负面影响。(3)玉米、小麦、棉花NPP随灌溉量和施肥量的增加先上升后趋于不变,灌溉量475 mm和施肥量236 kg/hm²(基准量的1.3倍)构成水肥管理最优组合,超出此阈值农作物NPP增幅明显减弱。研究结果可为干旱区农田生态系统应对气候变化、维持区域可持续发展提供理论参考。