原文链接：Sustainability | Free Full-Text | Simulating and Predicting Crop Yield and Soil Fertility under Climate Change with Fertilizer Management in Northeast China Based on the Decision Support System for Agrotechnology Transfer Model (mdpi.com)

摘要

气候变化和土壤退化对农业环境和作物生产的风险日益突出。基于土地资源的局限性，探索可持续有效的施肥策略，以降低风险，确保粮食高产和农业可持续发展具有重要意义。土壤肥力是耕地的基础，耕地是农业生产最重要的资源，也是维持农业可持续性的关键。土壤肥力的核心要素是土壤有机碳（SOC）和土壤氮（SN）。本研究基于中国沈阳基地36年的长期试验，应用农业技术转移-种植系统模型决策支持系统（DSSAT-CSM）和基于CENTURY的土壤模块，模拟了不同气候变化条件下作物产量、SN储量和SOC储量的变化趋势。施用了四种肥料：对照（CK）、氮磷钾（NPK）混合化肥（NPK）、氮磷钾肥（MNPK）和氮磷钾肥料加高施肥率（hMNPK）。结果表明，DSSAT模型可以充分模拟玉米和大豆的产量以及SN和SOC的动态库存。从联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第五次评估报告中选出了未来发展的三种代表性集中途径（RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5）。此外，还安装了基线。2016 年至 2100 年的作物产量、SN 和 SOC 储量是在四种气候情景（RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5 和基线）下估计的。部分处理的RCP情景降低了SN和SOC库存量以及玉米产量，对大豆产量没有影响。然而，氮磷钾与粪肥一起施用可以提高作物产量，同时显著增加SN和SOC储量。在某种程度上，可以通过施用肥料来减轻气候情景的负面影响。在RCP 4.5中，NPK、MNPK和hMNPK处理的玉米产量分别比基线下的NPK下降了14.8%、7.7%和6.2%。氮磷钾肥料加粪肥处理可以将气候变化导致的玉米减产减少一半。此外，RCP情景下化肥加粪肥处理的SOC储量和SN分别比基线下氮磷钾提高了20.2%–33.5%和13.7%–21.7%。得出的结论是，有机肥料和无机肥料的合理组合是维持粮食安全和缓解环境压力的可持续和有效的农业措施。