基于华北地区44个气象站点1981-2020年气象、土壤和作物数据,利用农业生产系统模型(Agricultural Production Systems sIMulator,APSIM)模拟华北春玉米一年一熟和冬小麦-夏玉米一年两熟的产量、CO_(2)和N2O排放量,解析与春玉米一年一熟种植制度相比冬小麦-夏玉米一年两熟种植制度在周年产量提高的同时温室气体排放量的变化;在此基础上,利用APSIM模型模拟不同水氮管理措施下冬小麦-夏玉米产量和温室气体排放量,并计算氮肥农学效率和水分生产力,采取归一化方法明确各处理达到高产、高效和低排多目标协同效果的主体种植制度应对气候变化的水氮智慧管理措施,以及定量气候变化背景下华北地区不同种植制度对温室气体排放量和排放强度的影响程度,明确不同水氮管理措施下周年产量、资源利用效率和温室气体排放量的空间差异性,为华北主体种植模式智慧应对气候变化提供科学依据。结果表明:(1)1981-2020年研究区域春玉米、冬小麦-夏玉米周年单位面积温室气体排放量分别为0.48×10^(4)~1.65×10^(4)kg CO_(2)-eq·hm^(-2)和2.36×10^(4)~4.11×10^(4)kg CO_(2)-eq·hm^(-2),冬小麦-夏玉米较春玉米温室气体排放量增加了406.7%;(2)1981-2020年研究区域春玉米、冬小麦-夏玉米温室气体排放强度分别为0.08~0.35kg CO_(2)-eq·kg^(-1)和0.19~0.47kg CO_(2)-eq·kg^(-1),冬小麦-夏玉米较春玉米增加了153.8%;(3)随着冬小麦灌溉量增加,冬小麦-夏玉米周年产量和温室气体排放量均呈增加趋势,且灌溉时期对周年产量和温室气体排放量无明显影响;(4)各作物氮肥施用量在0~225kg·hm^(-2)区间时,冬小麦-夏玉米的产量和温室气体排放量随着施氮量的增加而明显增加;施氮量达到225kg·hm^(-2)之后随着施氮量增加周年产量无显著变化,但温室气体排放量显著增加。针对冬小麦-夏玉米一年两熟种植制度采取适宜的灌溉模式和施氮量,可实现周年较高产量且温室气体排放量相对较低。
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