摘要：［目的］北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)長期面臨水氮管理混亂和片面追求高產(chǎn)的問題，基于不同生產(chǎn)目標(biāo)優(yōu)化水氮耦合方案，對建立燕麥綠色高效生產(chǎn)體系具有重要意義。［方法］選擇北方農(nóng)牧交錯帶為研究區(qū)域，基于北方農(nóng)牧交錯帶典型站點（河北省張家口市張北縣）開展的燕麥水氮耦合大田試驗數(shù)據(jù)校正APSIM-Oat 模型，基于充分校正的AP?SIM-Oat 模型在區(qū)域尺度上推薦該地區(qū)燕麥不同生產(chǎn)目標(biāo)的最優(yōu)水氮耦合方案。［結(jié)果］北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)燕麥不同生產(chǎn)目標(biāo)下水氮投入差異較大，W90N150 （灌溉90 mm，施氮量150 kg·hm-2）或W120N150 組合（灌溉120 mm，施氮量150 kg·hm-2）情景下燕麥產(chǎn)量最高，1780～3190 kg·hm-2，東部和中部地區(qū)高于西部地區(qū)。降低水氮投入可進一步提高氮肥利用效率，獲得最高氮肥利用效率的水氮耦合方案為W30N30 （灌溉30 mm，施氮量30 kg·hm-2），最高氮肥利用效率區(qū)域平均值為33. 7 kg·hm-2·kg-1，東部氮肥利用效率高于中部和西部地區(qū)。降低灌溉投入，保持氮肥投入燕麥可獲得最大收益，W60N150 （灌溉60 mm，施氮量150 kg·hm-2）或W90N150 組合（灌溉90 mm，施氮量kg·hm-2）情景下燕麥?zhǔn)找孀罡?，?940～6700 元·hm-2，中部地區(qū)種植燕麥?zhǔn)找娓哂跂|部和西部地區(qū)。［結(jié)論］與獲得最高產(chǎn)量水氮投入相比，減少灌溉（降低60～90 mm）和氮肥（降低120 kg·hm-2）可獲得最高氮肥利用效率；施氮量保持不變，灌溉投入降低30～60 mm，可獲得最高收益。

關(guān)鍵詞：燕麥； 產(chǎn)量； 灌溉； 氮肥利用效率； 收益

中圖分類號：S512.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-8151（2024）06-0001-11

農(nóng)業(yè)用水占淡水總消耗量60% 以上，水資源不足是北方旱作區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要限制因子［1-2］。優(yōu)化灌溉方案可有效提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率，是緩解我國農(nóng)業(yè)用水不足的主要措施［3-5］。氮肥是影響作物生長的另一主要因子［6］。氮肥不足或過量均對作物發(fā)育造成負面影響，降低產(chǎn)量和品質(zhì)［7-9］。中國氮肥投入與作物需求嚴(yán)重失衡，1990 年以來中國氮肥投入總量增長158%，而作物總產(chǎn)僅提升70%［10］。過量施用氮肥不僅造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提升，同時加劇環(huán)境污染［11］。因此，優(yōu)化氮肥施用對保證作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高氮肥利用效率和降低環(huán)境污染具有積極作用。前人研究表明，灌溉和氮肥存在交互作用，適宜的灌溉方案可提升氮肥利用效率和作物產(chǎn)量［12］。因此，最優(yōu)施氮方案隨著灌溉方案的變化而變化。

燕麥?zhǔn)侨蚍秶鷥?nèi)普遍認(rèn)知的具有保健作用的作物，其在降低人體脂肪率和控制糖分等方面具有積極作用［13］。燕麥對干旱抗性強且對不同環(huán)境適應(yīng)性較強，是我國生態(tài)交錯區(qū)主要的糧食作物兼飼料作物［14］。籽粒燕麥年生產(chǎn)面積穩(wěn)定在37 萬hm2，年總產(chǎn)量在54. 6 萬t 左右，全球范圍內(nèi)排名第八［15］。北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)氣候冷涼，適宜燕麥生長，是我國燕麥主產(chǎn)區(qū)，該區(qū)燕麥總產(chǎn)占全國燕麥總產(chǎn)70% 以上［16］，燕麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)糧食安全具有重要意義。

不同地區(qū)燕麥需水量和需水強度差異較大，研究表明北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)燕麥生育期需水量在300～500 mm［17］。農(nóng)牧交錯帶地區(qū)作物生長季降水量小于400 mm［18］，水分短缺嚴(yán)重限制該地區(qū)燕麥生產(chǎn)。優(yōu)化水氮耦合方案是提高作物水分利用效率的有效措施［19］。前人研究表明合理的水氮耦合方案顯著提升燕麥產(chǎn)量［20］、水分利用效率［21］、光合速率［22］和酶活性［14］等。水氮投入是決定燕麥?zhǔn)找娴闹匾蜃?，前人研究表明?yōu)化水氮耦合方案可進一步提升種植燕麥的經(jīng)濟收益［20］。然而，獲得最高產(chǎn)量、最高水氮利用效率和最高收益條件下水氮投入具有哪些差異鮮有研究。

前人主要采用大田試驗和統(tǒng)計模型的方法制定單點尺度最優(yōu)灌溉和施肥方案。進行田間試驗需投入大量的人力、物力和財力，同時受到試驗?zāi)攴莸闹萍s，并且站點尺度的試驗結(jié)果在區(qū)域尺度上不具備代表性［23］。統(tǒng)計模型機理性差，并且建模所需的數(shù)據(jù)量大［24］。作物模型具備模擬氣候-土壤-管理耦合對作物生長影響的能力，在制定不同區(qū)域作物最適灌溉和施肥方案研究方面廣泛應(yīng)用［25］。APSIM-Oat 模型是作物生長機理模型的典型代表，主要特點是注重土壤過程，如土壤水、氮、有機質(zhì)以及土壤氮和土壤水分運動密切相關(guān)的地表留茬問題。本研究選擇APSIM-Oat 模型為研究工具，針對農(nóng)牧交錯帶地區(qū)燕麥生產(chǎn)水氮管理混亂的問題，開展燕麥水氮耦合方案優(yōu)化研究，主要研究目標(biāo)包括：1）推薦燕麥不同生產(chǎn)目標(biāo)包括產(chǎn)量最高、水分利用效率最高、氮肥利用效率最高和經(jīng)濟收益最高的水氮耦合方案；2）揭示不同生產(chǎn)目標(biāo)下水氮投入對水分利用效率、氮肥利用效率、土壤水和地下水等的影響。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)資料

研究區(qū)域（圖1）為北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)（36°08 ′～50°15 ′N，104°09 ′～123°25 ′E）。研究區(qū)域燕麥可播期為4 月30 日-6 月10 日，通常實際生產(chǎn)中播種燕麥的時間集中在5 月中下旬，收獲期集中在9 月上旬以避免霜凍［26］。燕麥生長季（5-9 月）平均溫度為15. 4 ℃，總降水量為326 mm?；谘芯繑?shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)的有效性和完整性，研究區(qū)域內(nèi)共選擇27 個站點。

研究時段（1981-2020 年）各研究站點的日照時數(shù)（h）、日最高溫度和最低溫度（℃）和日降水量（mm）均來自中國氣象局（http：//www. cma. gov.cn/）?；谌照諘r數(shù)計算總輻射，計算方法為Angstr?m-Prescott 方程。

研究區(qū)域土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)包括容重、土壤水分特征數(shù)據(jù)（凋萎含水量、田間持水量和飽和含水量）和養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)等來自中國土壤數(shù)據(jù)庫（http：//vdb3. soil. csdb. cn/）。

1. 2 研究方法

1. 2. 1 田間試驗

燕麥水氮耦合大田試驗于2021-2023 年在河北省張家口市張北縣農(nóng)業(yè)科學(xué)院喜順溝試驗基地（41°04 ′N，114°43 ′E，海拔1450 m）進行。供試品種為‘壩莜1 號’，生育期長度90 d 左右。試驗?zāi)攴菅帑湶シN采用條播方式，播種量為150 kg·hm-2，3 年內(nèi)播種日期分別為5 月15 日、5 月17 日和5 月12 日。試驗小區(qū)選取平整地塊，單個小區(qū)面積60 m2，東西行向，采用完全隨機區(qū)組方式排列，3 個重復(fù)，各小區(qū)之間用1 m 保護行隔開，為避免各小區(qū)之間水分側(cè)漏影響，在每個小區(qū)周圍埋入40 cm 深PVC 板。磷肥和鉀肥施用量參考當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量，過磷酸鈣120 kg·hm-2（P2O5 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%），氯化鉀37. 5 kg·hm-2（K2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%），磷鉀肥均做底肥一次性施入?；诋?dāng)?shù)厥┓屎凸喔惹闆r及測土配方施肥和養(yǎng)分專家推薦，灌溉和施氮肥分別設(shè)置4 個梯度，灌溉梯度為0 mm（W0）、50 mm（W50）、100 mm（W100）和150 mm（W150）；施氮肥梯度為0 kg·hm-2（N0）、50 kg·hm-2（N50）、100 kg·hm-2（N100）和150 kg·hm-2 （N150）。其中，2021 年和2022年共有4 種水氮耦合方式，分別為W0N0、W1N1、W2N2 和W3N3；2023 年各梯度水氮均進行組合，共16 種耦合方式。氮肥40% 作基肥，60% 按生育期灌水量分別追施。記錄的燕麥生育期包括播種、出苗、拔節(jié)期、孕穗期、揚花期和成熟期，生育期內(nèi)采用烘干稱重法測定土壤含水量。選取小區(qū)中部1 m2進行測產(chǎn)。

1. 2. 2 APSIM-Oat 模型調(diào)參與驗證

APSIM-Oat 中關(guān)鍵模塊包括作物、土壤和管理模塊。模型基于氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)模擬燕麥日生長發(fā)育，包括生育期、生物量積累和產(chǎn)量形成等過程。土壤模塊包括土壤水、氮和有機質(zhì)利用過程。管理模塊包括播期、灌溉和施肥等措施的設(shè)定。本研究利用2021-2023 年試驗數(shù)校正APSIM-Oat 模型，其中2021-2022 年試驗數(shù)據(jù)用于模型調(diào)參，2023 年試驗數(shù)據(jù)用于模型校正。利用模型模擬值和觀測值線性回歸的決定系數(shù)（R2）、均方根誤差（root mean squared error，RMSE）和相對均方根誤差（normalized root meansquared error，NRMSE）評價模型的模擬效果。R2、RMSE 和NRMSE 計算公式如下：

式中，Oi、Oavg、Si 和Savg 分別為觀測值、觀測值平均值、模擬值和模擬值平均值；n 為樣本數(shù)量。

APSIM-Oat 模型具備模擬燕麥不同水氮耦合方案下生育期內(nèi)土壤水和產(chǎn)量的能力（圖2）。不同水氮耦合方案下，土壤水調(diào)參年份模擬值和觀測值NRMSE 為11. 5%（圖2a），驗證年份為13. 2%（圖2b）。調(diào)參年份燕麥產(chǎn)量模擬值和觀測值的NRMSE 為15. 3%（ 圖2c），驗證年份為12. 2%（圖2d）。

1. 2. 3 APSIM-Oat 模型模擬設(shè)置

研究時段為1981-2020 年，基于校正的APSIM-Oat 模型設(shè)置不同水氮耦合方案，模擬分析不同方案下產(chǎn)量、耗水量、土壤水分動態(tài)、水分利用效率、氮肥利用效率和收益，并根據(jù)燕麥產(chǎn)量最高、水分利用效率最高、氮肥利用效率最高和收益最高等目標(biāo)制定最優(yōu)水氮耦合方案。灌溉量范圍設(shè)置為0～150 mm，間隔30 mm，不同灌溉量分別表示為W0、W30、W60、W90、W120 和W150；施氮量范圍設(shè)置為0～150 kg·hm-2，間隔為30 kg·hm-2，氮肥40% 作基肥，60% 作追肥，不同施氮量分別表示為N0、N30、N60、N90、N120 和N150；不同灌溉和施氮量進行耦合，共計36 個水氮耦合方案。灌溉時期和追肥時期均為苗期、開花期和灌漿期，具體水氮耦合方案見表2。

1. 2. 4 燕麥水分利用效率和氮肥利用效率計算方法

燕麥水分利用效率（WUE）基于燕麥產(chǎn)量（Y）和耗水量（ET）的比值計算［21］，具體公式為：

WUE = Y/ET （4）

式中，燕麥耗水量基于燕麥生育期內(nèi)土壤蒸發(fā)量（ES）和燕麥蒸騰量（EP）求和計算，ES 和EP 由APSIM-Oat 模型直接輸出。

燕麥氮肥利用效率（NUE）為燕麥產(chǎn)量（Y）和施氮量（TN）的比值［6］，計算公式如下：

NUE = Y/TN （5）

地下水總消耗量（CGW）基于總灌溉量（IRR）和土壤總滲漏量（D）的差值計算［11］：

CGW = IRR - D （6）

其中，D 由APSIM-Oat 模型模擬輸出值。

播前土壤含水量由APSIM-Oat 模型直接模擬輸出。

1. 2. 5 燕麥生產(chǎn)凈收益計算方法

燕麥生產(chǎn)的凈收益根據(jù)下式計算：

NI = Y × P - Inputs （7）

式中，Y 為燕麥單產(chǎn)，P 為燕麥的市場單價，本研究基于市場收購價格設(shè)定為2. 8 元·kg-1，Y×P 為燕麥單產(chǎn)的總收入。基于當(dāng)?shù)厥袌稣{(diào)研，燕麥各項生產(chǎn)投入費用如表3 所示。

2 結(jié)果與分析

2. 1 燕麥獲得最高產(chǎn)量和水分利用效率的水氮組合

在北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)，采取W90N150 （灌溉投入90 mm，施氮投入150 kg·hm-2）或W120N150 耦合方案（灌溉投入120 mm，施氮投入150 kg·hm-2）燕麥產(chǎn)量最高，W90N150 組合主要集中在西部地區(qū)，W120N150主要集中在東部地區(qū)。不同區(qū)域最高產(chǎn)量為1780～3190 kg·hm-2，平均值為2605 kg·hm-2，東部和中部地區(qū)最高產(chǎn)量高于西部地區(qū)（圖3a）。獲得最高產(chǎn)量水氮耦合方案下，燕麥生育期耗水量為249～451 mm，平均值為352 mm，東部地區(qū)高于中部和西部地區(qū)（圖3b）；水分利用效率為4. 4～10. 6 kg·hm-2·mm-1，平均值為7. 4 kg·hm-2·mm-1，中部地區(qū)水分利用效率高于西部和東部地區(qū)（圖3c）；氮肥利用效率為11. 7～20. 2 kg·hm-2·kg-1，均值為17. 3 kg·hm-2·kg-1，西部地區(qū)氮肥利用效率低于中部和東部地區(qū)（圖3d）。獲得最高產(chǎn)量水氮耦合方案下，北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)1981-2020 年地下水總消耗量為4900～5100 mm，東部地區(qū)地下水總消耗量高于中部和西部地區(qū)（圖3e）；1981-2020 年燕麥播前土壤含水量為70～305 mm，平均值為197 mm，東部和西部地區(qū)播前土壤含水量高于中部地區(qū)（圖3f）。

2. 2 燕麥獲得最高氮肥利用效率的水氮組合

在北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)，采取W30N30 （灌溉投入30 mm，施氮量投入30 kg·hm-2）耦合方案下燕麥氮肥利用效率最高。不同區(qū)域最高氮肥利用效率為20. 6～46. 4 kg·hm-2·kg-1，均值33. 7 kg·hm-2·kg-1，區(qū)域尺度上東部氮肥利用效率高于中部和西部地區(qū)（圖4a）。獲得最高氮肥利用效率水氮耦合方案下，北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)燕麥產(chǎn)量為620～1410 kg·hm-2，均值為1010 kg·hm-2，區(qū)域尺度上東部和西部產(chǎn)量較高（圖4b）；燕麥生育期耗水量為262～349 mm，均值為339 mm，區(qū)域尺度上東部和西部耗水量較高（圖4c）；水分利用效率為2. 4～3. 5 kg·hm-2·mm-1，均值為3. 0 kg·hm-2·mm-1，區(qū)域尺度上東部地區(qū)水分利用效率較高（圖4d）。獲得最高氮肥利用效率水氮耦合方案下，北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)1981-2020年地下水總消耗量為?2000～4600 mm，中部地區(qū)地下水總消耗量高于其它地區(qū)（圖4e）；1981-2020年燕麥播前土壤含水量為102～283 mm，均值為204 mm，中部地區(qū)播前土壤含水量高于其它地區(qū)（圖4f）。

2. 3 燕麥獲得最高收益的水氮組合

在北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)，采取W60N150 （灌溉投入60 mm，施氮量投入150 kg·hm-2）或W90N150 （灌溉投入90 mm，施氮量投入150 kg·hm-2）耦合方案下燕麥?zhǔn)找孀罡?。不同區(qū)域燕麥最高收益為2940～6700 元·hm-2，均值為5170 元·hm-2，中部地區(qū)種植燕麥?zhǔn)找娓哂跂|部和西部地區(qū)（圖5a）；燕麥生育期耗水量為235～439 mm，均值為338 mm，中部地區(qū)耗水量低于東部和西部地區(qū)（圖4b）；燕麥水分利用效率為3. 9～9. 7 kg·hm-2·mm-1，均值為6. 5 kg·hm-2·mm-1，中部地區(qū)水分利用效率高于西部和東部地區(qū)（圖4c）；燕麥氮肥利用效率為11. 8～20. 6 kg·hm-2 ·kg-1，均值為17. 1 kg·hm-2 ·kg-1，西部地區(qū)氮肥利用效率低于中部和東部地區(qū)（圖4d）。獲得最高收益水氮耦合方案下，北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)1981-2020 年地下水總消耗量為?4500～4800 mm，中部地區(qū)地下水總消耗量低于東部和西部地區(qū)（圖4e）；1981-2020 年燕麥播前土壤含水量在96～285 mm 之間，平均值為191 mm，東部和西部地區(qū)播前土壤含水量高于中部地區(qū)（圖4f）。

3 討論

研究區(qū)域作物生長季內(nèi)可獲得總降水量少，并且不同年份降水總量變異劇烈，水分短缺嚴(yán)重限制當(dāng)?shù)刈魑锂a(chǎn)量提升［26］。一些地區(qū)片面追求燕麥高產(chǎn)，過量投入水肥，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴(yán)重的負面影響［27］。灌溉和施肥是影響燕麥產(chǎn)量的2 個關(guān)鍵因素，平衡兩者關(guān)系使其達到最優(yōu)是實現(xiàn)燕麥高效生產(chǎn)的關(guān)鍵［19］。針對北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)，本研究推薦2 個水氮耦合方案：W90N150（灌溉90 mm，施氮150 kg·hm-2）和W120N150（ 灌溉120 mm，施氮150 kg·hm-2），以實現(xiàn)燕麥的最高產(chǎn)量。前人基于大田試驗研究表明該地區(qū)灌溉投入110 mm 搭配施氮135 kg·hm-2 燕麥產(chǎn)量最高［22］，灌溉投入與本研究一致，氮肥投入低于本研究推薦，主要是因為前人選擇的試驗田基礎(chǔ)肥力更高。區(qū)域尺度上，農(nóng)牧交錯帶西部地區(qū)燕麥最高產(chǎn)量低于東部和中部地區(qū)，這主要是因為東部和中部地區(qū)燕麥生育期溫度更接近最適溫度［28］。

基于以上發(fā)現(xiàn)，我們進一步探討不同水氮耦合方案對水分利用效率和氮肥利用效率的影響。提高作物水分利用效率對緩解當(dāng)?shù)厮Y源危機具有重要意義［29］。作物水分利用效率由作物產(chǎn)量和耗水量共同決定［30］，本研究表明燕麥獲得最高產(chǎn)量的水氮組合其水分利用效率最高。作物耗水量由土壤蒸發(fā)和作物蒸騰2 部分組成［31］，分析燕麥耗水?dāng)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)不同水氮耦合情景下土壤蒸發(fā)量呈現(xiàn)一定的保守性，隨著灌溉量的增加燕麥蒸騰量和產(chǎn)量增加，且產(chǎn)量增加幅度高于蒸騰量增加幅度，因此最高產(chǎn)量情景下燕麥水分利用效率最高。

本研究進一步以氮肥利用效率最高為目標(biāo)優(yōu)化北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)燕麥生產(chǎn)的水氮耦合方案，相比于最高產(chǎn)量水氮投入，減少灌溉（降低60～90 mm）和氮肥（降低120 kg·hm-2）投入可獲得最高氮肥利用效率，即當(dāng)灌溉投入30 mm 耦合氮肥投入30 kg·hm-2 燕麥氮肥利用效率最高。燕麥生長對氮肥敏感，氮肥不足嚴(yán)重限制其生物量積累和產(chǎn)量形成［19］。北方農(nóng)牧交錯帶地區(qū)土壤貧瘠，基礎(chǔ)肥力無法滿足燕麥對氮肥的需求，前人研究表明基礎(chǔ)肥力條件下施用氮肥顯著提升燕麥產(chǎn)量［32］，與本研究結(jié)果一致。作物產(chǎn)量隨著施氮量增加呈上升趨勢［27］，當(dāng)施氮量超過一定量后產(chǎn)量提升變緩，氮肥利用效率呈下降趨勢。因此，施氮量為30 kg·hm-2 燕麥氮肥利用效率最高。區(qū)域尺度上東部氮肥利用效率高于中部和西部地區(qū)，這主要是因為東部地區(qū)燕麥生育期溫度低于其它地區(qū)，氮揮發(fā)量較低。

作物產(chǎn)量或生物量和生產(chǎn)投入共同決定收益［29］。本研究中產(chǎn)量和水分利用效率最高情景下水氮投入過量，增加生產(chǎn)成本；而氮肥利用效率最高情景下，產(chǎn)量相對較低，因此以上生產(chǎn)目標(biāo)下均不能使收益最大化。本研究表明相比于獲得最高產(chǎn)量水氮投入，施氮量保持不變，灌溉投入降低30～60 mm，可獲得最高收益，即灌溉投入60 mm或90 mm 耦合氮肥投入150 kg·hm-2 燕麥?zhǔn)找孀罡?，區(qū)域平均收益為5170 元·hm-2。前人基于調(diào)研和大田試驗發(fā)現(xiàn)該地區(qū)種植燕麥?zhǔn)找鏋槟昃?280～10 050 元·hm-2［33-34］，其中基于調(diào)研數(shù)據(jù)獲得的生產(chǎn)者實際收益低于本研究收益，主要是因為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)者管理粗放，燕麥實際產(chǎn)量較低；基于大田試驗計算的收益略高于本研究，主要是因為前人研究考慮秸稈收益，本研究中將秸稈直接還田，未考慮其收益。

總之，本研究推薦的不同生產(chǎn)目標(biāo)下燕麥最優(yōu)水氮耦合方案不僅有助于提升燕麥產(chǎn)量，還有助于提高水肥資源利用效率，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但是本研究仍存在一些不足：第一，模型模擬中農(nóng)田處于最優(yōu)條件，實際生產(chǎn)中灌溉和氮肥管理存在差異，不同灌溉和施肥方式均對水肥利用效率產(chǎn)生重要影響，而模型中無法進一步考慮灌溉和施肥方式的影響；第二，燕麥實際生產(chǎn)中病蟲害對其產(chǎn)生重要影響，但是基于APSIM-Oat 模型的模擬結(jié)果無法評估病蟲害對燕麥造成的產(chǎn)量損失，模擬的燕麥產(chǎn)量可能會高于實際產(chǎn)量；第三，本研究選擇APSIM-Oat 模型作為研究工具，但是不同作物生長機理模型開發(fā)機理存在差異，運用一種模型模擬結(jié)果的不確定性可能較高，下一步研究應(yīng)基于多模型開展燕麥不同生產(chǎn)目標(biāo)下水氮耦合優(yōu)化研究。第四，本研究只選擇一個品種開展模擬研究，不同品種由于生長特性的差異，其水氮需求也不同，不同生產(chǎn)目標(biāo)下水氮耦合方案可能會發(fā)生改變，下一步研究中應(yīng)考慮更多品種。

4 結(jié)論

（1）燕麥獲得最高產(chǎn)量的水氮投入量高于其它生產(chǎn)目標(biāo)。

（2）燕麥獲得最高氮肥利用效率水氮耦合情景下地下水消耗最少。

（3）北方農(nóng)牧交錯帶中部地區(qū)種植燕麥?zhǔn)找娓哂谖鞑亢蜄|部地區(qū)。

參考文獻

［1］王玉寶， 吳普特， 趙西寧， 等. 我國農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)演變態(tài)勢分析［J］. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2010， 18（2）： 399-404.

Wang Y B， Wu P T， Zhao X N， et al. Development tendencyof agricultural water structure in China［J］． Chinese Journal ofEco-Agriculture， 2010， 18（2）： 399-404.

［2］操信春，劉喆，吳夢洋， 等. 水足跡分析中國耕地水資源短缺時空格局及驅(qū)動機制［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2019， 35（18）： 94-100.

Cao X C， Liu Z， Wu M Y， et al．Temporal-spatial distributionand driving mechanism of arable land water scarcity index inChina from water footprint perspective［J］. Transactions of theChinese Society of Agricultural Engineering， 2019， 35（18）：94-100.

［3］劉增進， 李寶萍，李遠華， 等. 冬小麥水分利用效率與最優(yōu)灌溉制度的研究［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2004， 20（4）： 58-63.

Liu Z J， Li B P， Li Y H， et al． Research on the water useefficiency and optimal irrigation schedule of the winter wheat［J］.Transactions of the Chinese Society of AgriculturalEngineering， 2004， 20（4）： 58-63.

［4］張紅娟， 李赟， 李雅麗， 等. 北方農(nóng)牧交錯帶裸燕麥蒸散結(jié)構(gòu)與灌溉制度優(yōu)化研究［J］. 節(jié)水灌溉， 2022（3）： 8-14.

Zhang H J， Li Y， Li Y L， et al. Study on evapotranspirationstructure and irrigation system optimization of naked oat in agropastoralecotone of northern China［J］. Water Saving Irrigation，2022（3）： 8-14.

［5］時榮超，郭文忠. 農(nóng)業(yè)灌溉水資源優(yōu)化配置研究進展［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2024， 40（4）： 1-13.

Shi R C， Guo W Z. Research progress on the optimal allocationof agricultural irrigation water resources［J］. Transactions of theChinese Society of Agricultural Engineering， 2024， 40（4）：1-13.

［6］張福鎖， 王激清， 張衛(wèi)峰， 等. 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑［J］. 土壤學(xué)報， 2008， 45（5）： 915-924.

Zhang F S， Wang J Q， Zhang W F， et al. Nutrient useefficiencies of major cereal crops in China and measures forimprovement［J］. Acta Pedologica Sinica， 2008， 45（5） ：915-924.

［7］崔佩佩， 丁玉川， 焦曉燕， 等. 氮肥對作物的影響研究進展［J］. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2017， 45（4）： 663-668.

Cui P P， Ding Y C， Jiao X Y， et al. Research advances oneffects of nitrogen fertilizer application on crops［J］. Journal ofShanxi Agricultural Sciences， 2017， 45（4）： 663-668.

［8］胡夢蕓， 門福圓， 張穎君， 等. 水氮互作對作物生理特性和氮素利用影響的研究進展［J］. 麥類作物學(xué)報， 2016， 36（3）：332-340.

Hu M Y， Men F Y， Zhang Y J， et al. Research progress onwater-nitrogen interaction and its effects on crop growth andutilization of nitrogen［J］. Journal of Triticeae Crops， 2016， 36（3）： 332-340.

［9］段宏凱， 王宏富， 魚冰星， 等. 多年秸稈還田后減追氮肥對玉米穗位葉光合特性和衰老生理的影響［J］. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2018， 38（12）： 8-14.

Duan H K， Wang H F， Yu B X， et al． Effects of reducingnitrogen application on photosynthetic characteristics andphysiology of ear leaf senescence of maize in the field withcontinuous straw return［J］. Journal of Shanxi AgriculturalUniversity（ Natural Science Edition）， 2018， 38（12）： 8-14.

［10］Cui Z L， Chen X P， Zhang F S. Development of regionalnitrogen rate guidelines for intensive cropping systems in China［J］. Agronomy Journal， 2013， 105（5）： 1411-1416.

［11］Tang J Z， Xiao D P， Wang J， et al. Optimizing water andnitrogen managements for potato production in the agropastoralecotone in North China ［J］. Agricultural WaterManagement， 2021， 253： 106945.

［12］張經(jīng)廷， 呂麗華， 張麗華， 等. 作物水肥耦合類型量化方法在華北冬小麥水氮配置中的應(yīng)用［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 52（17）： 2997-3007.

Zhang J T， Lü L H， Zhang L H， et al． A novel method forquantitating water and fertilizer coupling types and itsapplication in optimizing water and nitrogen combination inwinter wheat in the North China Plain［J］. Scientia AgriculturaSinica， 2019， 52（17）： 2997-3007.

［13］Marshall A， Cowan S， Edwards S， et al. Crops that feed theworld 9. Oats- a cereal crop for human and livestock feed withindustrial applications［J］. Food Security， 2013， 5（1）： 13-33.

［14］趙寶平， 劉景輝， 任長忠. 燕麥產(chǎn)量形成生理機制研究進展［J］. 作物雜志， 2021（3）： 1-7.

Zhao B P， Liu J H， Ren C Z. Research progress ofphysiological mechanism of yield formation in oats［J］. Crops，2021（3）： 1-7.

［15］中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所. 中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料：1978-2019［M］. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2023.

Agricultural Information Institute of CAAS. China AgricultureStatistical Report： 1978-2019 ［M］. Beijing： China AgriculturePress， 2023.

［16］胡新中， 王鳳梧， 周海濤. 燕麥產(chǎn)業(yè)行情漸漲［EB/OL］.（2021-02-10）［2024-04-19］. https：//inter-cereal. snnu. edu. cn/info/1116/1333.htm.

Hu X Z， Wang F W， Zhou H T. The oat industry market isgradually rising ［EB/OL］. （2021-02-10） ［2024-04-19］.https：//inter-cereal.snnu.edu.cn/info/1116/1333.htm.

［17］孫洪仁， 王顯國， 李茂娜， 等. 我國燕麥需水規(guī)律研究［J］. 中國奶牛， 2023（8）： 61-65.

Sun H R，Wang X G，Li M N，et al． Regularity of waterdemand of oats in China［J］． China Dairy Cattle，2023（8）：61-65.

［18］李棟梁， 呂蘭芝. 中國農(nóng)牧交錯帶的氣候特征與演變［J］. 中國沙漠， 2002， 22（5）： 483-488.

Li D L， Lü L Z. Climate characters and evolution ofagricultural and pasturing interlaced zone in China［J］. Journalof Desert Research， 2002， 22（5）： 483-488.

［19］邵志遠， 蔣靜， 張毅， 等. 不同灌水和施氮處理對燕麥產(chǎn)量、耗水特性和土壤鹽分的影響［J］. 灌溉排水學(xué)報， 2022， 41（5）： 84-89.

Shao Z Y， Jiang J， Zhang Y， et al. The combined effect ofirrigation and nitrogen application on yield， water consumptionof oat and soil salinity［J］. Journal of Irrigation and Drainage，2022， 41（5）： 84-89.

［20］張平珍， 張克厚， 陳鶯， 等. 灌溉條件下燕麥氮、磷、鉀配方施肥效應(yīng)分析及與產(chǎn)量回歸模型的建立［J］. 作物雜志， 2021（5）： 101-107.

Zhang P Z， Zhang K H， Chen Y， et al. The effects analysis ofnitrogen， phosphorus and potassium fertilization on oat andestablishment of yield regression model under irrigationcondition［J］. Crops， 2021（5）： 101-107.

［21］趙寶平， 龐云， 曾昭海， 等. 有限灌溉對燕麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2007， 25（1）： 105-108， 115.

Zhao B P， Pang Y， Zeng Z H， et al. Effect of limited irrigationon yield and water use efficiency of oats［J］. AgriculturalResearch in the Arid Areas， 2007， 25（1）： 105-108， 115.

［22］劉鎖云， 陳磊慶， 胡廷會， 等. 水氮耦合對燕麥光合特性的影響［J］. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2013， 22（1）： 60-67.

Liu S Y， Chen L Q， Hu T H， et al. Effects of water-nitrogencoupling on photosynthetic characteristics of oat［J］. ActaAgriculturae Boreali-occidentalis Sinica， 2013， 22（1）： 60-67.

［23］He D， Wang E L， Wang J， et al. Data requirement foreffective calibration of process-based crop models ［J］.Agricultural and Forest Meteorology， 2017， 234-235：136-148.

［24］Tang J Z， Wang J， He D， et al. Comparison of the impacts ofclimate change on potential productivity of different staplecrops in the agro-pastoral ecotone of North China［J］. Journalof Meteorological Research， 2016， 30（6）： 983-997.

［25］唐建昭， 王靖， 肖登攀， 等. 馬鈴薯生長模型的研究進展及發(fā)展前景［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2021， 54（5）： 921-932.

Tang J Z， Wang J， Xiao D P， et al. Research progress anddevelopment prospect of potato growth model［J］. ScientiaAgricultura Sinica， 2021， 54（5）： 921-932.

［26］Tang J Z， Wang J， Wang E L， et al. Identifying keymeteorological factors to yield variation of potato and theoptimal planting date in the agro-pastoral ecotone in NorthChina［J］. Agricultural and Forest Meteorology， 2018， 256-257： 283-291.

［27］李振松， 李向林， 萬里強. 水氮耦合對科爾沁沙地燕麥生產(chǎn)性能的影響［J］. 中國草地學(xué)報， 2020， 42（4）： 145-152.

Li Z S， Li X L， Wan L Q. Effect of water-nitrogen couplingon oat production performance in horqin sandy land ［J］.Chinese Journal of Grassland， 2020， 42（4）： 145-152.

［28］周磊， 王璐， 趙寶平， 等. 北方農(nóng)牧交錯區(qū)不同播期和刈割期對燕麥飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］. 草地學(xué)報， 2021， 29（10）： 2355-2363.

Zhou L， Wang L， Zhao B P， et al. Effect of different sowingdate and cutting time on yield and quality of forage oat in agropastoralecotone of Northern China［J］. Acta Agrestia Sinica，2021， 29（10）： 2355-2363.

［29］唐建昭， 肖登攀， 王靖， 等. 不同生產(chǎn)目標(biāo)條件的馬鈴薯水氮管理優(yōu)化［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2021， 37（20）： 108-116.

Tang J Z， Xiao D P， Wang J， et al. Optimizing irrigation andnitrogen management for potato production under multiobjectiveproduction conditions ［J］. Transactions of theChinese Society of Agricultural Engineering， 2021， 37（20）：108-116.

［30］唐建昭， 肖登攀， 柏會子. 未來氣候情景下農(nóng)牧交錯帶不同灌溉水平馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020， 36（2）： 103-112.

Tang J Z， Xiao D P， Bai H Z. Yield and water use efficiencyof potato at different irrigation levels in agro-pastoral ecotoneunder future climate change［J］. Transactions of the ChineseSociety of Agricultural Engineering （Transactions of CSAE），2020， 36（2）： 103-112.

［31］Tang J Z， Wang J， Fang Q X， et al. Optimizing planting dateand supplemental irrigation for potato across the agro-pastoralecotone in North China［J］. European Journal of Agronomy，2018， 98： 82-94.

［32］肖相芬， 周川姣， 周順利， 等. 燕麥氮吸收利用特性與適宜施氮量的定位研究［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 44（22）： 4618-4626.

Xiao X F， Zhou C J， Zhou S L， et al. Characteristics of Nabsorption， utilization and optimum N-fertilizer rate based on along-term fertilization experiment of oats ［J］. ScientiaAgricultura Sinica， 2011， 44（22）： 4618-4626.

［33］張斌， 葛軍勇， 楊萬軍， 等. 拔節(jié)期追氮對裸燕麥（Avenanuda L.）主栽品種生產(chǎn)性能與效益的影響［J］. 作物雜志，2017（2）： 81-87.

Zhang B， Ge J Y， Yang W J， et al. Effects of nitrogentopdressing at jointing stage on yield and profit of main varietiesof naked oat（ Avena nuda L.）［J］. Crops， 2017（2）： 81-87.

［34］劉猛， 張新仕， 王桂榮， 等. 河北省主要雜糧種植成本與收益分析［J］. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2020， 24（1）： 1-4.

Liu M， Zhang X S， Wang G R， et al． Analysis on plantingcost and benefit of miscellaneous grain crops in Hebei Province［J］. Journal of Hebei Agricultural Sciences， 2020， 24（1）：1-4，25.

（編輯：郭玥微）

基金項目：河北省科學(xué)院科技計劃項目（2023PF04-1）；國家燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系水分生理與節(jié)水栽培崗（CARS07-B-03）