前言
由于人口众多和农业资源短缺，中国正面临着粮食生产、资源可持续利用和生态环境保护方面的巨大压力。自20世纪80年代以来，我国的化肥用量持续上升。2002年全国化肥施用量为4339万t，其中氮肥用量达2157万t，占世界氮肥用量的近30%。同时，由于农村富余劳动力不断向城市转移，农田土壤有机肥用量持续下降。一方面，我国氮肥用量的盲目增加不仅造成氮肥资源的浪费，导致农业成本上升，降低了作物产品品质，而且还增加了N2O等温室气体的排放量以及由农田排水、径流及渗漏损失造成的地下水和地表水的污染；另一方面，在粮食增产的同时，有机物料还田量的下降使得土壤有机质处于升降不定的变化之中，粮食作物增产速率呈快速递减趋势，粮食作物的高产不得不依靠大水大肥才得以维持。华北平原人均水资源量仅为450m3左右，远低于国际公认的人均水资源危机线，是我国经济发展过程中受水资源制约最严重的地区之一。农业水资源可利用程度及其高效利用直接影响着作物产量和有机物料的还田量，直接关系到农业的可持续发展。传统的大水大肥粗放生产不仅带来水资源的浪费，同时还伴随着土壤氮素积累、土壤硝态氮淋失以及碳氮温室气体排放所带来的土壤-大气-水环境的潜在污染。为了充分利用有限的水氮资源，稳定提高作物产量，减少环境污染风险，降低农业生产成本，必须把提高水氮资源利用效率作为现代农业的目标之一。研究土壤-作物系统土壤有机质动态变化规律、土壤氮素运移规律、土壤水氮利用及损失的空间特征，以及区域不同自然和社会经济条件对水氮资源利用效率及损失的影响，可为水土资源、氮肥资源高效利用和区域农业可持续发展提供技术参考。
本书以华北平原（又称黄淮海平原）为研究区域，采取田间试验与区域调查相结合的方法，以土壤碳氮水动态模拟为中心，利用长期定位点土壤数据和管理资料，建立点位土壤有机碳周转动力学模型。结合农业生产管理措施，对黄淮海平原集约农业条件下土壤有机质的积累进行定量研究，阐明黄淮海平原农业土壤CO2排放规律以及土壤有机质培肥目标，指出进一步提高其土壤有机质储量的综合措施。通过对常规农业管理措施条件下区域农田土壤-作物系统中土壤水氮的行为规律及其对作物产量的影响进行定量研究，探讨区域土壤水、氮利用效率和氮素淋失的空间分布规律及其影响因素，并以提高作物产量和土壤水、氮利用效率，减少氮素淋失为目标来优化区域农田水氮管理措施。从而为指导农业生产实践，并在保护农业生态环境的基础上，为提高粮食产量提供理论基础。
本书由以下项目资助：①国家自然科学基金项目“增氧地下滴灌对作物土壤通气性的改善效应”u1504521）；②华北水利水电学院青年科技创新人才项目“循环曝气条件下滴灌带水气传输优化研究”（70459）；③水利部公益性行业科研专项“变化环境下贵州旱灾形成机理及管理信息系统”（20B01039）。第1章至第6章、第9章由雷宏军撰写，第7章和第8章由高如泰撰写，全书由雷宏军审核。书稿撰写过程中得到了中国农业大学多位老师和同学的帮助，他们无私而真诚的帮助是本书出版的原动力，这里要感谢李保国教授、黄元仿教授、陈焕伟教授、任图生教授、吕贻忠副教授、白由路研究员、李科江副研究员、苑小勇博士、李玉兰硕士，同时还要感谢华北水利水电学院徐建新教授和陈南祥教授，对本书给予的指导和帮助。
由于作者水平有限，书中不妥之处难免，恳请读者批评指正。
作者
2015年6月