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减量施氮对玉米产量和土壤氮素淋失与分布特征的影响

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减量施氮对玉米产量和土壤氮素淋失与分布特征的影响

作者：翟勇全宁夏大学

学位级别：硕士

本研究针对宁夏引黄灌区多年来玉米种植过程中水肥投入量大,导致氮素淋失对水环境污染等问题,于2021-2022年开展了宁夏典型大水漫灌下氮肥减量试验,分析了不同减量施氮处理对玉米生长发育、氮素吸收利用和土壤硝态氮淋失与分布特征的影... 详细信息

本研究针对宁夏引黄灌区多年来玉米种植过程中水肥投入量大,导致氮素淋失对水环境污染等问题,于2021-2022年开展了宁夏典型大水漫灌下氮肥减量试验,分析了不同减量施氮处理对玉米生长发育、氮素吸收利用和土壤硝态氮淋失与分布特征的影响,利用田间数据验证了DNDC模型的准确性,模拟了不同情境下玉米生长季硝态氮淋失量和产量变化特征。主要研究结果如下:1.减氮10%(N270)和当地常规施氮(N300)下玉米株高、茎粗、叶面积指数和叶片SPAD无显著性差异,但均显著高于减氮20%(N240)和不施肥(N0)处理;减氮可显著影响玉米干物质累积量、累积量上限值、累积最大速率(Vmax)和到达时的天数(Tmax),且减氮10%效果最优;随施氮量减少玉米氮肥回收利用率和氮肥偏生产力逐渐上升,减氮10%(N270)处理下氮肥回收利用率和氮肥偏生产力较N240处理2a分别平均降低1.69%和2.67 kg-kg-1,但比N300处理分别增加4.14%和4.44 kg·kg-1。不同减量施氮处理下,玉米产量、氮肥肥效和氮肥农学效率随施氮量减少呈先降后升趋势,均在N270处理下取得最大值,分别为13941.65 kg·hm-2、20365 kg·kg-1和30.24 kg·kg-1。2.0-100cm 土层土壤硝态氮含量和收获后残留量随施氮量减少而减少,2a间各土层硝态氮含量和残留量均表现为N300>N270>N240>N0,且整体表现随土层加深而逐渐下降。N0和N240处理下0-60cm 土层硝态氮含量和残留量2022年低于2021年,60-100cm 土层略微高于2021年,N270处理下除80-100cm 土层稍高于2021年,其余土层硝态氮残留量2年较相似,而N300处理下0-100cm 土层土壤硝态氮残留量均显著2022年高于2021年;灌区玉米生长季土壤硝态氮淋失量随施氮量减少而减少,当施氮量从240 kg·hm-2增加到270 kg·hm-2时,硝态氮淋失量增加量变幅较小,而当施氮量从270 kg·hm-2增加到300 kg·hm-2时,农田土壤硝态氮淋失量有大幅度增加。2a间各处理由灌溉导致硝态氮淋失量分别占总淋失量的86.89%、85.72%、85.81%、87.23%。***模型校正后能较好地模拟灌区农田0-20cm 土层土壤含水量变化、5cm 土层温度变化、不同减氮处理下玉米产量和生长季硝态氮淋失量,2a间模型模拟值与实测值间R2均大于0.94,2021年0-20cm 土层土壤含水量、5cm 土层温度、产量和生长季硝态氮淋失量各模拟值与实测值RMSE 分别为 1.358、1.151、512.292、5.428,nRMSE 分别 6.238%、4.696%、4.191%、13.652%。2022年0-20cm 土层土壤含水量、5cm 土层温度、产量和生长季硝态氮淋失量各模拟值与实测值RMSE 分别为 1.551、0.909、669.897、3.167,nRMSE 分别 6.674%、3.676%、5.467%、6.893%。4.与一次性施肥相比,优化施肥时期及次数可以提升玉米产量和减少硝态氮淋失量。不同灌溉方式下,玉米产量均随施氮量和灌溉量减少呈先降后升趋势;漫灌条件下,灌溉量400mm+施氮300 kg·hm-2处理下产量最大,为14236.65 kg·hm-2;滴灌条件下,灌溉量300mm+施氮250 kg·hm-2处理下产量最大,为15694.68 kg·hm-2,在灌溉量相同和施肥处理下,较漫灌条件下相比,滴灌条件下玉米产量高;玉米生长季硝态氮淋失量随着有机肥配施比例的增加逐渐下降,玉米产量则是随着有机肥配施比例的增加呈现先上升后下降的趋势,在有机肥配施比例0～60%之间产量逐渐上升,在有机肥配施比例60～100%之间逐渐下降,但是即使有机肥配施比例达100%,较单施无机肥相比玉米产量仍有一定程度增加。生物炭添加下不同施肥灌水情景下的硝态氮淋失量也有所减少,产量有所增加。综上可以得知,在宁夏引黄灌区玉米种植生产中,减量施氮10%(N270)处理对玉米生长发育和产量形成无显著性影响,还能减少玉米生长季硝态氮淋失量和收获后0-100cm 土层土壤硝态氮残留量。本研究可为缓解宁夏灌区面源污染和氮奢侈现象,促进农业绿色可持续发展等方面提供理论依据。

关键词：玉米减量施氮氮分布特征氮流失 DNDC模拟

全生物降解膜覆盖对玉米生长、产量及氮素利用的影响

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植物营养与肥料学报 2022年第11期28卷 2041-2051页

作者：翟勇全魏雪付江鹏马琨贾彪宁夏大学农学院宁夏银川750021 平凉市农业科学院甘肃平凉744000 宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地宁夏银川750021

【目的】研究全生物降解膜替代普通塑料膜对西北干旱农业区膜下滴灌玉米生长和氮素吸收利用、产量、经济效益的影响以及两种膜的降解性能,以探究缓解中国西北地区玉米农田残膜污染问题的方法。【方法】2019—2020年田间试验在宁夏平吉... 详细信息

【目的】研究全生物降解膜替代普通塑料膜对西北干旱农业区膜下滴灌玉米生长和氮素吸收利用、产量、经济效益的影响以及两种膜的降解性能,以探究缓解中国西北地区玉米农田残膜污染问题的方法。【方法】2019—2020年田间试验在宁夏平吉堡农场进行。试验采用裂区设计,主因素(覆膜材料)包括覆全生物降解膜(生物膜)、覆普通地膜和不覆膜对照,副因素(氮施用量)处理包括施氮0、120、240和360 kg/hm^(2),依次记为N0、N120、N240和N360。测定了玉米生长速率、产量和植株氮素利用效率,并分析了生物膜降解率。【结果】与不覆膜相比,覆生物膜两年后,玉米地上部干物质累积量平均增加了10.82%,最大累积速率提高了0.034t/(hm^(2)·d),最大累积速率出现时间提前了6.86天,吸氮量、氮肥回收利用率和氮肥农学效率分别提升了11.97%、31.47%和26.20%,且与普通地膜覆盖处理无显著差异。多曲线回归分析发现,生物膜和普通地膜处理下的玉米最大产量分别为1.42×10^(4)和1.43×10^(4) kg/hm^(2),对应的施氮量分别为285.61和284.44 kg/hm^(2),两个覆膜处理间最大产量及其所需施氮量均无显著差异。在施氮240 kg/hm^(2)时,两种膜处理的玉米产量及计算的最高产量也无显著差异。生物膜的两年平均降解率为40.65%,普通地膜为2.17%。在N240处理下两个膜处理均达到最大产值和经济效益,生物膜与普通地膜间没有显著差异。【结论】全生物降解膜覆盖在提升玉米产量、促进干物质积累和氮素吸收利用方面与普通地膜覆盖效果相近,且实现最高产量和经济效益施氮量也均为240 kg/hm^(2)。虽然生物膜投入成本高于普通地膜,但省去了收集残膜的投入,因而总的经济效益与普通地膜相当。考虑生物降解膜的额外环境效益,推荐在西北干旱农业区以生物降解膜替代普通地膜。

关键词：玉米全生物降解膜普通地膜残膜降解率干物质积累速率氮素利用率产量经济效益

基于无人机图像参数对滴灌条件下玉米氮素营养的动态诊断

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中国农业气象 2022年第4期43卷 308-320页

作者：翟勇全魏雪运彬媛马健祯贾彪宁夏大学农学院银川750021

于2018和2019年在宁夏平吉堡农场进行滴灌水肥一体化氮肥梯度试验,以天赐19为试验材料,设6个氮素水平,即0(N0)、90(N1)、180(N2)、270(N3)、360(N4)和450(N5)kg·hm^(−2),在玉米拔节期(V6)、小喇叭口期(V10)、大喇叭口期(V12)、吐丝期(... 详细信息

于2018和2019年在宁夏平吉堡农场进行滴灌水肥一体化氮肥梯度试验,以天赐19为试验材料,设6个氮素水平,即0(N0)、90(N1)、180(N2)、270(N3)、360(N4)和450(N5)kg·hm^(−2),在玉米拔节期(V6)、小喇叭口期(V10)、大喇叭口期(V12)、吐丝期(R1)和乳熟期(R3)利用无人机搭载数码相机获取玉米冠层图像,利用Matlab编写代码开发的数字图像识别系统提取玉米冠层图像红光值R、绿光值G、蓝光值B,研究基于此计算的10个冠层图像参数指标与氮素营养指标间的相关性,筛选出稳定性好且敏感度高的图像色彩参数,构建玉米氮素营养诊断指标与图像参数间关系模型并进行验证,以探究利用无人机图像进行宁夏引黄灌区滴灌玉米拔节-乳熟期氮素营养动态估测的可行性。结果表明:冠层图像参数指标绿光与红光比值(G/R)、绿光标准化值(NGI)、红绿蓝植被指数(RGBVI)与植株氮含量和叶片氮含量相关性高且变异系数小,可作为氮素营养诊断的潜在最佳色彩参数;将最佳色彩参数与植株氮含量和叶片氮含量分别进行回归模型构建,幂函数模型可以更好地预估玉米氮素营养状况;利用2019年相同氮素试验进行模型验证,发现NGI与植株氮浓度和叶片氮浓度实测值与估测值的R^(2)分别为0.738和0.689,检验指标RMSE为2.594和3.014,nRMSE为13.125%和13.347%,预测精度和准确性高于G/R和RGBVI。故选择NGI作为滴灌玉米拔节−乳熟期氮素营养动态诊断的最优参数,参数NGI与植株氮浓度的关系模型(NP=4.967×106NGI^(14.26))R^(2)为0.707,与叶片氮浓度的关系模型(NL=1.707×106NGI^(12.88))R^(2)为0.654。说明应用无人机图像技术可以较好地对宁夏引黄灌区玉米拔节−乳熟期氮素营养状况进行动态估测,构建的氮素营养诊断模型可为宁夏引黄灌区滴灌玉米氮肥精准配施提供理论依据。

关键词：滴灌玉米图像参数植株氮含量叶片氮含量诊断模型

基于根系生物量的宁夏滴灌玉米临界氮稀释曲线构建

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生态学杂志 2022年第7期41卷 1448-1456页

作者：兰宇姬丽贾彪魏雪翟勇全运彬媛马健祯宁夏大学农学院银川750021 中共四平市委办公室吉林四平136199

为了探究利用玉米根系指标精准施氮的问题,借助于作物临界氮浓度模型思路,调查玉米根系生物量与植株氮浓度动态变化规律,明确宁夏引黄灌区滴灌玉米最佳施氮量。本研究开展6个不同施氮水平试验,采用统计分析与建模方法,建立基于根系生物... 详细信息

为了探究利用玉米根系指标精准施氮的问题,借助于作物临界氮浓度模型思路,调查玉米根系生物量与植株氮浓度动态变化规律,明确宁夏引黄灌区滴灌玉米最佳施氮量。本研究开展6个不同施氮水平试验,采用统计分析与建模方法,建立基于根系生物量的滴灌玉米临界氮浓度模型,并计算根系氮素营养指数,分析不同处理下滴灌玉米产量效益。结果表明:滴灌玉米根系生物量、根氮累积量以及产量受施氮水平的影响差异明显;随着玉米生育进程的推进,各处理根系生物量呈逐渐上升趋势,根系氮浓度则呈下降趋势;整合前2年数据,构建基于根系干物质滴灌玉米临界氮浓度稀释曲线为N_(c)=1.97W~(-0.59),R^(2)=0.92;第3年数据验证结果R^(2)为0.91,RMSE和n-RMSE分别为0.15 g·kg^(-1)和7.49%,模型精度相对较高;通过氮营养指数NNI计算和产量效益分析,判断出宁夏引黄灌区滴灌玉米最佳施氮量推荐范围为270~311 kg·hm^(-2)。此结果可为宁夏水肥一体化条件下玉米精准施氮提供理论指导。

关键词：玉米水肥一体化根系生物量氮浓度临界氮稀释曲线氮营养指数模型

不同降水年型滴灌玉米土壤硝态氮分布、淋失量及氮素吸收利用特征

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第5期31卷 765-775页

作者：翟勇全马琨贾彪魏雪运彬媛马健祯张昊姬丽李稼润宁夏大学农学院银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室/宁夏大学生态环境学院银川750021

为寻找满足宁夏地区滴灌条件下不同降水年型的科学施肥模式,缓解不合理施氮导致的资源浪费、黄河水质下降和地下水污染等问题,于2018—2020年在宁夏平吉堡农场开展氮梯度试验,分析不同降水年型下不同施氮处理土壤硝态氮残留和淋溶量以... 详细信息

为寻找满足宁夏地区滴灌条件下不同降水年型的科学施肥模式,缓解不合理施氮导致的资源浪费、黄河水质下降和地下水污染等问题,于2018—2020年在宁夏平吉堡农场开展氮梯度试验,分析不同降水年型下不同施氮处理土壤硝态氮残留和淋溶量以及对滴灌玉米氮素吸收利用和产量的影响。结果表明:土壤硝态氮含量峰值与降水量密切相关,丰水年(2018年)硝态氮残留量峰值在40~60 cm土层,枯水年(2019年和2020年)在20~40 cm土层;不同降水年型土壤硝态氮残留量和淋失量均随施氮量的增加而增加,且降水量显著影响硝态氮淋失量;丰水年由降水因素导致的硝态氮淋失量占总淋失量的50.62%,枯水年占总淋失量的34.82%。回归分析结果表明,不同降水年型玉米产量随施氮量呈先上升后下降的趋势,均在N3处理(施N量为270 kg·hm^(-2))下达最高产量,且N3处理的产量和吸氮量与N4处理(施N量为360 kg·hm^(-2))无显著差异;丰水年N3处理的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力比N4处理分别提升11.38%、6.16 kg·kg^(-1)和13.85 kg·kg^(-1),枯水年分别提升12.10%、5.06 kg·kg^(-1)和15.00kg·kg^(-1)。综合考量不同降水年型0~100 cm土层硝态氮分布特征和硝态氮淋失量及施氮处理下的产量、氮素吸收利用,推荐宁夏引黄灌区滴灌玉米不同降水年型下施氮量在270 kg·hm^(-2)时较适宜,丰水年施氮最大阈值为275.59kg·hm^(-2),枯水年施氮最大阈值为320.20 kg·hm^(-2)。

关键词：滴灌玉米降水量硝态氮淋失氮素利用施氮阈值

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降解膜覆盖与氮肥配施技术对宁夏玉米生产效益的影响

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中国农业气象 2023年第5期44卷 386-397页

作者：马健祯马琨贾彪翟勇全运彬媛张昊姬丽李稼润宁夏大学农学院银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 宁夏大学生态环境学院银川750021

设置4种地膜(生物降解膜S1、S2、S3和普通地膜P)和4个施氮水平(0、120、240和360kg·hm^(-2)),开展滴灌水肥一体化条件下覆膜结合氮肥配施的玉米大田试验,以探究不同类型地膜覆盖与氮肥配施措施对灌区玉米产量、土壤水分、温度、氮肥利... 详细信息

设置4种地膜(生物降解膜S1、S2、S3和普通地膜P)和4个施氮水平(0、120、240和360kg·hm^(-2)),开展滴灌水肥一体化条件下覆膜结合氮肥配施的玉米大田试验,以探究不同类型地膜覆盖与氮肥配施措施对灌区玉米产量、土壤水分、温度、氮肥利用率和经济效益的影响,从而筛选出适宜宁夏灌区玉米种植的降解膜与氮肥配施量。结果表明:不同地膜覆盖下,生物降解膜S2处理下0-100cm层土壤含水量、产量、氮肥利用率、氮肥偏生产力和经济效益较S1处理分别增加1.15%、13.15%、2.38%、11.69%和19.03%,与普通地膜(P)处理无显著差异;S2与S1处理下5-25cm土壤平均温度无显著差异;N2处理下0-100cm土层含水量、氮肥利用率和氮肥偏生产力分别较N0处理显著减少2.31%、4.59%和38.15%,而玉米产量和经济效益分别较N0处理显著增加62.22%和108.69%;施氮对0-25cm土温无显著影响。研究说明采用覆盖生物降解膜S2与配施氮肥240kg·hm-2,可有效改善宁夏干旱农区土壤水分和温度,提高玉米产量和氮肥利用效率,增加净收入。

关键词：玉米生物降解膜土壤水分土壤温度产量氮肥利用效率

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宁夏覆膜滴灌玉米根系生物量模型构建与优选

中国土壤与肥料 2022年第5期 184-193页

作者：兰宇魏雪贾彪翟勇全王艺君运彬媛宁夏大学农学院宁夏银川750021

为精准估测宁夏引黄灌区覆盖全生物降解膜滴灌玉米地下部根系生物量、提高玉米氮素积累量,以“宁吉198”和“天赐19”为试验材料,采用根系扫描仪获取玉米根系高清图像,运用根系图像处理系统处理不同施氮量下玉米根系指标,分析玉米根系... 详细信息

为精准估测宁夏引黄灌区覆盖全生物降解膜滴灌玉米地下部根系生物量、提高玉米氮素积累量,以“宁吉198”和“天赐19”为试验材料,采用根系扫描仪获取玉米根系高清图像,运用根系图像处理系统处理不同施氮量下玉米根系指标,分析玉米根系生物量分布状况,利用根径(D)和根长(H)构建根生物量(W)动态模型,根据决定系数R^(2)、平均绝对误差(MAE)、估算值标准误差(SEE)和平均误差(ME)综合评价与优选。研究结果表明,2个品种玉米根系的生物量均集中在0~30 cm土层;采用非线性回归模型拟合结果发现,组合变量(D^(2)H)作为自变量能显著提高2个品种玉米根系生物量的估算精度,决定系数分别达0.94和0.86;残差分析结果发现模型存在异方差性,利用对数转换法消除异方差后,以组合变量(D^(2)H)所构建的幂函数模型为最优模型,且2个品种“宁吉198”和“天赐19”的决定系数最大,分别为0.97和0.96,为消除不同品种间的误差,将2020年2个品种的数据进行拟合,所获得的根系生物量最优模型为:W=3.52(D^(2)H)^(0.69),R^(2)达0.89。模型验证结果根系生物量估计值和实测值决定系数达0.92,MAE、SEE和ME分别为0.11、0.13和-0.09 kg。说明该模型能较好地模拟宁夏覆膜滴灌玉米根系形态指标和生物量分配动态,可作为估测作物根系生物量的参考依据。

关键词：玉米根系生物量根径根长估算模型

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地膜覆盖与氮肥配施对玉米生长及氮素利用的影响

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中国土壤与肥料 2023年第11期 92-100页

作者：姬丽马琨李虹岳翔翟勇全运彬媛马健祯张昊李稼润贾彪宁夏大学农学院宁夏银川750021 宁夏大学生态环境学院宁夏银川750021 宁夏农业环境保护监测站宁夏银川750002

覆膜栽培是旱区农业常用的种植技术。为探究滴灌水肥一体条件下,覆盖生物降解膜后,配施氮肥对玉米生长和氮素利用的影响,从而减少农田残膜污染和过量施氮等问题。于2020和2021年在宁夏旱作节水灌溉区设置两类地膜[Ⅱ类环境生物降解膜(S... 详细信息

覆膜栽培是旱区农业常用的种植技术。为探究滴灌水肥一体条件下,覆盖生物降解膜后,配施氮肥对玉米生长和氮素利用的影响,从而减少农田残膜污染和过量施氮等问题。于2020和2021年在宁夏旱作节水灌溉区设置两类地膜[Ⅱ类环境生物降解膜(S)和普通地膜(P)]和4个氮素水平裂区试验,探究滴灌条件下降解膜覆盖配施氮肥对膜下滴灌玉米生长和氮素吸收利用的影响。结果表明:S与P覆盖下对滴灌玉米出苗率和出苗期影响效应一致,且在玉米苗期保温效果相当,无显著性差异;S覆盖下,随着施氮量的增加,滴灌玉米干物质累积量、氮素吸收利用、穗数、籽粒重和产量均表现为先增加后降低的趋势,在施氮量为240 kg·hm^(-2)时最佳,且与P覆盖下无显著性差异,这表明生物降解地膜可替代普通地膜投入到农业生产中去;建立膜下滴灌玉米施氮量与产量、吸氮量、氮素利用效率的多元回归曲线得到S和P膜覆盖下的最大产量(13338、13806 kg·hm^(-2))对应的施氮量均为240 kg·hm^(-2),两种地膜覆盖下的最大产量较施氮量360 kg·hm^(-2)(N3)时分别提高6.8%和6.1%,氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别提高63.8%、45.2%和58.7%、59.8%。降解膜在促进作物出苗、前期增温、氮素吸收利用和产量等方面与普通地膜一致,施氮量为240 kg·hm^(-2)时在促进作物干物质累积、氮素吸收利用和作物增产增效等方面达到最佳。因此,S覆盖下配施氮肥240 kg·hm^(-2)可作为西北灌区滴灌玉米适宜的种植措施。

关键词：玉米生物降解膜施氮量氮素吸收利用产量

低渗透稠油油藏CO压驱提高采收率机理及规律研究

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石油钻探技术 2024年

作者：张岩冯海顺翟勇周晓梅刘东青王坤中国石化胜利油田分公司孤岛采油厂中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院山东省稠油开采技术重点实验室中国石油大学(华东)石油工程学院

为明确低渗透稠油油藏CO2压驱开采机理及开发效果，利用相态模拟技术分析了CO2对稠油的作用机理。基于有限元离散法，建立了裂缝扩展渗流场-应力场耦合模型，分析了注入压力对裂缝扩展行为的影响。基于裂缝生成模拟结果，建立了考虑CO2... 详细信息

为明确低渗透稠油油藏CO2压驱开采机理及开发效果，利用相态模拟技术分析了CO2对稠油的作用机理。基于有限元离散法，建立了裂缝扩展渗流场-应力场耦合模型，分析了注入压力对裂缝扩展行为的影响。基于裂缝生成模拟结果，建立了考虑CO2复合压驱后形成复杂裂缝的数值模型用于油藏压后生产模拟，形成了基于油藏动态参数的稠油油藏CO2压驱数值模拟方法，研究了CO2压驱过程中的裂缝扩展行为，优化了CO2压驱工艺参数。模拟结果表明，CO2压驱的主要作用机理包括降低原油黏度、膨胀原油、增强原油流动性、在注入井附近造缝提高CO2注入能力及增加地层压力。CO2具有较好的增能效果，CO2运移受储层非均质性影响严重，气体超覆作用导致注入的CO2易在储层上部位聚集，上部位原油降黏效果更为显著。通过优化稠油CO2压驱工艺参数，建议将压驱注入压力控制在40～50 MPa。该研究结果对稠油油藏CO2压驱设计及现场应用具有一定的指导意义。

关键词：低渗透油气藏稠油油藏二氧化碳提高采收率裂缝开启压力场