应用DNDC模型分析东北黑土有机碳演变规律及其与作物产量之间的协同关系

发布时间：2018-02-04 04:54

本文关键词： DNDC模型长期施肥土壤有机碳农田生产力　出处：《植物营养与肥料学报》2017年01期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：【目的】探索长期不同施肥方式下土壤有机碳的动态变化及其与作物产量之间的耦合关系,以期为东北地区黑土耕地资源的持续利用与管理提供科学依据。【方法】基于黑土区国家土壤肥力与肥料效益监测网站公主岭监测基地的23年长期定位试验数据,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、无机肥配施低量有机肥(NPKM1)、1.5倍的无机肥配施低量有机肥[1.5(NPK)M1]、无机肥配施高量有机肥(NPKM2)和无机肥配施秸秆(NPKS)6个处理进行土壤有机碳和产量的分析,将数据用于DNDC模型验证,并对6种施肥处理在未来气候下(40 a)黑土有机碳的演变进行模拟。【结果】试验监测结果表明:从1990~2012年的土壤有机碳数据分析得出,长期不施肥土壤有机碳从12.49 g/kg以年均0.69%的速率下降,有机无机配施可以提升土壤有机碳含量。DNDC验证结果如下:DNDC验证土壤有机碳时各处理的相对均方根误差(RMSE)为14.98%~37.91%,验证作物产量时各处理的RMSE为8.28%~11.19%,说明模型能够基本反映长期不同施肥下的作物产量和土壤有机碳的变化。未来气候下的模拟结果表明:CK和NPK处理土壤有机碳在未来40年里分别下降16.67%和11.21%。而3个化肥有机肥配施处理在未来40年呈稳定增长态势,NPKM1、1.5(NPK)M1和NPKM2处理的土壤有机碳将分别增加13.65%、15.74%和15.84%,以1.5(NPK)M1增势最为显著。NPKS处理的有机碳相对初始略有增加。当施氮量从160 kg/hm~2增至320 kg/hm~2时,土壤有机碳每增加1.00 g/kg,作物产量的增加量从44.48kg/hm~2下降至15.95 kg/hm~2。【结论】从长期实测数据的分析和DNDC模型模拟得出,实施秸秆还田和有机肥配施无机肥能有效持续增加SOC含量,并能获得较高的作物产量。在施氮量160~320 kg/hm~2水平下,作物产量随着土壤有机碳含量的增加而升高,且土壤有机碳含量对产量的提升幅度随着施氮量的升高而降低。
[Abstract]:[objective] to explore the dynamic changes of soil organic carbon and the coupling relationship between soil organic carbon and crop yield under long-term fertilization. In order to provide scientific basis for the sustainable utilization and management of black soil cultivated land resources in Northeast China. [methods] based on the long-term experimental data of Gongzhuling Monitoring Base of National soil Fertility and Fertilizer benefit Monitoring website in Black soil region for 23 years, Soil organic carbon and yield were analyzed under six treatments of no fertilizer application, single application of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer, inorganic fertilizer combined with low amount of organic fertilizer (NPKM1: 1.5 times), inorganic fertilizer combined with high amount organic fertilizer (NPKM2) and inorganic fertilizer combined with straw (NPKS). The data were used to verify the DNDC model, and the evolution of organic carbon in black soil was simulated by 6 fertilization treatments in the future climate. [results] the results of the experiment showed that: from the analysis of soil organic carbon data from 1990 to 2012, the results were as follows:. Soil organic carbon decreased from 12.49g / kg to 0.69% per year for a long time without fertilization. Organic and inorganic application can increase soil organic carbon content. DNDC verification results are as follows: DNDC verification of soil organic carbon, the relative root mean square error (RMSE) of each treatment is 14.98 ~ 37.91, and the RMSE of each treatment is 8.28 ~ 11.19, indicating that the model can basically reverse. The results of future climate simulation showed that the soil organic carbon of the treatments treated with NPK and CK decreased by 16.67% and 11.21 respectively in the next 40 years, while the treatments of three fertilizers and organic fertilizers were applied in the next 40 years, respectively, and the results showed that the soil organic carbon decreased by 16.67% and 11.21 respectively in the next 40 years. In the next 40 years, the soil organic carbon of NPKM1 and NPKM2 treatments will increase 13.65% 15.74% and 15.84%, respectively. The organic carbon treated with 1.5% NPKN M1 will increase slightly relative to the initial value. When the amount of nitrogen applied increases from 160 kg/hm~2 to 320 kg / hm ~ (-1), Soil organic carbon increased by 1.00 g 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) 路kg ~ (-1) of soil organic carbon increased from 44.48 kg / h ~ (-2) to 15.95 kg 路hm ~ (2). [conclusion] based on the analysis of long-term measured data and DNDC model. Under the nitrogen application rate of 160 ~ 320 kg/hm~2, the crop yield increased with the increase of soil organic carbon content, and the increasing range of soil organic carbon content decreased with the increase of nitrogen application rate.
【作者单位】：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部面源污染控制重点实验室/中国农业科学院-美国新罕布什尔大学可持续农业生态系统研究联合实验室;吉林省农业科学院农业环境与资源研究所;美国新罕布什尔大学地球海洋与空间研究所;
【基金】：公益性行业(农业)科研专项(201303126-2,201303103) 国家重点研发计划项目(2016YFED101100)资助
【分类号】：S158.3
【正文快照】： 土壤有机碳(SOC)在农业生态系统中的功能以及土壤肥力方面发挥重要作用[1 2]。全球土壤碳库储量1500 Gt,约为大气碳库的2倍,它的微小变化就会引起大气CO2浓度的显著波动[3 4],合理的农田管理措施如施肥、秸秆还田以及耕作等可以实现农田土壤碳汇功能[5]。东北地区是我国重要

【参考文献】

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【二级参考文献】

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