基于1:5万土壤数据库的农业管理措施改变对苏北旱地有机碳影响研究

发布时间：2017-05-11 20:00

  本文关键词：基于1:5万土壤数据库的农业管理措施改变对苏北旱地有机碳影响研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：黄淮海平原是我国主要的粮食生产基地,研究该区域农田土壤有机碳库的动态变化,对提高该区域的土壤肥力和制定固碳减排政策具有重要意义。本研究利用模拟陆地生态系统生物地球化学过程较为成熟的DNDC (Denitrification-Decomposition)模型,模拟了隶属黄淮海平原一部分—江苏省北部29个县(市)2010-2039年IPCC规定和常见的14种农业管理措施下土壤有机碳动态变化,系统分析了整个地区、不同土类和各行政单元在这些农业管理措施下有机碳变化规律,研究结果可为黄淮海地区旱地土壤有机碳制定合理的农田管理和固碳增汇措施提供科学依据。本文主要研究结果如下：1、2010-2039年传统农田管理情景分析表明,在当前的农田管理措施下苏北旱地有机碳年平均积累速率(dSOC)为355 kg Chm-2 y-1,有机碳总量增加了41.75 Tg C；其中,潮土、盐土、褐土、砂姜黑土、紫色土和棕壤的年均固碳速率均超过了300 kg C hm-2 y-1,而石灰土和石质土的固碳速率则低于210 kg Chm-2y -1;此外,苏北旱地不同县(市)土壤有机碳均呈现了出“碳汇”效应。可见,当前的农田管理措施有利于该地区土壤固碳。2、2010-2039年的情景分析表明,苏北旱地整个地区在不同农田管理下均呈现了“碳汇”效应；其中,苏北旱地土壤有机碳在不施用氮肥和氮肥施用量是传统管理的0.5倍情景下固碳速率较慢,年均dSOC分别为：59 kg C hm-2 y-1和259 kg C hm-2 y-1,固碳总量分别为：6.93 Tg C和30.47Tg C；相对而言,苏北旱地土壤有机碳在氮肥施用量提高到传统管理的1.5和2.0倍,有机肥在传统管理的基础上增加1倍、2倍和3倍,秸秆还田率从传统管理(15%)增加为30%、50%和90%及推荐性施肥类型1(秸秆还田率30%+农家肥30%)、推荐性施肥类型2(秸秆还田率50%+农家肥50%)和推荐性施肥类型3(秸秆还田率90%+农家肥90%)情景下固碳速率则较快,年均dSOC分别介于381-1317 kg Chm-2 y-1之间,固碳总量介于44.89-155.11 Tg C之间。总体来看,不同农田管理措施情景下苏北旱地土壤有机碳“碳汇”贡献大小为：推荐性施肥类型3秸秆还田90%推荐性施肥类型2秸秆还田50%有机肥增施3.0倍推荐性施肥类型1有机肥增施2.0倍秸秆还田30%有机肥增施1.0倍施用氮肥2.0倍施用氮肥1.5倍施用氮肥0.5倍不施用氮肥。因此,在未来可通过合理施用化肥、增施有机肥和大力提倡秸秆还田等措施来提升苏北旱地土壤有机碳。3、从2010-2039年苏北旱地不同土类来看,潮土、盐土、褐土、砂姜黑土、紫色土和棕壤在不同农业管理措施下均发挥“碳汇”效应,年均dSOC变化范围介于47-1356 kg C hm-2 y-1,固碳总量介于0.02-84.09 Tg C之间。相对而言,石灰土和石质土在不施用氮肥情景下发挥微弱的“碳源”效应,年均有机碳释放量分别为：-38 kg C hm-2 y-1和-3.0 kg C hm-2 y-1,有机碳损失量分别为-0.008 Tg C和-0.006Tg C；二者在其他农业管理措施下年均dSOC变化范围介于83-958 kg C hm-2 y-1之间,固碳总量介于0.02-1.71 Tg C之间。可见,除石灰土和石质土在不施氮肥情景下不利于土壤有机碳积累外,其他农业管理情景下均有利于苏北早地各个土类固碳,这也说明采取合理的农业管理措施可有效提升该地区的“碳汇”作用。4、从苏北旱地不同县(市)来看,2010-2039年徐州、连云港、宿迁、淮安和盐城地级市在不同农业管理措施下年均dSOC变化范围介于44-1444 kg C hm-2 y-1之间,固碳总量介于0.74-45.40 Tg C之间。从空间分布上看,地处北部的灌云县和灌南县在不同农业管理措施下固碳速率最大,而地处中南部盱眙、东台、金湖和盐城县(市)固碳速率则最相对较小。此外,徐州市郊区及金湖县在不施用氮肥情景下发挥“碳源”效应,其余县(市)在不同农业管理措施下均呈现了“碳汇”效应。总体来看,苏北旱地各县(市)固碳速率和总量差异很大；因此,今后针对该地区不同行政单元选择重点调控对象进行固碳政策制定是十分必要的。5、从影响苏北旱地土壤有机碳的因素分析来看,土壤属性中初始有机碳及黏粒含量对不同农业管理措施下年均dSOC的变异解释度分别介于13.7%-44.8%和17.4%-39.2%之间,二者对土壤有机碳变化的影响明显高于容重和土壤pH。气候因子中的温度和降雨量与不同农业管理措施年均dSOC均在p0.01水平上呈显著负相关；可见,温度和降雨量升高则对土壤有机碳的积累产生负效应。因此,在以后应用模型模拟该地区有机碳变化时需优先保证初始有机碳和黏粒含量参数的精度,同时应提高气候资料的准确性。
【关键词】：1:50000数据库 DNDC(Denitrification and Decomposition)模型 苏北旱地 土壤有机碳 农业管理措施
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 引言12-14
• 1 国内外研究现状14-19
• 1.1 土壤碳汇的影响因子14
• 1.1.1 气候因子14
• 1.1.2 土壤理化性质14
• 1.2 农田管理方式对土壤有机碳的影响14-16
• 1.2.1 施肥14-15
• 1.2.2 保护性耕作15-16
• 1.3 DNDC模型在农田土壤中的应用16-18
• 1.4 土壤有机碳模型的情景分析研究现状18-19
• 1.5 存在的主要问题19
• 2 研究内容与技术路线19-22
• 2.1 研究思路19-20
• 2.2 研究路线20-22
• 3 研究区概述22-23
• 3.1 研究区地理位置及概况22
• 3.2 气候22
• 3.3 地貌与土壤22-23
• 3.4 水文和交通23
• 4 研究方法和步骤23-25
• 4.1 资料收集23-24
• 4.2 农业管理措施的情景分析设置24-25
• 4.3 数据统计及分析25
• 5 结果与分析25-55
• 5.1 传统管理措施下未来苏北旱地有机碳的变化特征25-31
• 5.1.1 传统管理下整个苏北地区土壤有机碳年际变化25-28
• 5.1.2 传统管理下苏北旱地不同土类有机碳变化特征28-30
• 5.1.3 传统管理下苏北旱地不同县(市)土壤有机碳的变化特征30-31
• 5.2 氮肥施用量变化对苏北旱地土壤有机碳的影响31-38
• 5.2.1 氮肥施用量变化对整个苏北地区土壤有机碳的影响31-33
• 5.2.2 氮肥施用量变化对苏北旱地不同土类有机碳年际变化影响33-35
• 5.2.3 氮肥施用量变化下苏北旱地不同县(市)土壤有机碳的年际变化特征35-38
• 5.3 有机肥施用量变化对苏北旱地土壤有机碳的影响38-43
• 5.3.1 有机肥施用量变化对整个苏北地区土壤有机碳的影响38-40
• 5.3.2 有机肥施用量变化对苏北旱地不同土类有机碳年际变化影响40-41
• 5.3.3 有机肥施用量变化下苏北旱地不同县(市)土壤有机碳年际变化特征41-43
• 5.4 秸秆还田率变化对苏北旱地土壤有机碳的影响43-48
• 5.4.1 秸秆还田率变化对整个苏北地区土壤有机碳的影响43-45
• 5.4.2 秸秆还田率变化对苏北旱地不同土类有机碳年际变化影响45-46
• 5.4.3 秸秆还田率变化下苏北旱地不同县(市)土壤有机碳的年际变化46-48
• 5.5 推荐性施肥措施对苏北旱地土壤有机碳的影响48-54
• 5.5.1 推荐性管理措施对整个苏北地区土壤有机碳的影响48-50
• 5.5.2 推荐性管理措施对苏北旱地不同土类有机碳年际变化影响50-52
• 5.5.3 推荐性管理措施下苏北旱地不同县(市)土壤有机碳年际变化特征52-54
• 5.6 不确定性分析54-55
• 6 主要结论及展望55-59
• 6.1 主要研究结论55-57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-65
• 致谢65

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