旱地有机碳情景分析模拟的尺度效应及其影响因素研究

发布时间：2020-09-10 09:24

　　基于土壤数据库的动态模型预测未来气候变化和农田管理措施变化情景下农田有机碳变化是实施农业固碳的基础,对保持农业生产力至关重要。但目前使用不同制图尺度土壤数据库对旱地有机碳模拟的影响尚不清晰,一定程度上增加了农业管理措施制定的风险性。为此,本研究利用著名的生物地球化学模型DNDC(DeNitrification and DeComposition),选择隶属黄淮海平原一部分的江苏省北部390多万hm2旱地作为研究区,模拟2010-2039年根据IPCC规定和常见的24种未来气候变化和农田管理措施改变情景下6种我国常用分辨率尺度(1:5 万、1:25 万、1:50 万、1:100 万、1:400 万和 1:1 000 万)的土壤有机碳变化,并用数据最详细的1:5万模拟值定量化其他尺度的模拟误差,结果可为未来气候变化和农田管理措施改变下我国旱地土壤有机碳固碳潜力的准确评估提供理论依据。主要研究结果如下:1、2010-2039年1:5万数据库下情景分析结果表明,苏北旱地整个地区在不同气候因子和农田管理措施下均呈"碳汇"效应。其中,土壤有机碳固碳速率受气候因子(氮沉降、温度、降雨、CO2浓度)影响的变化幅度较小,固碳速率变化范围在291～373 kg C hm-2 y-1之间,固碳总量变化范围在34.25～43.98 Tg C之间;土壤有机碳固碳速率受农田管理措施(氮肥、有机肥、秸秆还田率和推荐性施肥)影响较大,固碳速率变化介于59～1317kg C hm-2 y-1之间,固碳总量变化范围在6.93～155.11 TgC之间。从不同土类来看,潮土、盐土、褐土、紫色土、棕壤和砂姜黑土在不同气候变化和农田管理措施下均呈现"碳汇"效应,固碳速率变化范围介于47～1356kg Chm-2 y-1之间,固碳总量范围介于0.02～84.09 Tg C之间;而石灰土和石质土在不施氮肥情景下呈弱"碳源"效应,固碳速率分别为-38 kg Cm-2 y-1和-3 kgChm-2 y-1,在其他气候和农田管理措施变化情景下固碳速率介于83～958 kg C hm y-1之间,固碳总量介于0.02～1.71 Tg C之间。可见,在IPCC中规定和常见的24种未来气候变化和农田管理措施变化情景下,除不施氮肥情景下的石灰土和石质土外,其他情景均有利于土壤固碳,同时也说明采取适宜的农田管理措施可提高土壤"碳汇"效应。2、2010-2039年1:25万～1:1000万数据库下情景分析结果表明,不同分辨率土壤数据库对未来气候变化、农田管理措施改变的碳平衡估算影响很大。以数据最详细的1:5万制图尺度模拟结果为基准,整个地区各情景下的年均固碳速率和固碳总量的相对偏差变化范围介于2.28%～22.73%之间,各尺度下模拟结果与1:5万相对偏差大小排序为1:50万1:25万1000万100万400万。从土类上看,棕壤、盐土和褐土在1:100万～1:1000万尺度下年均固碳速率与1:5万相对偏差较大。不同分辨率土壤数据库对农田管理措施情景的影响程度比气候变化小,前者的年均固碳速率和总量的相对偏差范围分别在0.15%～62.48%和0.02%～60.83%之间,后者的年均固碳速率和总量的相对偏差范围分别在0.07%～41.64%和0.01%～40.36%之间。从不同土类来看,各情景下受制图尺度影响较大的是石灰土和石质土,二者年均固碳速率相对偏差分别介于3.95%～1669.23%和2.76%～2500%之间,潮土、盐土、褐土、棕壤、紫色土和砂姜黑土受制图尺度的影响程度相对较小,这6种土类年均固碳速率的相对偏差分别在0%～62.14%、0.56%～72.34%、1.60%～67.31%、1.41%～61.03%、0.41%～95.83%和1.71%～88.70%之间。因此,在今后苏北旱地固碳减排政策制定中,可根据各尺度偏差大小选择合适的制图尺度。3、从影响苏北地区旱地气候变化和农田管理措施变化下土壤有机碳动态模拟的主要因素来看,不同分辨率土壤数据库对模型模拟结果的影响均达到极显著相关(p0.001),导致尺度效应极显著相关的因素主要有土壤初始有机碳(SOC)、粘粒含量、容重和pH。其中,初始SOC和粘粒含量在大部分情景和制图尺度下与固碳速率呈极显著相关或显著相关(p0.001),相关系数分别介于2.5%～66.20%和3.8%～38.40%之间,而土壤容重和pH对模拟结果的影响较小,且具有不稳定性。因此,在今后的有机碳模拟研究中,为降低模拟结果的不确定性,在大区域尺度建立更为精确的土壤数据库是非常必要的。
【学位单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S153.6

【参考文献】