【摘要】：隨著全球大氣CO_2濃度的上升和氣候變暖問題的加劇,碳固定問題成為研究熱點。中國東北地區(qū)為全球僅有的三大黑土帶之一,土質(zhì)肥沃,是我國重要的糧食生產(chǎn)基地。但過度開墾利用造成土壤肥力不斷下降,同時東北地區(qū)土壤碳儲量也呈現(xiàn)源的狀態(tài),對全球碳循環(huán)造成負面影響。因此,研究東北未來旱田土壤有機碳變化和固碳能力,不僅能夠準(zhǔn)確把握農(nóng)田肥力變化趨勢,也可以更好地理解全球碳循環(huán),為提升土壤碳庫容量、減少溫室氣體排放、優(yōu)化地區(qū)環(huán)境提供理論基礎(chǔ),對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。本研究以東北旱田耕層(0~20cm)土壤有機碳(SOC)為研究對象,基于6個長期定位觀測實驗站點數(shù)據(jù)、19個農(nóng)業(yè)部監(jiān)測網(wǎng)連續(xù)觀測數(shù)據(jù)和36個文獻收集站點數(shù)據(jù)充分校驗驗證DAYCENT模型對東北旱田土壤有機碳(SOC)變化的模擬能力。應(yīng)用DAYCENT模型模擬研究黑土區(qū)典型站點的SOC未來變化;將東北旱田以15km×15km網(wǎng)格化,提取2064個網(wǎng)格,模擬不同農(nóng)作情景下SOC時空變化,從而實現(xiàn)了從站點模擬到區(qū)域模擬的升尺度過程。并估算了東北旱田固碳潛力。研究結(jié)果如下:(1)應(yīng)用6個長期定位觀測實驗站點數(shù)據(jù)校驗和驗證DAYCENT模型在施用化肥(NPK)、化肥配施有機肥(MNPK)、秸稈還田配施化肥(SNPK)、免耕(NT)4種情景的模擬能力;19個農(nóng)業(yè)部監(jiān)測網(wǎng)連續(xù)觀測數(shù)據(jù)和36個文獻收集站點數(shù)據(jù)校驗和驗證DAYCENT模型的廣域適用性,并對模型進行敏感性分析。結(jié)果表明:模擬校驗和驗證評價參數(shù)均在合理范圍內(nèi),模擬效果良好,在東北旱田不同農(nóng)作情景下DAYCENT模型模擬SOC具有廣泛適用性。(2)選取黑土區(qū)6個長期定位觀測站點,設(shè)置NPK、MNPK、SNPK、NT 4種農(nóng)作情景對未來SOC進行模擬研究。結(jié)果表明,NPK對黑土區(qū)各站點SOC提升沒有顯著作用;MNPK對SOC初始值低的土壤,對SOC有一定提升效果,與模擬初始年份相比,到2100年對SOC提升的范圍為6.07%~32.97%(海倫除外),但對于SOC初始值高的土壤,不能抑制其SOC降低的趨勢;SNPK和NT對黑土區(qū)6個站點土SOC提升都有積極作用,到2100年,這2種措施可使各站點(海倫除外)SOC提高16.78%~52.47%。海倫站點SOC初始值較高,NT和SNPK可以維持地力。(3)在東北旱田提取2064個網(wǎng)格,設(shè)置NPK、MNPK、SNPK、NT、INPK、IMNPK、ISNPK、INT8種農(nóng)作情景,模擬未來氣候條件下SOC的變化。各時期東北旱田SOC均值模擬效果為:NTINTSNPKISNPKMNPKIMNPKNPKINPK,且隨著模擬年份的增加,除NPK、INPK難以維持SOC值,其他情景都有積極影響,NT具有絕對優(yōu)勢。在2080年NT處理達到最佳24.8/kg,與1980年相比上升0.4%。區(qū)域上:在遼西、遼南沿海、遼河平原(朝陽、大連、阜新、沈陽)等地,SOC初始值較低,在最優(yōu)情景年期下SOC提升幅度高達60%以上。在三江平原、東部山區(qū)(吉林省的白山、通化及黑龍江省的鶴崗、雞西、雙鴨山等地)SOC初始含量較高地區(qū)在最優(yōu)情景年期下SOC與其他情景比較雖然下降幅度縮減但仍然下降22%以上。各情景下增加灌溉處理和原情景下SOC差值較小在±1%以內(nèi),但在中西部(遼寧省的朝陽、鐵嶺、撫順及吉林省的白城、松原)灌溉對SOC的提升有一定積極作用。(4)分析東北旱田最大SOC出現(xiàn)的情景,估算土壤固碳潛力。東北旱田SOC固碳潛力為6.49kg/m~2,土壤有機碳潛在固碳能力為1.07 kg/m~2。土壤最大碳儲量為2009Tg,土壤潛在有機碳儲量332Tg。固碳潛力表現(xiàn)為自東向西,自北向南逐漸遞減。潛在固碳能力自西向東逐漸增加,經(jīng)過長期耕作的黑土帶有較大的潛在固碳能力。而黑龍江北部純林區(qū),三江平原土壤肥沃,潛在固碳能力較小。黑龍江省土壤碳儲量占東北旱田50%以上,但潛在碳儲量相對最小。(5)2030年、2050年、2080年、2100年4個時期東北旱田的SOC密度分別5.84kg/m~2、6.11kg/m~2、6.27kg/m~2、6.19kg/m~2,最大碳儲量分別是1808Tg、1891Tg、1941Tg、1918Tg,土壤潛在有機碳儲量分別為131Tg、214Tg、264Tg、241Tg。各指標(biāo)在2080年達最高。東北旱田均表現(xiàn)為自南向北,自西向東逐漸增加,三江平原、東北山區(qū)、北部林區(qū)固碳潛力巨大但潛在固碳能力有限。同時揭示了各時期SOC密度最大值對應(yīng)的最佳情景。各時期最大值普遍出現(xiàn)在NT情景,遼西、吉林西部、松花盆地中北部、三江平原東部普遍以INT為最優(yōu)情景。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S153.6
【圖文】：

地區(qū)固碳潛力、潛在固碳能力、最大碳儲量和碳儲量提升能力，及其階段性指標(biāo)。1.5.2 技術(shù)路線論文研究的技術(shù)路線如圖1-1所示。圖 1-1 技術(shù)路線圖Fig1-1 The technology roadmap

）(Parton et al，1994)，DAYCENT模型可以模擬草原生態(tài)系統(tǒng)，森林生態(tài)新N的動態(tài)變化以及追蹤氣體循環(huán)(Del Grosso et al，2002，2009，2011)。模的建模思想，根據(jù)木質(zhì)素含量的不同，作物凋落物作為外源有機碳輸入，性庫和代謝性庫2個庫，再通過代謝分別進入活性、慢性、惰性有機碳庫壤活性有機碳庫，慢性有機碳庫）�；钚詭彀ɑ畹奈⑸锖臀⑸锂a(chǎn)物一般不超過5年；慢性庫包括難分解的有機物質(zhì)和土壤固定的微生物產(chǎn)物一般為20~40年；惰性庫中的有機碳極難分解，非常穩(wěn)定（高崇升等，2條件、土壤質(zhì)地、農(nóng)作方式、作物品種等各種因子通過模型中的各種方程在具體的可調(diào)參數(shù)設(shè)置方面來影響土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化速度。Daycnet模型功眾多，模型需要輸入的主要外部數(shù)據(jù)(圖3-1)包括：氣象數(shù)據(jù)、站點信息、、SOC各分庫的背景值、管理措施（包括播種、施肥、農(nóng)作、灌溉、收獲，以及施肥量、灌溉量等）�？烧{(diào)參數(shù)包括作物參數(shù)設(shè)定文件(crop.100)、文件（harv.100）、施肥參數(shù)設(shè)定文件（fert.100）、有機肥施用設(shè)定文件（omad設(shè)定文件（irri.100）、以及一些內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定文件集（fix.100）等。按序列命令文件(*.sch)調(diào)用參數(shù)，實現(xiàn)模型運轉(zhuǎn)。

27（圖中豎線之前為校驗?zāi)攴�，豎線之后為驗證年份）圖 3-2 SOC 實測值與模擬值比照圖Fig3-2 SOC measured and simulated values comparison chart分別將各種農(nóng)作情景下SOC模擬值（0~20cm）與有機碳實測值做散點圖（圖3-3）結(jié)果顯示4種不同管理模式下，模擬值均實測值回歸方程的決定系數(shù)R2為0.984均趨近且斜率k與1:1線接近，均達到了極顯著水平（P<0.001）。

【參考文獻】

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1 劉穎;魏丹;李玉影;張明怡;韓光;王偉;劉雙全;姬景紅;佟玉欣;;黑龍江省主要類型土壤剖面養(yǎng)分分布研究[J];黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年11期

2 宋丹;;遼寧省近三十年土壤有機質(zhì)的時空變化[J];遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年05期

3 武海麗;智建奇;邢榮平;焦建偉;;我國玉米種植區(qū)分布的氣候適宜性[J];南方農(nóng)業(yè);2015年27期

4 楊麗君;;東北大豆高產(chǎn)施肥技術(shù)[J];吉林農(nóng)業(yè);2015年15期

5 閆春娟;宋書宏;王文斌;曹永強;杜強;;灌溉對不同基因型大豆生理特性及產(chǎn)量的影響[J];大豆科學(xué);2014年06期

6 何萍;徐新朋;仇少君;趙士誠;;我國北方玉米施肥產(chǎn)量效應(yīng)和經(jīng)濟效益分析[J];植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報;2014年06期

7 王德營;姚艷敏;司海青;唐鵬欽;;黑土有機碳變化的DNDC模擬預(yù)測[J];中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報;2014年03期

8 閆洪奎;胡博;高立禎;;長期施用秸稈及有機肥對遼寧北部棕壤土壤有效養(yǎng)分的影響[J];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2013年06期

9 董智;解宏圖;張立軍;白震;何紅波;王貴滿;張旭東;;東北玉米帶秸稈覆蓋免耕對土壤性狀的影響[J];玉米科學(xué);2013年05期

10 孫艷楠;張清;李思佳;陳智文;;吉林省梨樹縣土壤養(yǎng)分的時間變化特征研究[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年12期

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1 吳嵩;典型黑土區(qū)土壤有機質(zhì)含量反演研究[D];吉林大學(xué);2016年

2 姜桂英;中國農(nóng)田長期不同施肥的固碳潛力及預(yù)測[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2013年

3 劉慧嶼;遼寧省農(nóng)田土壤有機碳動態(tài)變化及固碳潛力估算[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

4 邢月華;遼寧省玉米主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田土壤養(yǎng)分變異及玉米推薦施肥研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

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2 王金洲;RothC模型模擬我國典型旱地土壤的有機碳動態(tài)及平衡點[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2011年

3 左鵬;基于GIS的黑龍江省大豆種植業(yè)分區(qū)研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

本文編號：2749575