【摘要】：作物殘?bào)w(包括秸稈和根茬)是農(nóng)田土壤有機(jī)碳和土壤養(yǎng)分的重要來(lái)源之一,可供給植物生長(zhǎng)和微生物活動(dòng)所需的多種礦質(zhì)元素,同時(shí)可有效提高土壤有機(jī)碳含量,改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤肥力。然而,不同作物殘?bào)w的物料性質(zhì)(木質(zhì)素、氮素含量等)具有差異性,其還田后的固碳效率及其對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)的貢獻(xiàn)存在較大差異,目前缺乏系統(tǒng)的定量研究。本研究采用應(yīng)用廣泛且參數(shù)簡(jiǎn)單的RothC模型,以我國(guó)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)站的基本資料為基礎(chǔ),經(jīng)短期腐解試驗(yàn)(2012.11-2013.11)和鄭州潮土區(qū)長(zhǎng)期試驗(yàn)(1990-2008)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,獲得RothC模型的修訂參數(shù)DPM/RPM值,并將其應(yīng)用于我國(guó)東北黑土區(qū)五個(gè)典型長(zhǎng)期定位試驗(yàn)站(黑河、海倫、哈爾濱、公主嶺、沈陽(yáng)),明確了我國(guó)北方農(nóng)田作物殘?bào)w投入土壤后對(duì)提升土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn),探究不同作物殘?bào)w在不同施肥處理下固碳效率的差異性,為農(nóng)田土壤固碳增匯措施提供理論依據(jù);同時(shí)情景分析了僅根茬還田和增施有機(jī)物料兩個(gè)情境下土壤有機(jī)碳的變化趨勢(shì),為東北黑土退化認(rèn)知和黑土地保護(hù)提供理論支撐。主要結(jié)果和結(jié)論如下:(1)不同作物殘?bào)w的物料性質(zhì)具有差異性,決定了模型中不同作物殘?bào)w的DPM/RPM值的差異性�；谖锪细鈱�(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用逆向模擬技術(shù)調(diào)整RothC模型,當(dāng)小麥根系、小麥秸稈、玉米根系和玉米秸稈的DPM/RPM值調(diào)整為0.89、3.04、4.35和3.25時(shí),模型的模擬值和實(shí)測(cè)值均方根誤差RMSE均小于10%(3.7%-6.0%),相對(duì)誤差RE均控制在±5%(-0.2%-2.7%),說(shuō)明改進(jìn)后的RothC模型具有一定的適用性,可從有機(jī)物料種類(lèi)出發(fā),探究不同作物殘?bào)w對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)。(2)改進(jìn)后的RothC模型較好的模擬了鄭州潮土區(qū)冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)不施肥處理、平衡施肥、秸稈還田處理下土壤有機(jī)碳的變化(RMSE為4.86%-7.89%,RE為-5.23%-2.20%)。無(wú)論是不施肥、平衡施肥還是秸稈還田處理,小麥根系對(duì)新形成SOC的貢獻(xiàn)率(50%-71%)大于玉米根系和玉米秸稈對(duì)新形成SOC貢獻(xiàn)率(22%-40%)。源自小麥的SOC占新形成SOC的比例均分別大于源自小麥的碳投入占總碳投入的比例,而源自玉米的投入及其對(duì)新形成SOC的貢獻(xiàn)則反之。小麥根系的固碳效率(15.5%-17.5%)大于玉米根系和玉米秸稈的固碳效率(10.8%-11.4%)。因此,在潮土區(qū)根茬還田更有利于提升土壤有機(jī)碳含量。(3)改進(jìn)后的RothC模型在東北地區(qū)黑河、海倫、哈爾濱、公主嶺及沈陽(yáng)五個(gè)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)站檢驗(yàn)參數(shù)RMSE和RE分別在12%和±7%的范圍內(nèi),表明各處理的模擬效果基本可行,除公主嶺NPKS處理外(RMSE=26%,RE=-23%),可能原因是公主嶺試驗(yàn)站為覆蓋還田,實(shí)際進(jìn)入土壤中的秸稈遠(yuǎn)少于理論計(jì)算值,因而高估了NPKS處理下有機(jī)碳的變化。東北地區(qū)CK、化肥及化肥配施有機(jī)肥處理下,不同作物根茬對(duì)土壤SOC的提升表現(xiàn)為:玉米根茬小麥根茬大豆根茬;固碳效率表現(xiàn)為:小麥根茬大豆根茬玉米根茬;秸稈還田處理下,不同作物殘?bào)w對(duì)土壤SOC的提升表現(xiàn)為:玉米秸稈小麥秸稈大豆秸稈;固碳效率表現(xiàn)為:小麥根茬大豆根茬玉米根茬玉米秸稈小麥秸稈大豆秸稈。(4)改進(jìn)后的RothC模型可用來(lái)模擬東北黑土區(qū)開(kāi)墾(僅根茬還田)以來(lái)土壤有機(jī)碳的變化。東北黑土區(qū)在開(kāi)墾初始,土壤SOC含量處于較高水平(120.72 t hm~(-2)-174.68 t hm~(-2)),至20世紀(jì)80年代(80年代前主要為根茬還田)土壤SOC含量下降52.6%-75.6%,為30.06 thm~(-2)-57.2t hm~(-2)。從空間尺度看,土壤SOC下降幅度依次為:黑河海倫哈爾濱公主嶺;從時(shí)間尺度看,開(kāi)墾前10年土壤SOC年下降迅速,隨著時(shí)間延長(zhǎng),土壤下降速率趨于平緩。同時(shí),有機(jī)質(zhì)含量較高的地區(qū)(黑河、海倫)土壤開(kāi)墾時(shí)間還較為年輕,在現(xiàn)有有機(jī)物料資源下(有機(jī)肥或秸稈還田),土壤SOC含量還是處于下降或基本持平狀態(tài);有機(jī)質(zhì)含量較低的地區(qū)(哈爾濱、公主嶺)已經(jīng)開(kāi)墾成熟,在等量外源碳投入時(shí)土壤SOC含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。增施有機(jī)物料在有機(jī)質(zhì)含量高的黑土區(qū)能減緩其SOC下降速度。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S153.6
【圖文】：

農(nóng)田中作物殘?bào)w主要來(lái)源于秸稈和根系。作物根系和秸稈的碳投入如下：其中 為作物殘株殘留在土壤中的比例； 為地下生物量和地上生物量的比例，或者比； 和 分別為作物籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量(g m 2)。參考 Zhang et al.（2010）的方根據(jù)中國(guó)有機(jī)肥料養(yǎng)分志（NCTAS,1994），小麥、玉米地上生物量的平均碳含量 分別.399 g C g 1（烘干基）和 0.444 g C g 1（烘干基）。 具體方法詳見(jiàn)姜桂英等文章（2013）。（2）有機(jī)肥碳投入的計(jì)算：其中， 為實(shí)測(cè)有機(jī)肥的有機(jī)碳含量（g kg-1）；W%為有機(jī)肥含水量；Y 為使用有機(jī)肥的鮮（kg ha-1）2 RothC 模型簡(jiǎn)介選用 RothC 模型模擬不同區(qū)域土壤有機(jī)碳的演變。RothC 模型所需參數(shù)簡(jiǎn)單，且容易獲得，過(guò)廣泛驗(yàn)證，在一定條件下模擬效果較好。模型詳細(xì)介紹參見(jiàn)第一章第三節(jié)。圖 2.1 以下為C 模型的初始界面。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2767367