【摘要】：作物殘體(包括秸稈和根茬)是農(nóng)田土壤有機碳和土壤養(yǎng)分的重要來源之一,可供給植物生長和微生物活動所需的多種礦質(zhì)元素,同時可有效提高土壤有機碳含量,改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤肥力。然而,不同作物殘體的物料性質(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土壤有機碳庫的貢獻存在較大差異,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)簡單的RothC模型,以我國長期定位試驗站的基本資料為基礎(chǔ),經(jīng)短期腐解試驗(2012.11-2013.11)和鄭州潮土區(qū)長期試驗(1990-2008)數(shù)據(jù)的驗證,獲得RothC模型的修訂參數(shù)DPM/RPM值,并將其應(yīng)用于我國東北黑土區(qū)五個典型長期定位試驗站(黑河、海倫、哈爾濱、公主嶺、沈陽),明確了我國北方農(nóng)田作物殘體投入土壤后對提升土壤有機碳的貢獻,探究不同作物殘體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);同時情景分析了僅根茬還田和增施有機物料兩個情境下土壤有機碳的變化趨勢,為東北黑土退化認知和黑土地保護提供理論支撐。主要結(jié)果和結(jié)論如下:(1)不同作物殘體的物料性質(zhì)具有差異性,決定了模型中不同作物殘體的DPM/RPM值的差異性�；谖锪细鈱嶒灁�(shù)據(jù),采用逆向模擬技術(shù)調(diào)整RothC模型,當小麥根系、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,模型的模擬值和實測值均方根誤差RMSE均小于10%(3.7%-6.0%),相對誤差RE均控制在±5%(-0.2%-2.7%),說明改進后的RothC模型具有一定的適用性,可從有機物料種類出發(fā),探究不同作物殘體對有機碳的貢獻。(2)改進后的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碳的變化(RMSE為4.86%-7.89%,RE為-5.23%-2.20%)。無論是不施肥、平衡施肥還是秸稈還田處理,小麥根系對新形成SOC的貢獻率(50%-71%)大于玉米根系和玉米秸稈對新形成SOC貢獻率(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新形成SOC的貢獻則反之。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碳含量。(3)改進后的RothC模型在東北地區(qū)黑河、海倫、哈爾濱、公主嶺及沈陽五個長期實驗站檢驗參數(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站為覆蓋還田,實際進入土壤中的秸稈遠少于理論計算值,因而高估了NPKS處理下有機碳的變化。東北地區(qū)CK、化肥及化肥配施有機肥處理下,不同作物根茬對土壤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,不同作物殘體對土壤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)改進后的RothC模型可用來模擬東北黑土區(qū)開墾(僅根茬還田)以來土壤有機碳的變化。東北黑土區(qū)在開墾初始,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;從時間尺度看,開墾前10年土壤SOC年下降迅速,隨著時間延長,土壤下降速率趨于平緩。同時,有機質(zhì)含量較高的地區(qū)(黑河、海倫)土壤開墾時間還較為年輕,在現(xiàn)有有機物料資源下(有機肥或秸稈還田),土壤SOC含量還是處于下降或基本持平狀態(tài);有機質(zhì)含量較低的地區(qū)(哈爾濱、公主嶺)已經(jīng)開墾成熟,在等量外源碳投入時土壤SOC含量呈現(xiàn)上升趨勢。增施有機物料在有機質(zhì)含量高的黑土區(qū)能減緩其SOC下降速度。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S153.6
【圖文】：

農(nóng)田中作物殘體主要來源于秸稈和根系。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)中國有機肥料養(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）。 具體方法詳見姜桂英等文章（2013）。（2）有機肥碳投入的計算：其中， 為實測有機肥的有機碳含量（g kg-1）；W%為有機肥含水量；Y 為使用有機肥的鮮（kg ha-1）2 RothC 模型簡介選用 RothC 模型模擬不同區(qū)域土壤有機碳的演變。RothC 模型所需參數(shù)簡單，且容易獲得，過廣泛驗證，在一定條件下模擬效果較好。模型詳細介紹參見第一章第三節(jié)。圖 2.1 以下為C 模型的初始界面。

【參考文獻】

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本文編號：2767367