氣象因子和農(nóng)業(yè)管理措施變化對(duì)福建省耕地土壤有機(jī)碳的影響.pdf

1、本研究運(yùn)用生物地球化學(xué)模型DNDC（DeNitrification-DeComposition,9.5版本）和我國(guó)典型亞熱帶地區(qū)—福建省不同地理位置的閩侯、浦城、同安、武平、永定5個(gè)縣1980年第二次土壤普查23869樣點(diǎn)和2008年耕地地力調(diào)查15948樣點(diǎn)數(shù)據(jù)建成的兩期1:5萬(wàn)土壤-土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)，利用尺度上推的方法系統(tǒng)分析了福建省耕地1980-2009的有機(jī)碳演變規(guī)律和常用的20種情境分析處理下2011-2040年福建省耕地“碳源

2、”或“碳匯”趨勢(shì)，研究結(jié)果可為未來(lái)我國(guó)亞熱帶農(nóng)田土壤制定合理的有機(jī)碳管理措施和有機(jī)質(zhì)提升政策提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　1、從區(qū)域尺度驗(yàn)證總體結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)2008年土壤有機(jī)碳模擬值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)為0.77，二者之間達(dá)到了極顯著相關(guān)水平（p<0.01，n=7881），且研究區(qū)的MAE和RMSE都較小，分別為4.35g/kg和3.40g/kg，說(shuō)明DNDC模型可以適用于福建省耕地土壤有機(jī)碳的模擬。從不同土地利用類(lèi)型驗(yàn)

3、證結(jié)果來(lái)看，福建省灌溉水田、望天田、旱地、水澆地和菜地有機(jī)碳模擬值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)分別為：0.72（n=5559）、0.54（n=1137）、0.36（n=490）、0.15（n=609）和0.39（n=85），模擬值與實(shí)測(cè)值之間均達(dá)到了極顯著相關(guān)水平（p<0.01），RMSE分別為4.47g/kg、4.64g/kg、6.00g/kg、3.30g/kg和5.57g/kg，MAE分別為3.69g/kg、3.75g/kg、4.69g/kg

4、、2.40g/kg和4.33g/kg，表明DNDC模型對(duì)福建省不同土地利用類(lèi)型的模擬效果較好。從不同土類(lèi)驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，福建省水稻土、紅壤和赤紅壤有機(jī)碳模擬值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)分別為：0.72（n=7307）、0.54（n=150）和0.19（n=371），模擬值與實(shí)測(cè)值之間均達(dá)到了極顯著相關(guān)水平（p<0.01），RMSE分別為4.62g/kg、4.60g/kg和6.46g/kg，MAE分別為3.59g/kg、3.60g/kg和5.08g

5、/kg，模擬精度較高。黃壤有機(jī)碳模擬值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)為0.12（n=27），兩者之間未達(dá)到顯著相關(guān)水平，模擬結(jié)果不可靠。從不同亞類(lèi)驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，滲育型水稻土、潛育型水稻土、潴育型水稻土、淹育水稻土和漂洗型水稻土的相關(guān)性系數(shù)分別為0.68（n=3262）、0.50（n=587）、0.58（n=2624）、0.29（n=652）和0.69（n=77），模擬值與實(shí)測(cè)值之間均達(dá)到了極顯著相關(guān)水平（p<0.01），RMSE分別為3.62g/k

6、g、3.81g/kg、3.48g/kg、3.72g/kg和4.07g/kg，MAE分別為4.71g/kg、4.9g/kg、4.51g/kg、4.31g/kg和5.21g/kg，模擬精度較高；而鹽漬型水稻土的MAE和RMSE雖較小，分別為4.16g/kg和3.34g/kg，但模擬值與實(shí)測(cè)值之間相關(guān)性系數(shù)僅為0.16（n=105），兩者之間未達(dá)到顯著相關(guān)水平，表明鹽漬水稻土模擬精度較差。濱海鹽土、紅壤、酸性紫色土、黃壤、赤紅壤和灰潮土是其所

7、屬土類(lèi)的唯一亞類(lèi)，其驗(yàn)證結(jié)果與所屬土類(lèi)一致。
　　2、從1980-2009年的有機(jī)碳變化來(lái)看，近30年來(lái)福建省耕地總體上表現(xiàn)為弱的“碳匯”，有機(jī)碳總量增加了7.37Tg，年平均有機(jī)碳變化量（dSOC）為189.72kg/hm2；其中，水稻土有機(jī)碳增加總量最大，達(dá)到6.81Tg，年均固碳速率為212.09kg/hm2；黃壤、濱海鹽土、潮土和赤紅壤也均發(fā)揮“碳匯”效應(yīng)，年均固碳速率變化分別介于30.44～178.9kg/hm2之間，固

8、碳總量分別在0.01～0.58 Tg之間；而紅壤和紫色土則均表現(xiàn)微弱的“碳源”效應(yīng)，年均釋放碳速率分別為22.49kg/hm2和7.51kg/hm2，釋放碳總量分別為60.74 Gg和0.30Gg。
　　3、2011-2040年不同氣象因子的情境分析表明，二氧化碳（CO2）濃度正常增加、以及CO2正常增加濃度上提高1.0倍和2.0倍3種情景下福建省耕地土壤固碳總量分別為7.04Tg、7.08Tg、和7.30Tg；降雨量減少20％、

9、正常降雨和降雨增加20%的情景下福建省耕地土壤固碳總量分別為6.56Tg、7.04Tg和7.24Tg；正常溫度、溫度上升2℃和4℃的3種情景分析下福建省耕地土壤固碳總量分別為7.04Tg、5.62Tg和4.27Tg，說(shuō)明未來(lái)溫度升高將對(duì)亞熱帶地區(qū)的有機(jī)碳變化造成極大的影響。
　　4、2011-2040年不同農(nóng)業(yè)管理措施的情境分析表明，不使用氮肥、氮肥施用量是常規(guī)的0.5倍處理下福建省耕地土壤呈現(xiàn)微弱“碳匯”效應(yīng)，固碳總量分別為1.

10、10Tg和4.95Tg；而氮肥施用量是常規(guī)處理的1.5和2.0倍下福建省耕地的固碳總量分別達(dá)7.80Tg和7.05Tg。有機(jī)肥在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增加1倍、2倍和3倍情景下福建省耕地土壤固碳總量分別為13.35Tg、19.47Tg和25.67Tg；秸稈還田率從常規(guī)處理增加為50%和90%下福建省耕地土壤固碳總量分別為18.73Tg和31.62Tg；耕作方式從目前常用的1次變?yōu)槊飧胧┫赂＝ㄊ「赝寥拦烫伎偭窟_(dá)9.65Tg。推薦性施肥一類(lèi)型

11、（秸稈還田率30%+農(nóng)家肥30%+免耕）、推薦性施肥二類(lèi)型（秸稈還田率50%+農(nóng)家肥50%+免耕）和推薦性施肥三類(lèi)型（秸稈還田率90%+農(nóng)家肥90%+免耕）處理下，福建省耕地土壤呈現(xiàn)較顯著的“碳匯”效應(yīng)，固碳總量分別達(dá)19.95Tg、35.76Tg和65.66Tg?？傮w來(lái)看，不同農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)福建省耕地有機(jī)碳貢獻(xiàn)率大小為：推薦性施肥三類(lèi)型＞推薦性施肥二類(lèi)型＞秸稈還田90%＞推薦性施肥一類(lèi)型＞有機(jī)肥增施3倍＞有機(jī)肥增施2倍＞秸稈還田50%