RothC模型在我國北方農(nóng)田作物殘體提升土壤有機(jī)碳中的應(yīng)用.pdf

1、作物殘體（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(jī)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(jī)碳庫的貢獻(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)簡單的RothC模型，以我國長期定位試驗(yàn)站的基本資料為基礎(chǔ)，經(jīng)短期腐解試驗(yàn)(2012.11-2013.11

2、)和鄭州潮土區(qū)長期試驗(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)用于我國東北黑土區(qū)五個典型長期定位試驗(yàn)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(jī)碳的貢獻(xiàn)，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(jī)物料兩個情境下土壤有機(jī)碳的變化趨勢，為東北黑土退化認(rèn)知和黑土地保護(hù)提供理

3、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?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，模型的模擬值和實(shí)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(jìn)后的Rot

4、hC模型具有一定的適用性，可從有機(jī)物料種類出發(fā)，探究不同作物殘體對有機(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(xiàn)率(50％-71％)大于玉米根系和玉米秸稈對新形成SOC貢獻(xiàn)率(22％-40％)。源自

5、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(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、公主嶺及沈陽五個長期實(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

6、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

7、: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模型可用來模擬東北黑土區(qū)開墾（僅根茬還田）以米土壤有機(jī)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(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