RothC模型模擬我國(guó)典型旱地土壤的有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及平衡點(diǎn).pdf

1、農(nóng)田土壤有機(jī)碳(SOC)不僅與土壤肥力和作物產(chǎn)量密切相關(guān),還是大氣CO2的潛在碳匯。運(yùn)用模型手段研究長(zhǎng)期施肥和秸稈還田條件下土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài),對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)田土壤培肥與固碳具有重要意義。本研究的主要目的是:①運(yùn)用長(zhǎng)期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與修正RothC-26.3(Rothamsted carbon model,version26.3)模型；②修正后的RothC-26.3模型預(yù)測(cè)不同施肥和秸稈還田條件下SOC的動(dòng)態(tài)及平衡點(diǎn)；③提出土壤培肥與固碳的

2、合理施肥措施。
　　 本研究選擇了我國(guó)東部典型的黑土、潮土及紅壤長(zhǎng)期定位試驗(yàn)區(qū),其主要種植制度為:黑土區(qū)玉米單作(吉林省公主嶺)、潮土區(qū)小麥-玉米輪作(河南省鄭州)、紅壤區(qū)玉米-玉米連作(江西省進(jìn)賢)和小麥-玉米輪作(湖南省祁陽)。各試驗(yàn)區(qū)選取了長(zhǎng)期定位試驗(yàn)較為常見的8個(gè)典型施肥處理:不施肥(CK)、單施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、氮鉀配施(NK)、氮磷鉀配施(NPK)、氮磷鉀配施有機(jī)肥(NPKM)、氮磷鉀配施高最有機(jī)肥(1.

3、5NPKM)和氮磷鉀配施秸稈(NPKS),對(duì)RothC-26.3模型進(jìn)行了檢驗(yàn),并在秸稈還田和土壤極端酸化等條件下調(diào)整了部分模型參數(shù)。調(diào)整后的RothC-26.3模型較好地模擬了各試驗(yàn)點(diǎn)SOC的動(dòng)態(tài),并預(yù)測(cè)了當(dāng)前管理措施條件下各施肥處理SOC的動(dòng)態(tài)及平衡點(diǎn)。主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　 (1)RothC-26.3模型較好地模擬了黑土和潮土區(qū)不施肥、化肥及化肥配施有機(jī)肥處理SOC的動(dòng)態(tài),但高估了NPKS處理SOC含量。相對(duì)于根系,秸

4、稈可溶性碳含量較高,木質(zhì)素(Lignin)含量及Lignin／N均較低,且土壤物理保護(hù)作用較弱,因而分解速率較快。大量秸稈還出加速了外源有機(jī)碳的總體周轉(zhuǎn)速率。鄭州試驗(yàn)點(diǎn)秸稈翻壓還田處理,將RothC-26.3模型中外源有機(jī)碳的易分解組分(DPM,Decomposable Plant Material)與難分解組分(RPM,Resistant Plant Material)的比例由預(yù)設(shè)值1.44調(diào)整為3.35后,模擬效果明顯改善；公主嶺試

5、驗(yàn)點(diǎn)秸稈覆蓋還田處理,調(diào)整DPM／RPM預(yù)設(shè)值后的模型逆向模擬結(jié)果表明,覆蓋的秸稈僅約17％進(jìn)入耕層土壤。
　　 (2)RothC-26.3模型對(duì)紅壤區(qū)進(jìn)賢試驗(yàn)點(diǎn)各處理的模型模擬效果基本可行,但明顯低估了祁陽試驗(yàn)點(diǎn)各處理SOC含量,尤其是非有機(jī)肥處理?？赡艿脑?yàn)槠铌桙c(diǎn)季節(jié)性干濕交替及土壤質(zhì)地粘重且極端酸化,抑制了土壤微生物活性,降低了HUM(Humified Organic Matter)碳組分的分解速率。將RothC-26.

6、3模型 HUM碳組分的分解速率常數(shù)由0.02yr-1調(diào)整為0.003yr-1(CK＼N＼NP＼NK\NPK)和0.009yr-1(NPKS＼M\NPKM\1.5NPKM)后,祁陽點(diǎn)SOC模擬效果明顯改善。
　　 (3)我國(guó)東部旱地SOC尚處在非飽和階段,增加有機(jī)碳投入量,例如,提高秸稈還田比例、增施有機(jī)肥等,均有助于提高SOC平衡點(diǎn)及I直I碳潛力。當(dāng)時(shí)管理措施條件下,不施肥處理各試驗(yàn)點(diǎn)SOC均呈下降趨勢(shì),還將繼續(xù)損失2-8thm

7、-2,達(dá)到平衡時(shí)SOC含量為10-20thm-9;化肥NPK或NPK配施秸稈有助于黑土(公主嶺點(diǎn))和潮土(鄭州點(diǎn))SOC的提高,平衡點(diǎn)為30—50t hm-2,固碳潛力為8-18t hm-2,而僅僅維持了紅壤(祁陽和進(jìn)賢點(diǎn))SOC含量,平衡點(diǎn)為20—24thm-2,秸稈還出量不足可能是導(dǎo)致祁陽紅壤SOC對(duì)秸稈還田無明顯響應(yīng)的主要原因；化肥配施有機(jī)肥處理各試驗(yàn)點(diǎn)SOC均里上升趨勢(shì),其中,進(jìn)賢和鄭州點(diǎn)SOC平衡點(diǎn)為45-55t hm-2,固

8、碳潛力為10.20t hm-2,而祁陽和公主嶺點(diǎn)SOC平衡點(diǎn)達(dá)70-100t hm-2,固碳潛力為30-60t hm-2。
　　 總之,RothC-26.3模型高估了大量秸稈翻壓或覆蓋還田時(shí)SOC含量,低估了極端酸化條件下SOC含量。修正后的RothC-26.3模型可以較好地模擬和預(yù)測(cè)我國(guó)東部旱地SOC的動(dòng)態(tài)。我國(guó)東部旱地土壤尚處在非飽和狀態(tài),增加有機(jī)碳?xì)w還量有助于提高SOC平衡點(diǎn)及固碳潛力?；逝涫┯袡C(jī)肥是維持作物高產(chǎn)和增加土