RothC模型模擬我國典型旱地土壤的有機碳動態(tài)及平衡點.pdf

1、農(nóng)田土壤有機碳(SOC)不僅與土壤肥力和作物產(chǎn)量密切相關,還是大氣CO2的潛在碳匯。運用模型手段研究長期施肥和秸稈還田條件下土壤有機碳的動態(tài),對于指導農(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運用長期定位試驗數(shù)據(jù)檢驗與修正RothC-26.3(Rothamsted carbon model,version26.3)模型；②修正后的RothC-26.3模型預測不同施肥和秸稈還田條件下SOC的動態(tài)及平衡點；③提出土壤培肥與固碳的

2、合理施肥措施。
　　 本研究選擇了我國東部典型的黑土、潮土及紅壤長期定位試驗區(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(江西省進賢)和小麥-玉米輪作(湖南省祁陽)。各試驗區(qū)選取了長期定位試驗較為常見的8個典型施肥處理: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)、氮磷鉀配施有機肥(NPKM)、氮磷鉀配施高最有機肥(1.

3、5NPKM)和氮磷鉀配施秸稈(NPKS),對RothC-26.3模型進行了檢驗,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點SOC的動態(tài),并預測了當前管理措施條件下各施肥處理SOC的動態(tài)及平衡點。主要結果和結論如下:
　　 (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肥處理SOC的動態(tài),但高估了NPKS處理SOC含量。相對于根系,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碳的總體周轉(zhuǎn)速率。鄭州試驗點秸稈翻壓還田處理,將RothC-26.3模型中外源有機碳的易分解組分(DPM,Decomposable Plant Material)與難分解組分(RPM,Resistant Plant Material)的比例由預設值1.44調(diào)整為3.35后,模擬效果明顯改善；公主嶺試

5、驗點秸稈覆蓋還田處理,調(diào)整DPM／RPM預設值后的模型逆向模擬結果表明,覆蓋的秸稈僅約17％進入耕層土壤。
　　 (2)RothC-26.3模型對紅壤區(qū)進賢試驗點各處理的模型模擬效果基本可行,但明顯低估了祁陽試驗點各處理SOC含量,尤其是非有機肥處理?？赡艿脑驗槠铌桙c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SOC模擬效果明顯改善。
　　 (3)我國東部旱地SOC尚處在非飽和階段,增加有機碳投入量,例如,提高秸稈還田比例、增施有機肥等,均有助于提高SOC平衡點及I直I碳潛力。當時管理措施條件下,不施肥處理各試驗點SOC均呈下降趨勢,還將繼續(xù)損失2-8thm

7、-2,達到平衡時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)和潮土(鄭州點)SOC的提高,平衡點為30—50t hm-2,固碳潛力為8-18t hm-2,而僅僅維持了紅壤(祁陽和進賢點)SOC含量,平衡點為20—24thm-2,秸稈還出量不足可能是導致祁陽紅壤SOC對秸稈還田無明顯響應的主要原因；化肥配施有機肥處理各試驗點SOC均里上升趨勢,其中,進賢和鄭州點SOC平衡點為45-55t hm-2,固

8、碳潛力為10.20t hm-2,而祁陽和公主嶺點SOC平衡點達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測我國東部旱地SOC的動態(tài)。我國東部旱地土壤尚處在非飽和狀態(tài),增加有機碳歸還量有助于提高SOC平衡點及固碳潛力?；逝涫┯袡C肥是維持作物高產(chǎn)和增加土