太湖地區(qū)水稻土有機(jī)碳演變模擬的尺度效應(yīng)研究.pdf

1、土壤有機(jī)碳演變和全球氣候變化息息相關(guān)，利用動(dòng)態(tài)模型來(lái)模擬和預(yù)測(cè)土壤有機(jī)碳的演變現(xiàn)已成為研究的熱點(diǎn)。但是，以前的研究多局限于中、小比例尺，對(duì)于大、中、小尺度系列制圖尺度數(shù)據(jù)庫(kù)的工作少有報(bào)道，而且對(duì)于使用不同系列制圖尺度數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)土壤有機(jī)碳模型模擬精度的影響還不清楚。在模型驗(yàn)證方面，也往往根據(jù)田間長(zhǎng)期定位觀測(cè)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，但從區(qū)域尺度上并沒(méi)有對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，這樣的模擬或預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大的不確定性。因此，本研究以模擬生物地球化學(xué)過(guò)程較為成

2、熟的DNDC(De Nitrification and De Composition)模型為例，選擇基本上為水稻土的太湖流域作為研究區(qū)，通過(guò)模擬該地區(qū)230多萬(wàn)hm2水稻土在1:1400萬(wàn)、1:400萬(wàn)、1:100萬(wàn)、1:50萬(wàn)、1:20萬(wàn)和1:5萬(wàn)6種制圖比例尺下1982～2000年19年間的土壤有機(jī)碳演變，并將不同制圖尺度下的模擬結(jié)果與2000年該地區(qū)1000多個(gè)采樣點(diǎn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，嘗試從區(qū)域角度驗(yàn)證并評(píng)價(jià)模型適宜性，以便為進(jìn)一步

3、修正模型和評(píng)估不同制圖尺度下模擬精度提供理論依據(jù)。本文的主要研究結(jié)論如下：
　　 1)從不同制圖尺度下的區(qū)域驗(yàn)證來(lái)看，太湖地區(qū)水稻土2000年土壤有機(jī)碳模擬值和實(shí)測(cè)值在1:20萬(wàn)、1:50萬(wàn)和1:400萬(wàn)3個(gè)制圖尺度下相對(duì)誤差都≤±5％，達(dá)到了模擬結(jié)果很準(zhǔn)確的水平，其中在1:20萬(wàn)制圖尺度下的相對(duì)誤差最小，只有0.28％,模擬精度最高；1:5萬(wàn)和1:100萬(wàn)制圖尺度下模擬值和實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為6.4％和5.1％,≤±10％，

4、也達(dá)到了模擬結(jié)果可行的標(biāo)準(zhǔn)，而1:1400萬(wàn)的模擬值和實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差為20.0％，說(shuō)明模擬結(jié)果不可靠。從目前的大多數(shù)研究來(lái)看，我國(guó)的DNDC模型國(guó)家尺度模擬中土壤屬性數(shù)據(jù)大多使用1:1400萬(wàn)土壤圖和《中國(guó)土種志》資料，這有可能造成有機(jī)碳模擬的較大誤差。
　　 2)太湖地區(qū)不同水稻土亞類6個(gè)制圖尺度下的模型適宜性也有很大差異。漂洗型水稻土在1:20萬(wàn)制圖尺度下的模擬精度最高，潴育型水稻土是太湖地區(qū)分布面積最大的亞類，1:400

5、萬(wàn)是該亞類比較理想的模擬尺度。滲育型水稻土一般占到總水稻土面積的16％以上，該亞類在1:50萬(wàn)制圖尺度下的模擬精度最高。潛育型水稻土的土壤有機(jī)碳含量是所有亞類中最高的，相對(duì)于其他亞類，DNDC模型對(duì)潛育型水稻土的有機(jī)碳模擬效果在各個(gè)制圖尺度下都比較差，相對(duì)誤差都超過(guò)10％，但相對(duì)而言，在1:50萬(wàn)制圖尺度下的模擬精度最高。脫潛型水稻土分布面積一般占到總水稻土面積的18％以上，而且該亞類的土壤有機(jī)碳含量?jī)H次于潛育型水稻土，在1:50萬(wàn)制圖

6、尺度下該亞類的模擬精度最高。淹育型水稻土是太湖地區(qū)分布面積最小的亞類，該亞類在1:5萬(wàn)制圖尺度下模擬效果最好。
　　 3)不同制圖尺度的數(shù)字化土壤圖對(duì)碳儲(chǔ)量模擬估算的影響也不同。從本研究來(lái)看，隨著制圖比例尺的減小，DNDC模型模擬的太湖地區(qū)水稻土2000年表層(0～30cm)有機(jī)碳總儲(chǔ)量基本呈增加趨勢(shì)，尤其在1:1400萬(wàn)制圖尺度下的土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量明顯高于其他尺度。太湖地區(qū)土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量主要受潴育型水稻土、潛育型水稻土、脫潛

7、型水稻土和滲育型水稻土控制，這4個(gè)水稻土亞類的總儲(chǔ)量占不同制圖尺度下總儲(chǔ)量的93％以上。但不同制圖尺度影響最大的是潛育型水稻土和潴育型水稻土，尤其在1:1400萬(wàn)制圖尺度下這2個(gè)水稻土亞類的有機(jī)碳總量明顯高于其它尺度。
　　 4)不同制圖尺度對(duì)太湖地區(qū)水稻土有機(jī)碳的年變化(dSOC)模擬也有很大影響，土壤屬性數(shù)據(jù)最詳細(xì)的1:5萬(wàn)制圖尺度在1982～2000年19年來(lái)水稻土表層（0～30cm）有機(jī)碳總體呈升高趨勢(shì)的面積達(dá)147萬(wàn)h

8、m2，占總水稻土面積的63.4％,19年來(lái)固定土壤有機(jī)碳1.48 Tg;但在1:20萬(wàn)、1:50萬(wàn)、1:100萬(wàn)、1:400萬(wàn)和1:1400萬(wàn)5種制圖比例尺下DNDC模型模擬的1982～2000年19年表層（0～30cm）水稻土分別虧損有機(jī)碳：0.78 Tg、2.86 Tg、2.33 Tg、0.44 Tg和7.86 Tg，說(shuō)明由于不同類型土壤的有機(jī)碳屬性特征不同，土壤制圖比例尺的變化，使得區(qū)域內(nèi)土壤總面積和各類型土壤的面積比例發(fā)生顯著改

9、變，從而導(dǎo)致土壤制圖比例尺對(duì)有機(jī)碳模擬結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。
　　 5)不同管理措施和氣候因子下太湖地區(qū)水稻土有機(jī)碳的情景分析表明，加大作物生物量還田、免耕或采取秸稈還田為基礎(chǔ)的保護(hù)性耕作措施將有效的增加土壤有機(jī)碳含量，適度烤田和施用化肥也有利于土壤有機(jī)碳的積累。氣候因子對(duì)土壤有機(jī)碳的影響較為復(fù)雜，總趨勢(shì)是土壤有機(jī)碳隨著溫度的升高分解速度在加快，說(shuō)明未來(lái)氣候變暖必定會(huì)造成大量土壤有機(jī)碳的損失，這也與RothC模型模擬結(jié)果相一致。

10、r>　　 6)不同土壤數(shù)據(jù)單元對(duì)生物地球化學(xué)模型DNDC的土壤有機(jī)碳模擬精度有很大影響。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的1:1400萬(wàn)“縣級(jí)”單元法估算的太湖地區(qū)水稻土有機(jī)碳年變化(dSOC)與土壤屬性最為詳盡的1:5萬(wàn)“圖斑”單元法模擬值在整個(gè)地區(qū)總量和“縣級(jí)”單元水平上相差都很大，大多數(shù)“縣級(jí)”單元之間的dSOC相對(duì)偏差高于300％;而1:5萬(wàn)“縣級(jí)”單元法的模擬值與1:5萬(wàn)“圖斑”單元法估算值之間dSOC差異相對(duì)較小，并且1:5萬(wàn)“圖斑”單