基于DNDC模型对秸秆还田下土壤有机碳和作物产量的模拟研究.pdf

摘 要 摘 要 农田土壤中的有机碳不仅能为作物提供营养物质，还能维持土壤良好结构，但其 特别容易受农田管理措施影响。秸秆还田措施一方面缓解了资源浪费和环境污染，一 方面补充了土壤碳，从而分解固定为土壤有机碳。明确秸秆还田对土壤固碳和作物增 产的长期影响效应，对于指导农田土壤改良、作物高产稳产具有重大意义。 本研究于2011 年 10 月，在关中地区麦玉轮作制度下，设置了长期定位试验，试 验采用双因素裂区试验设计：主区为秸秆还田方式，设不还田（S0）、半量还田（S0.5） 和全量还田（S1）3 个水平；副区为施肥，设不施肥（F0 ）、减量施肥（F0.8 ）、常规施 肥（F1 ）3 个水平，分析了各处理对土壤理化性质和作物产量的影响，并结合 DNDC 模型，定量预测了土壤有机碳和作物产量对长期秸秆还田处理的响应规律。结果如下： 1、秸秆还田与施肥对土壤理化性质和作物产量的影响：（1）秸秆还田处理不仅具 有明显的保墒效果，还能平衡和改善土壤温度。（2 ）农田无机氮含量和氨排放量与施 肥量呈正比。施肥配合秸秆还田相比于只施肥，能显著减少氨累积排放量 4.34~6.38 kg·hm-2 、氨损失率 1.21%~1.55%、无机氮 5.56%-31.36% 。其中秸秆还田+减量施肥的 处理效果最佳。（3 ）秸秆和施肥，均能显著增加0-50cm 土壤有机碳含量，其中S1F0.8 处理的效果最佳。（4 ）秸秆还田只有与施肥配才具有显著增产效果，其中夏玉米和冬 小麦产量的增幅分别为 6.23%~20.21%，16.60%~28.17%，但两种还田量间和两种施肥 量间的差异均不明显。综上可得：减量施肥配合秸秆还田处理能够改善土壤理化性质 的同时达到增产目的。 2 、基于 DNDC 模型对长期秸秆还田下土壤有机碳和作物产量的模拟预测：以 S0F0.8、S0.5F0.8、S1F0.8 三个处理为研究对象。结果表明：（1）模型对土壤水热、土 壤有机碳、作物产量指标的模拟值与实测值之间的相对均方根误差（RRMSE ）取值范 2 围为6.61-27.75% ，决定系数（R ）取值范围为0.5-0.96，相关性分析结果均为相关或 显著性相关，说明模型能较好的模拟出本地区土壤有机碳和作物产量特征。（2 ）未来 50 年：若秸秆不还田，有机碳储量将逐年减少，最终较最初降低 1.20%。若秸秆持续 还田，有机碳储量和土壤固碳能力将逐年增加并与还田量成正比，50 年之后，S0.5F0.8 和S1F0.8 处理的有机碳储量较最初增幅分别为：27.31%和51.10% 。秸秆还田有助于作 物高产稳产，在秸秆连续还田10-20 年时增产效果最佳。 综上所述，长期秸秆全量还田配合减量施肥是实现农田土壤固碳增质和作物高产 稳产的有效管理模式。 关键词：DNDC 模型；麦玉轮作制度；秸秆还田；土壤有机碳储量；产量 I 目 录 目 录 摘要I ABSTRACT III 第一章 导言 1 1.1 立题背景 1 1.2 研究目的及意义 3 1.3 国内外研究进展 3 1.3.1 秸秆还田与施肥对土壤有机碳和作物产量的影响 3 1.3.2 DNDC 模型在秸秆还田下土壤有机碳的模拟应用 5 1.4 研究内容 7 1.4.1 秸秆还田对土壤环境和作物产量的影响 7 1.4.2 基于DNDC 模型对长期秸秆还田下土壤有机碳和作物产量的模拟预测.. 7 1.5 技术路线 7 第二章 材料与方法9 2.1 试验区域概况 9 2.2 试验设计 10 2.3 试验方法 10 2.3.1 指标及测定方法 10 2.3.1 软件及数据分析方法 12 第三章 秸秆还田与施肥对土壤环