农田土壤有机碳动态模拟模型的建立

 假定施入土壤的有机物料由易分解与难分解两组分组成 ,这部分外源有机碳与土壤原有有机碳的分解遵循一级动力学反应 ,相应的一级动力学速率常数受土壤环境影响函数的修正 ,导出各组分有机碳分解模型的微分形式 :d Ci/ dt=Ki × f T× f W× f S× Ci ( i =1,2 ,S)。式中 Ci 为第 i种有机碳组分 t时刻的数量 ,i =1,2 ,S分别表示外源有机碳中易分解与难分解组分以及土壤原有有机碳组分 ,Ki 为相应的一级动力学速率常数。f T、f W 及 f S分别为土壤温度、水分及质地对有机碳分解的影响函数 ,它们通过对不同有机物料在实验室控制条件下的培养测定结果得以确定。由有机碳分解模型的微分形式导出相应的积分形式 :Cit=Cio× EXP( Ki × f T × f W× f S× t)。运用非线性技术 ,求得一级动力学参数 K1 、K2 及 KS分别为 0 .0 2 5、0 .0 80× 10 - 2和 0 .0 65× 10 - 3( d- 1 ) ,小麦秸秆、小麦根系、水稻秸秆及水稻根系的易分解比例分别为 0 .5 0、0 .2 5、0 .4 0和 0 .2 0 ,该数值与物料的碳氮比及木质素含量有关     

集约农作条件下土壤有机碳动态模拟及其在黄淮海平原区的应用

 集约农田土壤有机碳动态对作物可持续生产有重要意义。本研究基于碳固持CQESTR模型，在国内短期、中长期物料填埋试验资料基础上进行修正，将CQESTR模型按照物料降解与累积积温关系划分4个阶段，确定了不同降解阶段的物料类型因子。通过对黄淮海平原集约化农区7个独立肥料长期定位点1 151组耕层土壤有机质观测值与模拟值进行验证，模型模拟95％置信区间为1.91 g·kg-1，r2＝0.91。修正的CQESTR模型可以预测不同种植和管理措施下作物残体、外源有机物料及土壤有机质的矿化，从而对集约耕作条件下土壤有机碳矿化和固持进行评价。     

稻田土壤有机碳变化的模拟:SCNC模型检验

应用自主建立的土壤碳循环模型（SCNC）模拟了中亚热带地区6个稻田长期定位试验土壤有机碳15年间的变化。结果表明．SCNC模型较为准确地模拟了各处理土壤有机碳的变化趋势，在所有模拟值与实测值的比较中，相对误差的绝对值〈5％的比率占43．89％．〈10％的则占71．11％。监测点土壤有机碳实测值和模拟值的相关性均达到了极显著水平，二者相关曲线的斜率均在0．95～1．05之间。说明SCNC模型适合于我国亚热带稻田土壤有机碳的模拟，但模拟结果也表明，模型在一定程度上（〈20％）低估了不施肥处理的有机碳积累量，需要进一步改进。     

东北三省耕地土壤有机碳储量变化的模拟研究

 利用农业生态系统生物地球化学模型(DNDC)方法,在GIS区域数据库支持下运行模型,研究了东北三省地区土壤有机碳储量状况,及其在现行农田管理措施下的变化特征。结果表明,以1998年为例,东北三省耕地土壤有机碳(SOC)储量(0-30cm土层)约为124 348万t,黑龙江、吉林和辽宁省分别占58.4％、25.5％和16.1％;在目前的农作制度下土壤有机碳库处于严重的负平衡,每年净丢失有机碳3122万t,黑龙江、吉林和辽宁省分别占59.3％、25.9％和14.8％;单位面积耕地SOC年减少量高达2.05 t·     

基于模型和GIS的江苏省农田土壤有机碳变化研究

 以土壤基本性状、气候条件、作物产量和耕作措施等为基本输入数据 ,将土壤有机碳分解模型与GIS技术耦合 ,模拟江苏省农田土壤有机碳含量分布的现状及未来变化趋势。对典型农区土壤有机碳测定数据的验证表明 ,所采用的模型能较好地描述土壤有机碳的动态变化。模拟结果指出 ,自第二次土壤普查以来 ,全省 77%的农田土壤有机碳含量有所增加。至 2 0 0 0年 ,苏北和沿海地区土壤有机碳含量增加量为 1.0～ 3.0g·kg-1,苏南太湖地区增加量为 3.5～ 5 .0g·kg-1。但苏中的江淮平原和宁镇丘陵区略有下降 ,仅增加约 0 .5～ 1.5g·kg-1。预测 2 0 10年在不同秸秆还田量条件下 ,江苏省农田土壤有机碳含量将继续增加 ,且有较大的接纳外源有机碳的能力     

添加蔗渣生物质炭对农田土壤有机碳矿化的影响

【目的】研究蔗渣生物质炭施用后农田土壤有机碳（SOC）矿化动态,为合理利用有机废弃物资源提供科学参考。【方法】在25℃、100%空气湿度条件下培养100 d,研究生物质炭不同添加量（0.1%、0.5%、1.0%和2.0%,以干土计）下水田和旱地土壤有机碳的矿化特征。【结果】各处理土壤有机碳矿化速率随时间的变化符合对数关系（P＜0.01）;土壤特性、生物质炭添加量及两者的交互作用对土壤总有机碳矿化有极显著影响（P＜0.01）;与对照相比,添加低量（0.1%）的生物质炭水田土壤有机碳累积矿化量降低了2.18%,旱地土壤有机碳累积矿化量降低了4.62%;添加低量生物质炭（0.1%和0.5%）对旱地SOC矿化的影响效果更明显,而添加高量生物质炭（1.0%和2.0%）则对水田土壤的影响效果更明显;培养前期生物质炭对水田土壤原有有机碳矿化正激发效应高于旱地土壤,后期对旱地土壤的负激发效应更稳定且维持时间更长。【结论】添加生物质炭不改变SOC矿化趋势。添加低量（0.1%）的生物质炭可抑制SOC矿化、促进SOC的积累。     

基于DNDC模型的玉米田土壤有机碳变化模拟预测

为揭示有机碳变化的关键影响因素并为北京地区实现固碳减排目标提供科学依据,利用北京怀柔区前桥梓村玉米田2016-2019年土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）实测数据对反硝化-分解模型（denitrification-decomposition model,DNDC）进行验证,选取气候、土壤及秸秆还田等主要影响因子对验证后的DNDC模型进行敏感性分析,模拟了2种典型浓度路径（RCP8.5、RCP4.5）下该农田未来（至2100年）土壤有机碳变化情况。结果显示：经过校验后的DNDC模型可较好地模拟该玉米田SOC变化;初始有机碳含量及秸秆还田率是SOC变化的主要影响因素;RCP8.5及RCP4.5下SOC含量增加明显,土壤碳库在2100年达到平衡,2100年有机碳含量分别达到27.70、29.03 g/kg,分别较初始有机碳含量上升197.85%和212.15%。结果表明,DNDC模型可用于该研究区玉米田有机碳变化预测,该农田持续采用当前施肥和秸秆还田管理方式可实现土壤持续固碳。     

渝西南典型区农田表层土壤有机碳库研究

选取位于渝西南的江津区为典型研究区,通过实地采样分析和历史资料调研,在GIS技术的支持下,对该区 域的农田表层(0~20cm)土壤有机碳密度及储量进行了估算,并探讨其空间分布特征.结果表明,研究区农田表 层土壤有机碳含量变化范围为1.14~52.3g/kg,平均有机碳含量为9.47g/kg,有机碳密度均值为2.54kg/m2, 低于重庆市和全国的平均水平.从空间分布来看,江津区农田表层土壤有机碳密度分布不均匀,高值区零星分布 在江河沿岸及周边地区,低值区由中部向东南部延伸分布.农田表层土壤有机碳总储量为3668.9×109 g,其 中,仅水稻土和紫色土的土壤有机碳储量已占总储量的96.14%.农田表层土壤的有机碳丰度指数介于0.80~ 1.33之间,其中冲积土最高,紫色土最低.水稻土和紫色土是研究区农田土壤有机碳库调控的重点对象,因此, 在当前经济发展中,能否稳定和增加其有机碳的储量对研究区农田土壤有机碳库管理方式的制定与增碳措施的 实施具有重要意义.     

砾石覆盖对农田土壤有机碳、微生物和土壤酶活性的影响

研究不同土地利用条件及不同砾石覆盖年限对农田土壤有机碳含量、微生物数量和土壤酶活性的影响。结果表明,砾石覆盖下,农田土壤有机碳含量基本介于未覆盖农田和撂荒地之间;随着砾石覆盖年限增加,土壤有机碳含量逐年降低,并且在15 a时达到较低。砾石覆盖下,土壤微生物数量处于较稳定的状态;农田中大多数土壤酶活性介于未覆盖农田和撂荒地之间。相关分析表明,砾石覆盖下农田土壤酶活性与土壤有机碳含量,土壤微生物数量存在显著或极显著的相关性,因而可用某些土壤酶活性表示土壤有机碳或肥力的变化情况。砾石覆盖超过15 a的农田,有机碳含量过低,多种土壤酶活性不再适合作物生长,需要停耕堆肥,重新换砂来维持产量。     

农田转变为果园后土壤有机碳含量的变化

【目的】探讨农田转变为果园后土壤有机碳含量和组成的变化,为了解不同利用方式下土壤有机碳变化和长武地区土壤碳库的演变提供参考。【方法】以位于黄土高原南部沟壑区陕西长武地区塬面上的农田和不同树龄(≤5年、5年~≤15年、15年)的果园为研究对象,对其0~200cm土层土壤有机碳的组成、剖面分布、储量等进行分析。【结果】农田转变为果园后,土壤总有机碳和易氧化有机碳的含量在树龄15年果园中分别下降了22.55%和25.79%,差异均达到显著水平(P0.05)。树龄15年果园土壤紧结合态有机碳含量与农田相比下降了25.08%(P0.05)。土壤总有机碳、稳结合态有机碳及紧结合态有机碳含量在0~200cm土层总体呈"S"型分布。树龄15年果园与农田、树龄≤5年及树龄5年~≤15年果园相比,其0~100cm土层土壤紧结合态有机碳含量和100~200cm土壤松结合态有机碳含量均较低。与农田相比,树龄15年果园的土壤总有机碳储量显著降低(P0.05),下降幅度为22.35%。【结论】农田转变为果园后,土壤总有机碳、易氧化有机碳含量及有机碳储量下降,且随着树龄的增加,以上3个指标明显降低;总有机碳及结合态有机碳含量在0~200cm土层分布差异明显。     

Model Establishment for Simulating Soil Organic Carbon Dynamics

Assuming that decomposition of organic matter in soils follows the first-order kinetics reaction,a computer model was developed to simulate soil organic matter dynamics. Organic matter in soils is divided up into two parts that include incorporated organic carbon from crop residues or other organic fertilizer and soil intrinsic carbon. The incorporated organic carbon was assumed to consist of two components, labile-C and resistant-C. The model was represented by a differential equation of dCi/dt = Ki× fT × fw × fs × Ci ( i = l,r, S ) and an integral equation of Cit = Cio × EXP ( Ki X fT X fw X fs X t ). Effect of soil parameters of temperature, moisture and texture on the decomposition was functioned by the fT, fw and fs, respectively.Data from laboratory incubation experiments were used to determine the first-order decay rate Ki and the fraction of labile-C of crop residues by employing a nonlinear method. The values of K for the components of labile-C and resistant-C and the soil intrinsic carbon were evaluated to be 0. 025,0. 080 × 10-2 and 0. 065 ×10-3d-1, respectively. The labile-C fraction of wheat straw, wheat roots, rice straw and rice roots were0.50, 0.25, 0.40 and 0.20, respectively. These values are related to the initial residue carbon-to-nitrogen ratio ( C/N) and lignin content.     

Validation and Scenario Analysis of a Soil Organic Carbon Model

A model developed by the authors was validated against independent data sets. The data sets were obtained from field experiments of crop residue decomposition and a 7-year soil improvement in Yixing City, Jiangsu Province. Model validation indicated that soil organic carbon dynamics can be simulated from the weather variables of temperature, sunlight and precipitation, soil clay content and bulk density, grain yield of previous crops, qualities and quantities of the added organic matter. Model simulation in general agreed with the measurements. The comparison between computed and measured resulted in correlation coefficient γ2 values of 0.9291 * * * (n = 48) and 0. 6431 * * (n = 65) for the two experiments, respectively. Model prediction under three scenarios of no additional organic matter input, with an annual incorporation of rice and wheat straw at rates of 6.75t/ha and 9.0t/ha suggested that the soil organic carbon in Wanshi Township of Yixing City would be from an initial value of 7.85g/kg in 1983 to 6.30g/kg, 11.42g/kg and 13g/kg in 2014, respectively. Consequently, total nitrogen content of the soil was predicted to be respectively 0.49g/kg,0.89g/kg and 1.01g/kg under the three scenarios.     

森林土壤有机碳模型评述与应用

土壤有机碳(SOC)库是陆地生物圈中最大的碳库,约占陆地总碳储量2/3,而森林土壤碳占全球土壤碳贮量73%,森林SOC储量及其变化直接影响到了全球的碳平衡。森林土壤碳储量及收支计量多采用模型方法,基于研究文献,对现有主要土壤有机质模型的类型、应用对象及其模拟精度等进行简介,重点分析和比较现在常用模型的应用范围、特征及适用对象,并对模型的模拟面积、模型性能、时空尺度及模拟结果等特征进行评估,以CENTURY模型阐述模型模拟机理、计算法则、影响因素、土壤、气候植被等输入参数的不确定性。     

秸秆还田对小麦玉米轮作田土壤有机碳质量的影响

利用小麦-玉米轮条件下不同秸秆还田方式进行定位试验,对不同秸秆还田方式下土壤有机碳和活性有机碳含量进行了6a11季的连续监测,结果表明:单施化肥和秸秆还田配施化肥均能提高土壤有机碳含量;3种还田方式均能显著提高活性有机碳和碳库管理指数,表现为玉米秸秆还田>两季秸秆还田>小麦秸秆还田;3种秸秆还田处理的土壤有机碳增长速率为玉米秸秆还田>两季秸秆还田>小麦秸秆还田。小麦季玉米秸秆还田对有机碳活性提升效果优于两季秸秆还田和玉米季小麦秸秆还田。     

外源有机碳对植烟土壤活性有机碳及酶活性的影响

试验设置2%木本泥炭(M1)、2%草本泥炭(M2)和2%褐煤(M3)3个处理,对植烟土壤的活性有机碳、碳库管理指数和酶活性进行了考察。结果表明:施用外源有机碳可以提高土壤活性有机碳(LOC)、高活性有机碳(HLOC)和碳库管理指数(CMI),提升幅度为木本泥炭褐煤草木泥炭;施用外源有机碳后,植烟土壤的过氧化氢酶活性均无显著变化,施用木本泥炭12个月后,土壤蔗糖酶活性降低了54.6%,脲酶活性升高了25.9%,而草本泥炭和褐煤处理的土壤蔗糖酶和脲酶活性变化不大。     

滴灌棉田有机碳组分对不同比率有机无机肥配施的响应

[目的]研究有机无机肥配施对土壤有机碳的影响,寻求合理的有机无机配施的施肥策略.[方法]在滴灌条件下,通过设置CK(不施肥)、100; NPK (N 300 kg/hm2;P2O5 90 kg/hm2;K2O 60 kg/hm2)、80; NPK+OF1(80; NPK+有机肥3 000 kg/hm2)和60; NPK+ OF2(60; NPK+有机肥6 000 kghm2)四个处理,进行连续3年棉田定位试验,研究土壤总有机碳、活性有机碳、土壤碳库管理指数及微生物量碳等土壤碳库特征值对不同比率有机无机肥配施的响应.[结果]施用3 000 ～6 000 kg/hm2有机肥,替代20; ～ 40;化肥可显著(P＜0.05)提高土壤总有机碳与活性有机碳含量.在第3年,80; NPK+ OF1和60; NPK+ OF2处理土壤有机碳分别比100; NPK处理增加了1.31和1.76 g/kg,增幅为11.4;和15.3;,而土壤活性有机碳则分别比100; NPK处理增加了0.59和0.79 g/kg,增幅分别为22.6;和53.0;,且处理间差异均达到显著水平(P＜0.05).与100; NPK相比,施用3 000～6 000 kg/hm2有机肥可使土壤CPMI值增加28.2;～69.7;,并可显著增加微生物量碳(P＜0.05).[结论]施用3 000～6 000 kg/hm2的有机肥,替代20;～ 40;化肥可明显增加土壤总有机碳和活性有机碳,且活性有机碳比总有机碳更敏感,有机肥替代部分化肥的施肥策略对增加滴灌棉田土壤碳库质量、提高土壤肥力有明显效果.     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳(SOC)和活性有机碳(AOC)含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平(P<0.05),具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

岩溶生态系统土壤非保护性有机碳含量研究

通过现场采样及室内测定方法,对岩溶天然林、灌丛和人工林土壤的非保护性有机碳进行了研究。结果发现,在0～10cm表层土壤,灌草丛土壤颗粒有机碳含量是天然林土壤的1.40倍,土壤轻组有机碳含量是天然林土壤的4.02倍;但随土层深度增加,天然林土壤颗粒有机碳分配比例和轻组有机碳分配比例大于灌丛土壤,且灌丛土壤有机质逐渐向大团聚体富集,而天然林不同深度土壤大团聚体都富集有机质。天然林土壤和人工林土壤<0.05mm的颗粒有机碳富集系数差异很小,但>0.1mm颗粒和0.1～0.05mm颗粒的有机碳富集系数差异相对较大,尤其在土壤表层有明显的差异。颗粒有机碳、轻组有机碳、不同深度土层土壤有机碳与水稳性团聚体之间存在显著的相关性。