基于DNDC模型的稻田生态系统碳动态模拟研究进展

DNDC （denitrification-decomposition，反硝化-分解）模型是一个含有时间因子的模拟生物地球化学过程较为成熟的动态模拟模型，可用于模拟和评估作物（如水稻）生产、碳氮动态演变以及温室气体排放等。为了能够更充分地认识DNDC模型，使之得到更广泛应用，本文基于DNDC模型的构成与功能、目前6个（DNDC、CENTURY、CASA、EPIC、Biome-BGC、Roth C）世界著名的生物地球化学模型的比较及其DNDC模型在稻田生态系统中的模块优化，从稻田土壤碳动态角度出发，分析和总结了DNDC模型在稻田土壤固碳潜力、温室气体CO₂和CH₄排放模拟、稻田管理模式评估以及模型参数敏感性分析方面的研究进展。本文也指出，受土壤属性空间异质性大、区域田间管理措施差异等因素影响，DNDC模型存在诸如点位尺度验证难以扩展到区位尺度模拟、模型矫正困难等限制模型准确性的问题。为使DNDC模型能够在中国复杂的农耕特征下开展模拟研究，今后的发展应重视DNDC模型模块功能优化、提高输入参数精确度等，进一步提高模型模拟精确度和预测评价系统的可信度，使模型更好地预测土壤碳动态变化，在稻田生态系统固碳减排和管理方案制定等方面发挥作用。     

区域农田生态系统碳足迹时空演变研究——以黑龙江省为例

为区域低碳农业和生态振兴提供数据支持，助力我国“双碳”目标的实现，以黑龙江省为例探究区域农田生态系统碳动态特征，基于2000—2020年黑龙江省13个地级市的农业生产投入等数据，构建农田生态系统碳足迹模型，分析黑龙江省农田生态系统碳足迹时空变化，并利用ArcGIS分析农田生态系统碳排放的空间相关性。结果表明:黑龙江省农田生态系统碳吸收和碳排放呈现上升趋势，碳足迹呈现波动变化特征，空间上均为“西南高、东北低”的分布格局。综上，黑龙江省农田生态系统表现为碳生态赤字，发挥碳源功能，2010年起碳生态盈亏呈现增长趋势，表明碳源功能逐渐减弱。由此有针对提出加强田间管理、实现农田固碳减排的策略建议。     

农田水利改革、增产激励与面源污染风险——基于云南陆良县改革试点的实证研究

过度施肥导致的农业面源污染问题制约着我国农业发展，而完善农田水利设施、加强农业用水管理是促进农业可持续发展的重要举措。国家正在推进的农田水利改革能否在促进农业用水方式改变的同时减少农业面源污染，是值得关注的问题，但目前学界较少从农田水利改革视角为农业面源污染的防治提供新的理论与实践依据。本研究利用云南省陆良县的农户调查数据，通过多元回归模型探索农田水利改革对当地农田氮、磷面源污染排放量的影响，并采用中介效应模型进一步分析其作用机制。结果表明，就灌溉区位条件较差的研究区域而言，在农业活动外部性约束机制尚未建立的背景下，农田水利设施的完善会导致农田氮、磷面源污染排放量增加，这与农户的增产激励行为紧密相关。具体来看，农田水利改革改变了试点村农户的轮作方式、种子用量及灌溉用水量，即由改革前早春农田撂荒或马铃薯少量种植向复耕或扩大马铃薯种植规模转变，农田种子用量及灌溉用水量增加，使得当地农田面源污染风险增大。此外，非农就业比例在农户增产激励行为与农田水利改革之间发挥了一定的调节效应。在灌溉基础相对薄弱的地区进行农田水利改革时，应同步推进农田节水灌溉以及化肥减施、适施等行动，提高农户节水节肥意识，适时开展农业绿色生产技术推广，积极发展农业社会化服务。     

辽宁省水稻田甲烷排放时空变化及影响因素

水稻田是甲烷（CH4）主要排放源，本研究应用涡动相关观测验证DNDC模型准确性，进而模拟辽宁省2016—2020年CH4排放。结果表明DNDC模拟CH4排放量与涡动相关观测结果有较好一致性（P<0.001）；辽宁省2016—2020年水稻田CH4年平均排放量7.1万t，主要分布在沈阳市和盘锦市。CH4排放速率（F_(〖CH〗_4 )）随着温度、土壤有机碳和土壤容重增加而增加，而降水对F_(〖CH〗_4 )的影响存在阈值。当6—7月降水累积量为157?317mm时，F_(〖CH〗_4 )随降水增加而增加；当小于157mm或大于317mm时，F_(〖CH〗_4 )随着降水减小而增加。在阈值之内降水通过影响土壤环境直接影响F_(〖CH〗_4 )，但当降水过多或过少时，其通过温度间接影响F_(〖CH〗_4 )。最大限度延长晒田时间是减少CH4排放的有效措施。本研究为辽宁省水稻田甲烷排放评估、预测和制定减排调控措施提供理论支持。     

施肥方式和土壤水分变化对秸秆降解特征及微生物秸秆碳利用效率的影响

为探究华北平原施肥方式和土壤水分对玉米秸秆降解特征及微生物秸秆碳利用效率的影响，从长期定位实验站采集施用9 t/hm²牛粪的有机肥和等养分含量的化肥处理(N、P、K肥)的表层土壤，将¹³C标记的玉米秸秆分别添加到2种施肥方式的土壤中，在恒湿(田间持水量(WHC)60%)和干旱胁迫(WHC 30%)条件下培养56 d，测定来源于秸秆和土壤本底的CO₂排放和微生物量碳(MBC)的动态变化，并分析微生物秸秆碳利用效率和代谢熵。结果表明:添加秸秆后，随着培养时间的延长，土壤总CO₂-C排放通量先降低后趋于稳定，土壤总MBC先增加后降低。相比恒湿条件，干旱胁迫显著降低了来源于秸秆和土壤本底(培养第1、3天除外)的CO₂-C累积排放量，却显著提高了微生物秸秆碳利用效率；培养前期(第1—7天)，干旱胁迫显著降低了土壤总MBC，但后期(第14—56天)对土壤总MBC影响不显著。恒湿条件下，施用有机肥的土壤中秸秆(培养第1天除外)和土壤本底(培养第1、3天除外)来源的CO₂-C累积排放量、微生物代谢熵均显著高于化肥处理，但在培养第3天微生物秸秆碳利用效率显著低于化肥处理；而干旱胁迫条件下2种施肥方式间秸秆(培养第56天除外)和土壤本底来源的CO₂-C累积排放量、微生物代谢熵和秸秆碳利用效率差异均不显著。综上，恒湿条件下，施用化肥可显著降低秸秆和土壤原有有机碳的累积矿化量，在培养第3天微生物秸秆碳利用效率显著升高，有利于秸秆碳在土壤中的固存；而在干旱胁迫下，化肥和有机肥施用均有利于秸秆碳的固存。     

不同初始pH对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响

为减少猪粪水贮存过程中氮素损失，提高还田安全性，采用酸化贮存技术，以磷酸为酸化剂，比较了不同初始pH对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响。结果表明：试验用猪粪水中重金属浓度大小顺序为：Cu>Pb>Zn>Cd>As，贮存后重金属浓度均降低，符合《农用沼液：GB/T 40750-2021》标准，但贮存180 d后猪粪水氮素损失率达68.55%，贮存后猪粪水中氮素以氨氮为主，占比达51.73%；酸化pH与酸化剂用量的相关性公式为：y=-3.3113x + 22.999，R2=0.985；酸化贮存大幅减少了猪粪水氮素损失，损失率较CK降低了5.98-62.77个百分点，且贮存后氨氮占总氮占比大幅提高24个百分点以上，保氮效果与pH呈反比；磷酸酸化提高了猪粪水总磷和水溶性磷浓度，增加幅度与磷酸用量呈正比；酸化贮存后猪粪水EC、Cd和Pb浓度偏高，抑制根和茎生长，其负面效应与贮存pH呈反比；酸化贮存降低了猪粪水Cu浓度，Cu浓度与pH呈正比，对As和Zn的作用无明显规律。综上所述，建议将猪粪水pH调至6.0后贮存，酸化剂成本为13.89元·吨-1。