有机无机氮配施对玉米产量和硝态氮淋失的影响

为获取玉米高产和减少氮素淋失的合理有机无机配施模式,通过田间试验和脱氮-分解模型(DeNitrification-DeComposition,DNDC)模拟,研究了有机氮替代不同比例无机氮对玉米产量和硝态氮淋失的影响。玉米田间试验在内蒙古河套灌区进行,设置了6个处理,包括不施氮（CK）、单施无机氮（U1）以及用有机氮替代25%、50%、75%和100%无机氮（U3O1、U1O1、U1O3、O1）。利用2018—2020年的U1处理对模型进行了校准,用其他处理进行验证。结果表明,该模型能较好地模拟作物产量（标准均方根误差小于5%）和硝态氮淋失量（标准均方根误差小于15%）。此外,利用该模型模拟评估不同管理措施对玉米产量和硝态氮淋失量发现,在U1处理的基础上,增加无机氮施用量会导致作物产量下降,同时也会显著增加硝态氮淋失量;增加有机氮施用量、灌水量、无机氮分施次数会增加玉米产量和硝态氮淋失量。在等施氮量240kg/hm2条件下,随着有机氮施入比例增加,玉米产量呈先升后降的趋势,硝态氮淋失量呈逐渐降低的态势。综合来看,有机无机氮配施比例为3∶2时,作物产量达到最高值（12578kg/hm2）,硝态氮淋失量（15.7kg/hm2）也在可接受水平,可确定为该地区较优有机无机氮配施模式。     

Testing the Suitability of the DNDC Model for Simulating Long-Term Soil Organic Carbon Dynamics in Japanese Paddy Soils

The suitability of the DeNitrification-DeComposition (DNDC) model for simulating long-term changes in the content of soil organic carbon (SOC) was validated using 5 sites for long-term experiments related to Japanese paddy soils. Since the model could not simulate crop growth adequately, several crop growth parameters provided by the model as default were changed to adjust crop growth to the observation. Overall, the changes in the content of SOC with time simulated by DNDC using adjusted crop parameters, agreed well with the observation in 9 plots from 5 experimental sites during the 16 to 22-year period of the experiment. The good performance of the decomposition sub-model in the DNDC was verified in the long-term SOC decomposition in paddy soils as well as in upland soils reported in previous studies. However, the simulated SOC did not agree well with the observation in some plots, especially in soils with a very low SOC content, suggesting that care should be exercised when applying the model to soils with a very low SOC content. Moreover, careful tuning of crop growth parameters should be promoted for better simulation, and detailed information about farm management required for input parameters is often difficult to obtain, especially in long-term experiments. In conclusion, the DNDC model is an effective tool for simulating long-term SOC dynamics in paddy soils. The unique kinetic scheme "anaerobic balloon" in the model may play an important role in successful simulation of SOC dynamics in paddy soils that are water-logged during the rice cropping period. This scheme may be helpful for modifying the other turnover models of soil organic matter for use for paddy soils, too.     

北方农牧交错带耕地土壤有机碳储量变化模拟研究 ——以内蒙古自治区为例

运用农业生态系统生物地球化学模型 (DNDC) ,估算北方农牧交错带内蒙古自治区耕地土壤C储量并研究其平衡状况结果表明 ,该区耕地 0～ 3 0cm土层土壤有机碳储量约为 4662 2 .6万t ,目前土壤有机碳库处于严重负平衡 ,年净损失有机碳 13 3 5万t。指出干旱半干旱农牧交错区应推行免耕、休耕等保护性耕作措施以助于土壤有机碳的积累     

季节性干湿气候对茶园坡面土壤硝态氮淋失的影响

气候变化背景下,季节性干湿对土壤NO_3~--N淋失产生重大影响。本文以太湖流域典型茶园为研究对象,基于1960—2019年降雨数据,提取每个季节十年一遇干旱、十年一遇湿润和最接近平均降雨量的气象数据,组合成31种降雨情景,并采用DNDC模型模拟不同情景下NO_3~--N淋失通量,探讨季节性干湿气候对土壤NO_3~--N淋失的影响。结果表明:湿润季节越多,NO_3~--N的淋失通量越大,反之则越小;NO_3~--N淋失容易发生在降雨集中的季节、施肥之后的雨期或干旱之后的雨期。春季和秋季干旱会导致NO_3~--N淋失通量大幅减小,减幅分别为83.9%和63.4%;秋季或冬季干旱时,如果后续季节遇到降雨,NO_3~--N淋失通量均有明显增加。春季湿润导致NO_3~--N淋失通量大幅增加,增幅为50.5%左右;而秋季湿润对NO_3~--N淋失通量无明显影响。季节性干旱情景下,NO_3~--N淋失存在滞后效应,对后续季节NO_3~--N的淋失影响显著,到来年夏季结束;季节性湿润情景下,NO_3~--N淋失存在提前效应,但对后续季节NO_3~--N淋失影响较小,到来年秋季结束。本研究有助于气候变化背景下面源氮素损失的风险评估和精准农业管理。     

应用DNDC模型模拟关中地区农田长期施肥条件下土壤碳含量及作物产量

为探讨长期不同施肥条件下土壤有机碳和作物产量的变化规律及DNDC模型在关中地区的适用性,利用在陕西杨凌设置的长期定位施肥试验数据,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾无机肥(NPK)、无机肥配施秸秆(SNPK)、无机肥配施低量有机肥(M1NPK)及无机肥配施高量有机肥(M2NPK)5个处理,分析了20年来土壤有机碳(SOC)含量、碳循环以及农作物产量的变化趋势等基本特征。分析数据表明:CK使得土壤肥力持续下降,显著地降低了SOC含量和作物产量;NPK处理虽可促进作物产量,但对表层土壤肥力的增加不明显,与CK处理无显著差异;而SNPK、M1NPK与M2NPK处理既增加了作物产量,同时也显著提高了土壤肥力,且以M2NPK的增产增肥效果最佳。在此基础上,利用实测数据标定和验证了DNDC模型,通过均方根误差(RMSE),标准化的均方根误差(N-RMSE)以及符合度指数(d)对模型适用性分析,模型预测精度较好,可用于预测该地区作物产量和土壤有机碳动态。从模型输出20年来土壤碳含量的变化看,施肥能提高作物地上部、地下部生物量以及土壤异氧呼吸作用,即同时提高了外源碳携入量和内源碳消耗量,但各施肥处理均在碳储量上表现为盈余状态。因此,在关中地区,为提高土壤肥力、碳储量以及作物产量,可推广无机肥配施有机肥的措施。     

高产粮区农业生态系统土壤碳氮循环的模拟研究--以河北省曲周县为例

以高产粮区河北省曲周县为例,运用生物地球化学循环模型-DNDC模型,在实测田间试验数据进行模型验证的基础上,对该地区农业生态系统土壤碳氮平衡进行了模拟研究.结果表明1998年曲周县47 821 hm2农业耕地土壤的总有机碳储量为C 742.94×106 kg,平均每公顷耕地土壤有机碳(SOC)储量为C 15 536.05 kg.1998年耕地土壤有机碳为正平衡,1990年为负平衡,2年SOC显著差异的主要原因在于秸秆还田比例的多少.1998年曲周县农业土壤氮库表现为盈余.土壤有机碳的长期模拟动态表明与当前管理相比,增加有机肥和秸秆还田比例、采用免耕均可有效的增加土壤有机碳的积累.     

DNDC模型对北京旱地农田N_2O排放的模拟对比分析

通过DNDC(Version 77)模型和田间原位观测,对北京地区大豆农田的N2O排放特征进行了模拟与对比分析。结果表明,DNDC模型能较好地模拟田间实测到的大豆生长期内N2O排放通量、气温和土壤地表温度的变化和N2O排放对每日降水的响应。但模型还存在一些问题：对于干旱期和非农业活动期农田的N2O排放反应灵敏度不够,模型低估了干旱期和非农业活动期农田的N2O排放通量。总的来说,在以生长期为时间尺度的计算上,模拟和实测值总量相差不大,在将来北京地区旱地农田N2O排放量估算上有很强的应用价值。为了进一步确定影响大豆生长期内N2O排放的主要因子,本文还进行了敏感性实验分析。结果表明,在一定范围内,在其他条件不变的情况下,N2O-N排放模拟值对土壤初始表面有机碳含量的变化较为敏感,随着土壤初始表面有机碳含量的增加,N2O-N排放模拟值也随着线性增加;另外,N2O-N排放模拟值对降雨中N素的含量变化也较为敏感,随着降雨中N素的含量的升高,N2O-N排放模拟值也随着非线性增加。     

基于DNDC模型的红壤旱坡花生地N2O排放模拟研究

为探究DNDC模型在红壤旱坡地N2O排放模拟的适用性,以赣北红壤旱坡花生地为研究对象,设置常规耕作和轻简化免耕2种处理,连续3年（2019—2021年）采用静态箱-气相色谱法开展N2O排放的田间原位观测试验,研究不同耕作处理下N2O排放特征及DNDC模型模拟效果。结果表明：DNDC模型对不同耕作处理下0~10cm土壤温度（相关系数r为0.86~0.87）和作物产量（r为0.90）的模拟效果较好。该模型能较好地模拟花生季因施肥和降雨引起的N2O排放波动变化,也能较好地模拟常规耕作下土壤N2O排放峰,但会在一定程度上低估轻简化免耕的N2O排放峰和排放总量,且模型对16mm以下的降雨响应较小。土壤pH值、施肥量对红壤旱坡花生地N2O排放的影响最大,降雨量、土壤有机碳含量和粘粒含量也是影响N2O排放的重要因子。模型模拟2019年不同施肥量下N2O排放总量与花生产量发现,氮肥施用量不能低于76.54kg/hm2,也不宜超过106.78kg/hm2。研究结果可为红壤坡耕地作物种植优化、农业温室气体减排等提供理论依据。     

基于不同空间分辨率土壤数据库的中国江苏省水稻土有机碳的动态模拟

A number of process-based models have been developed for quantifying carbon(C)sequestration in agro-ecosystems.The DeNitrification-DeComposition(DNDC)model was used to simulate and quantify long-term(1980-2008)soil organic carbon(SOC)dynamics in the important rice-producing province,Jiangsu,China.Changes in SOC storages were estimated from two soil databases differing in spatial resolution:a county database consisting of 68 polygons and a soil patch-based database of 701 polygons for all 3.7 Mha of rice fields in Jiangsu.The simulated SOC storage with the coarse resolution county database ranged between 131.0-320.6 Tg C in 1980 and 170.3-305.1 Tg C in 2008,respectively,while that estimated with the fine resolution database was 201.6 and 216.2 Tg C in 1980 and 2008,respectively.The results modeled with the soil databases differing in spatial resolution indicated that using the soil input data with higher resolution substantially increased the accuracy of the modeled results;and when lacking detailed soil datasets,the DNDC model,parameterized with the most sensitive factor(MSF) method to cope with attribute uncertainty,could still produce acceptable results although with deviations of up to 60% for the case study reported in this paper.     

模拟栽培条件的改变对稻田主要温室气体排放的影响

利用IKONOS高分辨率(1 m)卫星遥感图,运用典型抽样和地形→土地利用→土地覆盖→综合信息提取的方法,选定了川中丘陵区代表区域,通过对研究区域农业生产情况、土样、水样和气象资料的调查和分析,利用DNDC模型模拟农户作物生产条件下稻田CO₂、CH₄和N₂O排放情况,在此基础上,通过改变目前的研究区域冬水田(PF)（PF占研究区域面积的58.07%）生产条件中的某一影响因子,进一步研究这一因子的改变对CO₂、CH₄和N₂O排放的影响及全球增温潜势(GWP)变化情况。结果表明：氮肥种类和数量、有机肥种类和动物粪尿投入数量、晒田和不晒田、耕地深度、年平均气温变化、降雨量变化、土壤pH值变化、土壤有机质含量变化、土壤质地变化均对稻田温室气体排放有较为显著的影响。冬水田(PF)、水稻-油菜田(RR)和水稻-小麦田(RW)全年排放CO₂、CH₄和N₂O的综合GWP：RW＞RR＞PF。