中国旱地农田土壤有机碳时空演变精准模拟研究

At present, biogeochemical models are often used to simulate dynamics of soil organic carbon (SOC). However, previous model applications at national scale were primarily limited to small mapping scale, which largely ignored the spatial heterogeneity of soil properties, resulting in greater uncertainty for SOC estimates. In terms of modeling verification, the modelling results were only validated with field scale studies, and long-term static observational data, due to lack of availably spatio-temporal soil data at the regional scale. Therefore,.this study focuses on modeling SOC dynamics for dry farmland soils of China. The Century model was integrated with a 1 : 1 000 000 soil database of China and GIS databases of weather, crop and agricultural management practice. Then based onthe dry farmland-soil polygons extracted by using spatial overlay analysis of the 1 :1000 000 soil database and the 1 : 1 000 000 landuse database of China, SOC dynamics and its spatial distribution from 1985 to 2015 for dry farmland of China were simulated by the Century model which was one of the most extensively used and well validated SOC models worldwide and the modeled results were validated at regional scale using more than 1 000 measured data in the year 2000. Meanwhile, variation among soil group and regional variation of SOC dynamics were discussed..The results is of great significance in realizing the sustainable development of agriculture and making the strategy of carbon sequestration in cropland soils of China.

利用生物地球化学模型进行土壤有机碳演变模拟现已成为研究热点。以往的模拟中国农田土壤有机碳演变的研究所采用的土壤数据比例尺较小，忽视了土壤属性的空间异质性，所估算的结果存在着较大的不确定性。此外，在模型验证方面，也仅仅根据田间长期定位观测结果对模型进行验证，缺少区域尺度上的验证。本项目以中国旱地农田土壤为研究对象，整合Century模型和中国1：100万土壤数据库以及气象、作物、耕作管理等GIS数据，以充分体现土壤属性空间异质性的“旱地农田-土壤图斑”为模拟单元，主要研究：1）模拟了1985~2015年中国旱地农田土壤有机碳演变规律和空间分布；2）运用2000年1000多个实测点数据对模拟结果进行区域验证；3）同时深入探讨了土壤有机碳演变的土类差异和区域差。研究结果对于实现我国农业可持续发展和制定固碳减排政策制定具有重要意义。

农田土壤有机碳演变影响土壤质量和大气中温室气体的浓度。农田土壤固碳不仅可以减缓气候变化，而且能够保障粮食安全。推荐管理措施，如少、免耕和秸秆还田等，具有促进农田土壤固碳的巨大潜力。旱地占中国农田面积的70%以上，在固定大气CO2方面可以发挥重要作用。因此，开展中国旱地土壤有机碳演变与固碳潜力的研究，不仅对于实现农业可持续发展具有重要意义，还能够为制定中国农田温室气体排放清单和固碳减排政策提供科学依据和理论支持。.土壤有机碳模型是深入研究农田生态系统土壤有机碳变化并对其演变趋势进行长期预测的重要工具，也是研究不同推荐管理措施情景下农田土壤固碳潜力必不可少的一种手段。Century模型是目前应用比较广泛的土壤有机碳模型，已在包括中国在内的多个国家得到应用和验证，其在旱地土壤有机碳模拟方面较为成熟。.本研究运用Century模型，以中国1 : 1 000 000土壤数据库和中国1 : 1 000 000土地利用数据库叠加生成的23 307个旱地-土壤图斑为模拟单元，同时收集整理全国气象数据和详细的农业生产数据，在国家尺度上模拟了1985~2015年中国旱地土壤有机碳演变规律。.1985~2015年，中国旱地土壤有机碳密度（面积加权平均值）增加3.09 Mg C ha-1，平均增速为0.103 Mg C ha-1 yr-1；105.76 Mha旱地土壤有机碳储量增加327.44 Tg，平均增速为10.91 Tg yr-1。旱地土壤有机碳含量的增加主要归因于化肥和有机肥施用量的增加。旱地土壤有机碳演变的区域差异较大，在不同旱地土类之间也有显著差异。1985~2015年，土壤固碳的旱地面积占全国旱地总面积的71.91%，集中分布在黄淮海区；而土壤丢碳的旱地面积占有28.09%，集中分布在东北区。