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《西北师范大学》 2015年
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基于DNDC模型的黄土丘陵区旱地农田土壤CO_2排放模拟研究

李甘霖  
【摘要】:本研究以黄土丘陵区早地农田为研究区,采取田间试验和机理模型相结合的方法,对覆膜、不覆膜配合试验等不同技术下春玉米农田C02排放通量进行了连续野外定位观测,选取玉米主要轮作制度中不同管理方式下的9块试验田为研究对象,于2012年4月~10月及2013年4月~10月对作物田间管理、作物产出、土壤理化性状、施肥情况、降水与气象等基本数据材料进行调查、测定和统计分析。本论文对覆膜、不覆膜配合试验等不同处理条件下春玉米农田CO2排放通量进行了连续野外定位观测并构建DNDC模型,揭示了黄土丘陵区早地农田土壤CO2排放特征及其影响因素,不同管理措施下土壤C02通量动态规律,并利用DNDC模型评价了不同管理措施下的农田土壤的净温室效应,提出了旱地农田的减排技术措施。主要研究结论如下:(1)旱地农田土壤CO2排放特征季节变化特征:研究区玉米农田土壤CO2排放通量在覆膜与不覆膜管理措施下,都是7月份达到最大(覆膜条件下最大为3.5μmol/m2/s,不覆膜条件下最大为2.7μmol/m2/s),8月份迅速下降,非生长期均较低且较稳定。而且与裸地相比较,种植区的排放通量是大于裸地的。日变化特征:研究区农田土壤CO2排放规律较不明显,但是可看出,在中午12:00左右普遍地,排放速率较大,覆膜情况下最大为3.1μmol/m2/s,不覆膜情况下最大为2.1μmol/m2/s.土地裸露状态下排放通量较种植状态下普遍较低。方差分析结果:在种植作物的情况下,覆膜与不覆膜处理之间无显著性差异(p0.05);裸地情况下,覆膜与不覆膜之间无显著性差异(p0.05);而种植情况与不种植情况之间有显著性差异(p0.05)。(2)模型适用性检验用2012年的数据建立DNDC模型并验证表明,DNDC模型很好地模拟了田间的玉米生长期内CO2排放通量及其与降水、气温和土壤地表温度的变化,模拟值与实测值也较为接近。虽然该模型存在一些问题,但它在估计黄土丘陵区旱作农田土壤CO2排放方面,在未来具有较强的应用价值。(3)模型敏感性分析在其他条件不变的情况下,随着土壤温度的升高,CO2排放模拟值也随着增加,模拟值的变化与实际情况相符;相对于随着土壤温度的变化,降雨量的变化所引起的C02排放通量变化较小,同时气温以及土壤水分对于旱地农田土壤C02排放的影响比较微小。(4)模型模拟结果2013年模拟结果显示,在玉米生长季,覆膜与不覆膜两种管理条件下,旱地玉米农田土壤C02排放从三叶期开始逐渐上升,直到夏季达到最高,秋季迅速下降。覆膜管理条件下土壤呼吸最高为-3.49μmol/m2/s,不覆膜管理条件下最高为-4.86μmol/m2/s。在这期间,为农田大气CO2的汇。农田土壤CO2排放通量日变化表现出“U”型规律,无论是覆膜还是不覆膜,C02排放通量在早晨逐渐升高,并且都是在一天中的12:00达到最高,其中覆膜管理条件下,最大排放通量为-3.43μmol/m2/s,不覆膜管理条件下最大排放通量为-3.91μmol/m2/s。裸地条件下,无论是覆膜还是不覆膜,C02排放通量均在1μmol/m2/s附近波动,且覆膜条件下,比较稳定,波幅较小。玉米生长季为碳吸收,非生长季为碳排放,玉米开花期至吐丝期之后,C02吸收通量达到一年中的最大值。NEE大约从七叶期开始由正值变为负值,达到成熟后又由负值变为正值,从年碳通量变化动态来看,7月和8月是碳净吸收的最高峰,月吸收量分别为364g·m-2和302g·m-2,玉米农田生长季NEE为-666g·m-2;而4月和11月是碳释放的最高峰,释放量分别为89g-m-2和62g·m-2,非生长季NEE为403g·m-2。玉米生长季年碳收支为-143.0g·m-2,在不考虑秸杆籽粒利用方式情景下表现为碳汇。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S154.1

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