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第26卷第9期自然资源学报Vol.26No.9
2011年9月JOURNALOFNATURALRESOURCESSep．，2011

不同耕作措施下土壤有机碳含量的模拟研究

马玉芳，蔡立群，张仁陟*

(甘肃农业大学资源环境学院，兰州730070)

摘要:应用甘肃农业大学定西旱农综合试验站的2001—2008年长期定位实验数据对DNDC模
型进行验证，4个处理的相对误差均小于±10%，均方根误差在6.41%～12.96%之间，模型模拟
值与实测值表现出较强的一致性，证明DNDC在模拟预测该地区土壤有机碳储量上是可行的。
对定位试验的4个处理的长期(100a)模拟表明，免耕覆盖秸秆(NTS)和传统耕作+秸秆还田
(TS)能够较大幅度地提高土壤有机碳含量，其土壤有机碳含量分别较初始值增加了74.76%和
71.13%，免耕(NT)处理下土壤有机碳含量增加了39.18%，趋势较为平缓。而传统耕作不覆盖
(T)处理下土壤有机碳呈下降趋势，较初始值减少了35.54%。土壤有机碳含量对土壤性状以
及耕作管理措施变化的响应模拟研究表明，秸秆还田和施用有机肥是最有效的提高土壤有机碳
含量的耕作措施，而土壤性状，尤其是初始有机碳含量是影响土壤有机碳变化的最主要敏感因
素。DNDC模型模拟得出，实行秸秆覆盖或还田及免耕等耕作措施将有效持续地增加土壤有机
碳含量，提高土壤的可持续利用能力。
关键词:土壤;土壤有机碳;DNDC模型;耕作方式
中图分类号:S181;S153．6+2文献标志码:A文章编号:1000－3037(2011)09－1546－09

土壤碳库是陆地生态系统最大的碳库，是全球碳循环的重要组成部分，在全球碳收支中
占主导地位［1］，因此与温室效应及气候变化有着密切的联系，影响着的吸收与排放
CO2。
与自然土壤相比，农田土壤在全球碳库中最活跃。在自然因素和农业管理措施(如:耕作、
施肥和灌溉等)的作用下，农田土壤碳库在不断地变化［2］。农业土壤一般被认为是大气温
室气体的提供者［3］，联合国粮农组织新近指出，耕地释放出大量的温室气体，超过全球人为
温室气体排放总量的，相当于11的土壤有机碳是土壤质量的核心，在全
30%1.5×10tCO2。
球碳循环中起着关键的作用。土壤有机碳的数量和质量影响着土壤性质、过程和行为，在维
持土壤质量、控制养分和污染物的生物有效性方面起重要的作用［4］。因而探寻合理的农业
措施对于提高土壤有机碳的积累改善土壤的质量提高生产力降低排放以及缓解全
、、、CO2
球气候增温效应等有着重要意义。
为了描述农业生态系统中有机碳氮循环的复杂的生物地球化学过程，科学家们自20
世纪80年代开始致力于发展各种生态系统的碳氮循环计算机模拟模型，到目前为止，已
有十几个这种模型发表。在这些模型里，DNDC模型以其比较精确的模拟结果和简单的
参数输入被广泛应用［3］。DNDC模型目前已在世界许多地区得到验证并开展了应用研

收稿日期:2010－09－03;修订日期:2011－03－25。
基金项目:国家自然基金项目(40771132，31060178);甘肃省高等学校研究生导师科研项目计划(1002－09)。
第一作者简介:马玉芳(1987－)，女，甘肃瓜州人，硕士研究生，主要从事农业系统模拟与土壤碳氮循环的研究。
E-mail:[e-mail]
*通讯作者简介:张仁陟(1961－)，男，甘肃静宁人，教授，博士生导师，主要研究方向为恢复生态学。E-mail:zhan-
[e-mail]
9期马玉芳等:不同耕作措施下土壤有机碳含量的模拟研究1547

究［5-7］，在2000年结束的亚太地区全球变化国际研讨会上，DNDC被指定为在亚太地区进
行推广的首选生物地球化学模型［8］。而在我国DNDC模型也已有验证和相关方面的应
用研究。王立刚、陈晨等从模拟分析耕地土壤碳变化的角度出发，利用实验站长期定位
试验的实际测定结果验证DNDC模型，发现DNDC模型模拟结果与实测值之间表现出较
强的一致性［3，9］。
定西市安定区位于西部黄土高原旱作农业区，长期的传统耕作方式造成了该地区土壤
有机质耗竭和肥力下降，农业生产低而不稳，是我国农业发展难度较大且潜力未得到发掘的
区域。本研究在长期定位试验的基础上，验证了该模型在黄土高原旱作农业区应用的可行
性，模拟研究了不同耕作措施对土壤碳库的长期影响，以期为提高该地区农业生态系统土壤
可持续利用能力提供科学依据。

1试验设计与方法

1.1DNDC模型简介
DNDC(脱氮－分解)模型是美国NewHampshire［10］发展起来的以模拟农业生态系统中
碳氮循环为目的的生物地球化学模型。模型由6个子模型构成，分别模拟土壤气候、农作物
生长、有机质分解、硝化、反