基于Daycent模型的三江源地区草地NPP估算及其对气候变化的响应

【目的】探求1971-2020年草地NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。【方法】基于Daycent模型估算三江源地区草地NPP,结合同期温度和降水数据,运用多元回归分析法进行分析。【结果】1)三江源地区草地NPP多年的年平均值为168.10 gC/m^(2),空间上呈现东高西低,南高北低的格局。2)高寒草甸类年均NPP为227.44 gC/m^(2),高寒草原类年均NPP为117.23 gC/m^(2)。3)当降水量小于450 mm时,温度与草地NPP呈正相关;当降水量大于450 mm时,温度与草地NPP呈负相关。【结论】三江源地区草地NPP呈自东南向西北递减的空间格局;不同草地类型中,高寒草甸类年均NPP大于高寒草原类年均NPP,且高寒草原类年均NPP有显著的增加趋势;三江源地区的草地NPP与降水量呈显著相关关系,温度对该地区的草地NPP也有影响。

DayCent模型模拟黑土长期施肥下土壤碳氮变化

为促进黑土耕地可持续发展,本研究利用黑龙江省38年长期定位施肥试验的作物产量、土壤有机碳含量和全氮含量等数据,对DayCent模型进行校验和验证,同时,利用试验数据逆向模拟的方法,获取模型最佳的修正系数,分析导致模型模拟偏差的原因,揭示黑土区施肥制度对土壤碳氮动态变化的影响以及土壤碳氮转化的规律。结果表明:DayCent模型验证土壤有机碳时不施肥(CK)、氮肥(N)、二倍量氮肥(N2)、氮磷钾配施(NPK)、有机肥(M)、有机肥+氮肥配施(MN)和有机肥+氮磷钾配施(MNPK)处理的均方根差为7.2%~9.8%,验证全氮时的均方根差为7.1%~10.2%,且模拟评价的相对误差和模拟效率均在很好和较好范围内,说明模型参数组合对以有机肥归还为主的施肥条件下有机碳、全氮动态模拟较好;而验证二倍量有机肥(M2和M2N2)处理的土壤有机碳、全氮的均方根差分别为13.2%、12.5%和10.6%、10.4%,模型模拟的效果较好,DayCent模型能够基本反映土壤有机碳和全氮的变化。利用38年长期定位试验实测数据逆向分析可知,该试验点有机肥投入下的有机碳周转速率是单施化肥的1.7倍。利用DayCent模型模拟东北黑土区大量有机肥投入时的土壤碳动态变化时,需综合考虑土壤碳氮平衡、激发效应及淋洗迁移等问题,可能会在不同程度上高估高量有机肥投入下土壤有机碳动态。

基于DAYCENT模型的甘南高寒草甸土壤有机碳含量动态模拟及影响因素的灰色关联度分析

全球土壤有机碳中的10%~30%是草地土壤有机碳,其在调节生态系统平衡方面发挥着重要的作用.本研究以甘南州高寒草甸为研究对象,通过野外实测数据和文献中的参数范围对DAYCENT模型进行参数校准,使其适用于甘南州高寒草甸土壤有机碳含量的模拟.利用灰色关联度量化海拔、气温和降水与土壤有机碳含量之间的关系.结果表明:1993—2023年土壤总有机碳含量呈下降趋势,与缓性、惰性土壤有机碳含量的变化一致.土壤总有机碳含量在土壤有机碳库中变化幅度是最大的,减少了0.1 g·kg^(-1).活性土壤有机碳含量由于占比较少,其变化幅度最小,减少了0.05 g·kg^(-1).空间上表现为由西南向东北逐渐减少,且有机碳的含量随着土层的增加而减少.土壤有机碳含量的变化与海拔和降水量的变动具有一致性,而与温度呈反向一致性.灰色关联度分析结果表明,降水对土壤有机碳含量的影响最大.

Daycent模型模拟不同农作管理措施下华北地区土壤有机碳的变化

基于华北地区3个长期定位试验站点(河南郑州、山东禹城和河北曲周)的试验数据,用站点实测作物产量和土壤有机碳(SOC)双标准对Daycent模型进行校验和验证.结果表明:模型参数组合对作物产量和SOC的长期变化动态拟合效果良好,表明Daycent模型可较好地模拟作物产量和SOC的动态变化.用校验和验证了的模型对3个站点在气候情景RCP 4.5下4种不同管理措施(单施化肥NPK、化肥+有机肥MNPK、秸秆还田SNPK、免耕+秸秆NT)下SOC的变化动态进行模拟.结果表明:郑州站点NPK、MNPK、SNPK处理中,MNPK处理的SOC相对年平均增幅最高,2001—2050年间的SOC年增幅达1.7%,其次为SNPK处理(年均增幅为1.3%)和NPK处理(年均增幅为0.8%),从长远角度看,增施有机肥对灌溉轻壤土有机碳的增加有明显效果.在禹城站点,研究期间,MNPK处理的SOC年均增幅(0.4%)高于NPK处理(0.3%),由于该站点土壤有轻度盐化特征,因此各措施下SOC的增幅较低.在曲周站点,NT处理更有利于SOC的增加,研究期间的SOC年均增幅达1.3%,远高于SNPK处理(0.7%)和NPK处理(0.4%).华北地区气温适宜、灌溉条件好、具备秸秆还田及免耕机械条件,免耕+秸秆还田是该地区增加SOC的较好农作管理措施.

未来气候情景下青藏高原草地净初级生产力时空演变特征

[目的]揭示SSP126和SSP585两种气候情景下,不同气候因素(气温和降水)对青藏高原草地净初级生产力的影响,阐明青藏高原地区影响草地净初级生产力时空分布特征的主控气候因素,为未来青藏高原地区植被生态系统的综合治理提供理论依据。[方法]基于青藏高原48个气象站点基准期(1971—2020年)的日值气象数据、土壤类型数据以及模型所需要的站点管理数据,利用DAILY CENTURY(DAYCENT)模型,结合文献中对应站点的NPP实测值和MOD17A3遥感数据,对模型参数进行了校准,利用均方根误差、可决系数、效率系数等统计指标对模型模拟结果进行了评价。其次单向嵌套BCC-CSM1.1气候模式,对未来气候SSP126和SSP585情景下的青藏高原草地净初级生产力进行预测,并对预测结果进行了时空统计分析。[结果](1)在SSP126和SSP585情景下青藏高原草地NPP均呈现出由东南向西北递减的分布特征,且NPP值较高的区域主要位于青藏高原的东南部,NPP值较低的区域则位于青藏高原以西的区域;(2)在SSP126情景下,青藏高原草地净初级生产力总体呈现出下降趋势,波动范围最大的是长远期(2081—2100年),减小幅度为12.1%;在SSP585情景下,NPP总体呈现出平稳的上升趋势,其中近期(2021—2040年)的增长速率最高为12%;(3)与基准期(1971—2021年)相比,在SSP126和SSP585情景下,青藏高原85%以上的草地NPP呈现下降趋势,其中SSP126和SSP585与基准期(1971—2020)相比NPP值分别相对减少28%,23%。[结论]两种不同气候情景下,温度与NPP的相关性均高于降水。低温少雨是造成青藏高原西北地区草地NPP减少的主要原因。

不同农作管理措施对东北地区农田土壤有机碳未来变化的模拟研究

【目的】研究与探索不同农作管理措施对东北农业土壤有机碳的影响,为东北地区高产高效低碳农业及可持续发展提供科学依据。【方法】不同农作管理措施能够影响土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的未来变化,该研究基于东北地区4个长期定位试验站点(黑龙江省哈尔滨站点、吉林省公主岭站点、吉林省德惠站点、辽宁省沈阳站点)的试验数据,用站点的实测作物产量和SOC双标准对DAYCENT模型进行校验。DAYCENT模型调整的相关参数包括作物参数、耕作方式参数、施肥参数、收获参数和有机肥参数等,在对所选试验站点的长期定位试验结果校验后,利用已校验的各项参数,对模型模拟情况进行验证,发现模型模拟值与实测值吻合良好,表明DAYCENT模型适用于这4个地区的作物产量和SOC模拟,可以较好地模拟SOC的动态变化。进而研究在未来气候变化情景下(representative concentration pathway 4.5,RCP 4.5),用校验了的DAYCENT模型对这4个站点在4种不同管理情景(施用化肥、增施有机肥、秸秆还田、免耕)下的SOC变化情况进行模拟。【结果】模拟结果显示,对于哈尔滨站点,采用有机肥和氮磷钾化肥配施处理(MNPK)在短时间内使SOC升高较快,而从长远来看,配施低量有机肥与单施用化肥对SOC增加的斜率基本一致,但由于化肥和有机肥配施(MNPK)处理的初始SOC含量高,其SOC未来含量的绝对值也比较高;对于德惠站点,虽然短时间内,免耕处理SOC低于常耕处理,但长期看来,免耕更有利于增加SOC,其SOC涨幅逐渐高于常耕处理,40年间相对增加了11.88%;公主岭站点有机肥氮磷钾化肥配施和氮磷钾化肥结合秸秆还田措施较单施化肥可显著提高农田SOC;沈阳站点的未来有机碳模拟发现,在单施化肥情况下,未来的42年内SOC呈略微下降趋势,相对降低2.83%,从长远看来,单施化肥并不能使该地区SOC增加,因此,可以考虑采用有机肥和氮磷钾化肥配施等措施来提高该地区的农田SOC。【结论】DAYCENT模型可以有效地模拟作物产量和土壤有机碳的动态变化,模型适应性较强,同时DAYCENT模型可用于模拟站点未来SOC的动态变化。在东北地区农田土壤管理方面,可通过合理的有机肥化肥配施、推广免耕和秸秆还田技术来固定土壤碳,最终达到提高土壤有机碳库和促进农业可持续发展的目标。

碳汇交易背景下呼伦贝尔草地土壤碳汇核算

草地土壤碳汇是全球碳汇减排的重要组成部分。我国草地资源丰富,碳汇量大,但是由于草地土壤异质性等原因,估算难度较大,开发程度低,提高对草地土壤有机碳的模拟精度以符合草地碳汇交易开发,能够促进草地的保护以及合理开发。本研究通过对呼伦贝尔草地的合理划分研究区域来提高模型对总有机碳含量模拟的准确性,根据土壤、植被、人为干扰将呼伦贝尔草地划分为76个碳层,利用DAYCENT模型对呼伦贝尔草地土壤有机碳进行模拟,对未来碳汇潜力进行预估。结果表明,对76个碳层土壤有机碳模拟发现,2002-2030年在人为干扰的影响下,呼伦贝尔草地年均增加198.84万吨CO_2,到2030年累积碳储量约为5169.73万吨CO_2e。综上所述,通过土壤有机碳的主要影响因素划分碳层,可以提高土壤有机碳的模拟精度;呼伦贝尔草地土壤有机碳含量整体呈现东多西少;呼伦贝尔草地碳汇潜力大,有良好的碳汇交易前景。

不同气候情景下甘肃草地碳收支时空模拟与预测

在碳达峰、碳中和的背景下,草地碳汇是实现碳中和的关键路径.基于第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)气候情景数据,运用Daycent模型对甘肃草地2015~2100年碳收支进行模拟,并利用趋势分析法研究未来78 a草地碳收支的时空变化规律.结果表明,SSP245未来气候情景下,净生态系统生产力(NEP)呈不显著波动下降趋势,速率(以C计,下同)达-0.20 g·(m^(2)·a)^(-1),且该情景下草地碳汇处于下降状态;SSP585未来气候情景下,草地NEP以1.36 g·(m^(2)·a)^(-1)的速率呈显著波动上升趋势,草地碳汇逐渐增加;草地碳收支的空间分布由西北向东南递增;SSP585气候情景下的温度和降水的增幅高于SSP245的气候情景,且草地碳收支与降水量的变动具有一致性,与温度的变化呈反向关系.研究明确了在不同气候情景下甘肃草地的碳汇强度,对有效固碳有参考和促进作用.