农田土壤有机碳动态模拟研究

本研究从影响土壤有机碳分解的因子入手，通过实验室培养实验， 对四种有机物料（小麦、水稻秸秆及相应的根系）在不同温度（12℃、18℃、 24℃、30℃、36℃）、不同土壤水分含量（200g/kg、300g/kg、500g/kg 及淹水）及不同土壤质地（粘粒含量从低到高）条件下的分解特征进行 了研究。结果表明：不同因子对有机碳的分解作用影响十分显著，而且 随分解时间的延长，影响因子作用程度降低。各种有机物料的分解在适 宜的水、热条件下分解主要集中在第一个月份，在温度较低的情况下， 温度升高大大促进有机联的分解，温度较高条件下，温度升高对有机碳 分解的促进作用降低。有机碳分解的温度系数Q10随培养时间也降低至 一定值。水分在含水量为300～400g/kg时的分解速率最快，淹水与干旱 条件下则分解速度大大降低。有机物料在粘性土壤中的分解速度小于在 砂性土壤中的分解速度。 利用实验室数据，运用“黑箱”理论，对有机碳在土壤中的分解过 程进行定量的研究，得出不同因子对有机碳分解的影响函数，在此基础 上，借助SYSTAT，Excel等应用软件，建立了不同环境条件下有机碳分 解的动态模型： 微分模型：△Ci=SI×TIi×WIi×(k1×OMNi+k2×OMSi) 积分模型：C_t=C_o×｛F×［1-exp（-k1×SI×TI_t×WI_t×t）］ +（1-F）×［1-exp（-k2×SI×TI_t×WI_t×t）］｝ 式中：△Ci为第i天的分解量，SI为质地影响指数、TIi、WIi分别 代表第i天的温度指数与水分指数，OMNi为有机物料中易分解的组 分，OMSi为有机物料中难分解的组分，C_t为有机碳的累积分解量， C_o为初始的有机碳量，F为易分解比例，t为分解天数，k1、k2为易 分解与不易分解组分的分解速度常数。 利用模型，对不同温度、不同水分条件下四种有机物料分解的实验 室测定数据、不同物料的田间填埋实验数据及不同方案土壤定位点改良 实验资料进行了验证，结果表明，模拟结果与观测值之间具有很好的一 致性。 利用所建模型，对江苏省宜兴市万石农田土壤有机碳的动态变化进 行了研究．结果表明：在不施有机肥的条件下，三十年后该土埂的有机 碳含量将从 1991年的阶召下降到 6叭g左右；在 3OK的作物(小麦、 水稻塌秆坯田条件下，三十年后该土壤的有机碳含量将从1991年的sghg 上升到 11 hg左右；在作物秸秆全部还田条件下，三十年后该土羹的有 机碳含量将上升约一你 若要使该土壤三十年后的有机碳含量达到 13g／kg，每年作物秸秆还田必须占收获量的 60O／；在此条件下，每年土 壤排放的有机碳约为 3500kg／ha。