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全球气候变化是当今世界最大的环境问题之一,温度、CO2含量、降水量和风速等气候条件的变化将会对农业生产产生极大的影响。气候变化还会改变土壤内氮素净矿化速率,从而影响到土壤中无机态氮素的总库容量。氮素是作物生长所必须的营养元素,其对于植物体营养器官的构成具有重要作用。植物能够直接吸收利用的氮元素大部分是无机态氮,所以本文对太湖地区气候变化条件下的土壤无机态氮素动态变化进行了模拟。 本研究基于T-FACE系统平台,采用提高大气CO2含量至500μL·L-1和提高温度2℃的气候变化情景,对小麦季农田土壤中硝态氮和铵态氮含量的变化进行了研究;根据IPCC对未来50年气候变化的预测,采用CENTURY、DAISY、DNDC三种模型模拟了稻麦轮作体系中农田土壤氮素的存在形态及随时间的变化规律,以田间实测数据进行了模型验证与对比分析,确定了模型的拟合度,对三种模型在研究区的适用性进行了综合评价,研究结果可为研究区的农田水分和养分管理提供科学依据。 本文的主要研究结果如下: (1)在小麦全生育期内,土壤中的铵态氮含量呈现越冬期降低,分蘖期升高,抽穗期和成熟期再逐渐降低的趋势。升温处理会导致土壤中铵态氮含量下降,同时增大铵态氮含量的变化幅度。在分蘖期、抽穗期和成熟期田间生物量较大时,CO2浓度升高会导致表土层内铵态氮含量下降。 (2)对土壤铵态氮含量动态变化的模拟过程中,DAISY模型的模拟结果总体偏高,但模拟值的变化趋势与田间实测值的变化趋势基本一致。DNDC模型的模拟结果总体偏低,与实测值之间的误差规律性不明显。在气候变化情景下,CENTURY模型的模拟值总体变化趋势与实测值相同,拟合度最佳。 (3)对土壤铵态氮含量动态变化的模拟中,CENTURY模型的模拟值与实测值的线性拟合方程为y=0.8532x+1.1651,R2=0.8245,n=5;DAISY模型的模拟值与实测值的线性拟合方程为y=1.0582x+1.4132,R2=0.9505,n=5;DNDC模型的模拟值与实测值的线性拟合方程为y=0.9541x-0.1858,R2=0.8197,n=5。 DAISY模型的拟合度最高,CENTURY模型次之,DNDC模型最低。 (4)在小麦全生育期内,土壤硝态氮含量在播种期最高,而后各生育期内呈现逐渐降低的趋势。在追肥后含量虽有所上升,但不明显。硝态氮含量的变化程度高于铵态氮。升高CO2浓度和升高温度均可导致硝态氮含量有所下降。 (5)对土壤硝态氮含量动态变化的模拟过程中,DNDC模型的模拟值明显偏高,DAISY模型的模拟值与实测值一致,其趋势符合田间硝态氮的变化趋势。在模拟气候变化条件下,DNDC模型的模拟值远高于实测值,CENTURY和DAISY两个模型的模拟值总体变化趋势与田间硝态氮含量变化趋势相符合。 (6)对田间硝态氮含量的模拟中,CENTURY模型的模拟值与实测值的线性拟合方程为y=0.9885x+0.5678,R2=0.9044,n=5;DAISY模型的模拟值与实测值的线性拟合方程为y=0.9698x-1.5567,R2=0.9447,n=5;DNDC模型的模拟值与实测值的线性拟舍方程为y=1.1813x+3.8216,R2=0.6377,n=5。DAISY模型的拟合度最高,CENTURY模型次之,DNDC模型最低。 (7)通过精度的均值指标、稳定性指标和综合评价指标对三种模型的精度进行了评价,结果表明:对土壤铵态氮的模拟时,CENTURY模型的模拟精度最高,DNDC模型次之,DAISY模型最差。对土壤硝态氮的模拟,DAISY模型精度最好,CENTURY模型次之,DNDC模型精度最差。 (8)通过敏感性分析,确定了每个影响因子对模型模拟结果影响的大小顺序。按影响从高到低的顺序是:降水量、氮肥施用量、土壤pH值、平均气温、土壤有机碳含量、CO2浓度。可见升高温度对模型模拟的影响大于CO2浓度的影响。