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近年来,气候变化对自然、社会和人类生活的影响已经引发各界的高度重视,造成气候变化的主要原因是人类活动排放了大量的温室气体,其中农业温室气体排放量占全球温室气体排放总量的20%~35%。在各类农作物中,水稻是产生CH4和N2O两大温室气体的代表性作物。施氮对农业温室气体排放的影响,尤其是水稻种植区温室气体排放的管理具有重要意义。土壤作为主要温室气体重要的源或汇,土地利用方式的改变将会导致土壤相关微环境及其生理生化过程发生改变,从而显著影响土壤中温室气体的产生与排放。因此,土地利用方式的改变是造成大气中温室气体浓度增加的主要原因之一。 DNDC模型自1992年首次发表以来,已经被广泛地应用于多个国家的农业科学研究。本研究以中国科学院千烟洲红壤丘陵综合开发试验站为研究平台,分析研究了中国南方红壤丘陵区施肥对老稻田和新转稻田主要温室气体排放通量的影响,预测土地利用方式转变之后的新转水稻综合增温效应与常年种植的老水稻综合增温效应一致需要的转换时问。利用DNDC模型,结合气象、土壤和管理措施等数据,逐年模拟土地利用方式转变后的稻田和常年种植的老稻田温室气体的排放通量,并将模拟后的结果与田间观测结果进行比较分析和敏感性分析,从中找出土地利用变化的主控因子,并预测了合理的施肥量,为区域农业温室气体减排提供空间优化管理建议。主要的结论如下: (1)本文分析处理施肥对老稻田2016年温室气体排放通量与土地利用方式改变后新转双季稻田2013-2016年温室气体排放通量的影响,研究发现施肥能有效的促进稻田CO2和N2O的排放,但对CH4的影响不显著; (2)土地利用变化后新转稻田CH4年排放通量显著低于老稻田,且转变后稻田CH4排放量随耕作年限延长逐年增加,对CO2和N2O排放通量没有显著的影响;研究发现土壤有机碳含量(SOC)是影响土地利用变化CH4温室气体通量的关键因子。 (3)DNDC能有效的模拟老稻田三大温室气体的排放通量变化,对于气体排放趋势和状态都能够捕捉的到,R2>0.92(n=44,P<0.01),对于土地利用方式转变后的新转稻田CH4和CO2温室气体模拟效果比较好,R2>0.79(n=265,P<0.01),但是对N2O的模拟效果不好,推测与土地利用方式转换之后土壤水分模块有关。 (4)根据土地利用方式转变之后新转稻田2013-2016年累计四年的温室气体排放数据,模拟出缩短水稻田耕作年限(7年)能够有效降低稻田CH4排放,另外通过DNDC模型模拟千烟洲水稻田施肥在420Kg N/ha左右时,在提高产量的同时,能够有效降低温室气体的排放,减缓全球变暖。 本研究为准确评价稻田土地利用方式改变对大气温室气体的影响提供数据支持,同时为中国南方不同土地利用方式下温室气体管理提供依据,并为准确评估区域乃至全球旱地转水田对温室气体排放的估算提供基础,在减少稻田土壤温室气体排放的同时预测土地利用变化对全球气候的影响、为人类社会制定、评价和实施应对气候变化的政策和措施提供新的思维。