基于DNDC模型的农田管理措施-气候变化作用下粮食产量与N2O排放模拟研究——以四川省丘陵地区为例

    • 摘要: 当前农田管理措施成为应对气候变化导致的粮食安全与生态环境问题的主要手段之一。本研究通过实地调研与样本分析,以四川省丘陵地区江油市某典型农田为研究对象,采用DNDC模型模拟氮肥施用量-施肥深度-耕作深度-无机有机肥配施四类农田管理措施下的小麦-玉米产量及N2O排放量,并在此基础上将厘定的最佳农田管理措施应用于未来气候变化情景(RCP4.5和RCP8.5情景),揭示未来气候变化下农田管理措施对粮食产量及N2O排放量的影响机制。结果表明:(1)DNDC模型对粮食产量的模拟效果较好(在基准措施情景BS验证期间,玉米和小麦产量观测值与模拟值的R2分别为0.59、0.62,MRE分别为-1.63%和-3.19%,NRMSE分别为7.32%、3.60%);(2)70%惯用施肥量(F3)、施肥深度12cm(D3)、耕作深度20cm(T3)、无机有机肥配施25%(M1)分别为各类农田管理措施中最佳情景。其中,M1为最佳单一措施情景,最佳组合情景为D3M1,其产量分别为9802.63 kg·hm-2·y-1和9804.83 kg·hm-2·y-1;(3)在未来气候变化情景下,D3M1情景的N2O排放量分别较M1、BS情景下降了4.87%~17.51%和33.62%~36.76%,而各情景产量无明显差异,因此D3M1情景为最佳农田管理措施。D3M1-RCP4.5和D3M1-RCP8.5情景长期的玉米产量较历史时期分别下降了0.03%和0.07%,其主要与生长季温度升高和产籽前期降雨增加有关。小麦生长季降雨量增加导致产量分别下降了1.31%和2.72%,且温度升高可能会使其成熟期提前。同时,未来降雨量增加使N2O排放量较历史时期呈一直上升的趋势。研究表明,在未来可采取氮肥深施12cm与无机有机肥配施25%的组合措施(D3M1)以及适量降低惯用施肥量、合理调整播种施肥日期等农田管理措施以保障粮食安全及应对气候变化带来的不利影响。

       

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