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基于RothC模型的东北旱地和稻田土壤有机碳动态变化模拟研究

文献类型： 中文期刊

作者： 张昊鑫;于晟玥;雷秋良;杜新忠;张继宗;安妙颖;樊秉乾;罗加法;刘宏斌

作者机构：

关键词： RothC模型;土壤有机碳;秸秆还田;模型校准方法;旱地;稻田;东北

期刊名称：中国农业科学

ISSN： 0578-1752

年卷期： 2025 年 58 卷 08 期

页码：

收录情况： 北大核心（2023版） ; ; CSCD（2025-2026年度） ; ; 科技核心（2024版） ; ; 农林核心（2024版）

摘要： 【目的】探究Roth C在东北地区旱地和稻田土壤有机碳储量动态变化的适用性及不同模型校准方法对于模型模拟性能的影响。【方法】选取了一个典型的旱地和一个典型的稻田长期试验点，旱地试验来自中国科学院海伦农业生态试验站（2004—2015年），稻田试验来自八五〇农场的试验数据（2010—2017年）。每个试验点选取两个试验处理分别为仅施无机肥（NPK）和施无机肥+秸秆还田（NPKS）,用于模型模拟验证与性能评价。针对稻田土壤除采用Roth C外，还选取了两个修正版本Roth C＿p和Roth C＿0.6用于适用性评价，选用3种不同模型校准方法分别为平衡法（M1）、参数优化法（M2）、传递函数法（M3），分析不同模型校准方法对于模型模拟性能的影响。选用归一化均方根误差（n RMSE）、平均差（MD）、一致性指数（d）作为模型评价指标。【结果】海伦站的有机碳输入量表现出明显的波动趋势，NPK、NPKS处理的年均碳投入量分别为1.71、3.52 t·hm-2，八五〇农场的有机碳投入较为稳定，NPK、NPKS处理年均有机碳输入量分别为1.89、5.90 t·hm-2。海伦站的模拟验证结果显示，采用不同模型校准方法进行模拟时其n RMSE均小于5%,d在0.60—0.74，说明不同模型校准方法下的模型性能均表现为优秀，Roth C能够准确的模拟出旱地NPK、NPKS处理的SOC储量变化趋势。当采用M2方法时NPK、NPKS处理的n RMSE最小，分别为3.46%、3.09%。八五〇农场的模拟验证结果显示，Roth C和Roth C＿p的MD范围为-1.47—-13.41,n RMSE范围为2.90%—26.48%,d值均小于0.1，说明这两个模型大幅度高估了SOC储量的增加，Roth C和Roth C＿p不能够模拟出稻田SOC储量的变化趋势。Roth C＿0.6在NPK处理下，其MD范围为-0.08—0.44,n RMSE的范围为0.24%—0.85%,d值范围为0.31—0.76；而在NPKS处理下，MD范围为-5.71—-6.22,n RMSE范围为11.21%—12.12%,d值范围为0.12—0.13，说明Roth C＿0.6能够模拟出NPK处理下SOC储量的动态变化，但大幅高估了NPKS处理的SOC储量的变化。【结论】Roth C和Roth C＿0.6分别适用于东北地区旱地和稻田秸秆不还田情况下SOC储量动态变化的研究，能够准确模拟出SOC储量的变化趋势；不同模型校准方法对于模型模拟性能有影响但均在可接受范围，而传递函数法（M3）计算过程简单、节省模型运行时间，且模型模拟性能较佳，因此本研究推荐优先使用传递函数法（M3）用于模型校准。

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