上海农业学报2019,35(1):109-117 http://www.nyxb.shen Acta Agriculturae Shanghai DOl:10.15955/isn1000-3924.2019.01.21 张鲜鲜,周胜,孙会峰,等.DNDC模型在稻田生态系统中的研究进展及应用[J]·上海农业学报,2019,35(1):109-17 DNDC模型在稻田生态系统中的研究进展及应用 张鲜鲜,周胜,孙会峰,张继宁 上海市农业科学院生态环境保护研究所/上海低碳农业工程技术硏究中心,上海201403) 摘要:DNDC模型( DeNitrification- DeComposition model,反硝化-分解模型)是以模拟陆地生态系统中碳氮 循环为目的,耦合生态环境驱动因子及其相应的生物地球化学过程的模型,在稻田生态系统中有较好的应用 以稻田生态系统中DNDC模型应用为研究对象,通过调研与查阅文献,针对模型中稻田作物参数、温室气体排放 以及氮素流失等模块的优化改进情况进行了总结和分析。目前,模型虽然已经能较好地模拟稻田生态系统中作 物生长、甲烷排放以及氮素流失等,但仍然存在着诸如水稻类型匮乏、管理措施输入参数较少、氧化亚氮再现性 较弱等问题。在今后发展中,模型应丰富水稻类型、改进农田管理相应参数及优化氧化亚氮的模拟机理,为在稻 田减排降污方向推广模型应用、建立可靠的评估方法提供理论支撑。 关键词:DNDC模型;稻田生态系统;温室气体排放;氮素流失 中图分类号:S511;X171.1文献标识码:A文章编号:1000-3924(2019)01-109-09 Advance and application of dNdc model in paddy ecosystem ZHANG Xian-xian, ZHOU Sheng", SUN Hui-feng. ZHANG Ji-ning Institute of Eco-environmental Protection Research and Shanghai Engineering Research Center of Low-carbon Agricultural, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201403, China) bstract: DNDC model( DeNitrification-DeComposition model)is a process-oriented model that predicts carbon and nitrogen dynamics via coupling of biogeochemistry processes to ecologic environmental factors, which also has a well prediction of greenhouse gas emissions from rice paddy. Advance and application of DNDC model in paddy ecosystem were reviewed, including crop growth, greenhouse gases emissions and nitrogen loss from paddy field. The results showed that modeled results of crop growth, methane emissions, and nitrogen loss fitted observed values well after years of improvement. However, DNDC model still has its disadvantages in rice varieties, management techniques, and nitrous oxide reproducibility. These findings have implication for model mprovement on the variety of rice type, input data of agricultural management, and the mechanism of nitrous oxide emissions to provide theoretical support in greenhouse gases emissions mitigation and establish a reliable evaluation method on paddy ecosystem Key words: DNDC model; Paddy ecosystem; Greenhouse gases emissions; Nitrogen loss 农业生态系统是碳氮循环的重要载体,是甲烷、氧化亚氮和二氧化碳(CH4、N2O和CO2)的重要源汇 也是氮素流失导致水体富营养化的重要源头。农业系统中碳氮循环受诸多因素影响,如土壤、气候、作物 以及农田管理措施等。正确认知农业生态系统中的碳氮循环,定量温室气体排放与氮素流失情况,对于 研究农田减排降污、减少农田生态系统的环境负效应具有重要意义。 据世界粮农组织统计数据显示,2016年农业源温室气体可占人类活动产生温室气体排放总量的 10%-12%口),其中CH4排放量为3.22×10°GgCO2-eq,N2O排放量599×10°CgCO2-eq。稻田是我国 农田生态系统的重要组成部分,其面积占总耕地面积的24.7%口。水稻种植过程中长期淹水,土壤长期 收稿日期:2018-10-11 基金项目:上海市科技兴农项目(G2016060301,20130101和20170122);国家科技支撑项目(2013BADB02 作者简介:张鲜鲜(1987—),女,博士,主要从事稻田碳氮循环研究。E-mail: xixia0l090@163 *通信作者,E-mal:house@263.net收稿日期：２０１８１０１１ 基金项目：上海市科技兴农项目（Ｇ２０１６０６０３０１，Ｔ２０１３０１０１和 ２０１７０１２２）；国家科技支撑项目（２０１３ＢＡＤ１１Ｂ０２） 作者简介：张鲜鲜（１９８７—），女，博士，主要从事稻田碳氮循环研究。Ｅｍａｉｌ：ｘｉｘｉｚｉ０１０９０＠１６３．ｃｏｍ 通信作者，Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｕｓ＠２６３．ｎｅｔ 上海农业学报 ２０１９，３５（１）：１０９１１７ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｙｘｂ．ｓｈ．ｃｎ ＡｃｔａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｅＳｈａｎｇｈａｉ ＤＯＩ：１０．１５９５５?ｊ．ｉｓｓｎ１０００３９２４．２０１９．０１．２１ 张鲜鲜，周胜，孙会峰，等．ＤＮＤＣ模型在稻田生态系统中的研究进展及应用［Ｊ］．上海农业学报，２０１９，３５（１）：１０９１１７ ＤＮＤＣ模型在稻田生态系统中的研究进展及应用 张鲜鲜，周 胜，孙会峰，张继宁 （上海市农业科学院生态环境保护研究所?上海低碳农业工程技术研究中心，上海 ２０１４０３） 摘 要：ＤＮＤＣ模型（ＤｅＮｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＤｅＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，反硝化分解模型）是以模拟陆地生态系统中碳氮 循环为目的，耦合生态环境驱动因子及其相应的生物地球化学过程的模型，在稻田生态系统中有较好的应用。 以稻田生态系统中 ＤＮＤＣ模型应用为研究对象，通过调研与查阅文献，针对模型中稻田作物参数、温室气体排放 以及氮素流失等模块的优化改进情况进行了总结和分析。目前，模型虽然已经能较好地模拟稻田生态系统中作 物生长、甲烷排放以及氮素流失等，但仍然存在着诸如水稻类型匮乏、管理措施输入参数较少、氧化亚氮再现性 较弱等问题。在今后发展中，模型应丰富水稻类型、改进农田管理相应参数及优化氧化亚氮的模拟机理，为在稻 田减排降污方向推广模型应用、建立可靠的评估方法提供理论支撑。 关键词：ＤＮＤＣ模型；稻田生态系统；温室气体排放；氮素流失 中图分类号：Ｓ５１１；Ｘ１７１．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００３９２４（２０１９）０１１０９０９ ＡｄｖａｎｃｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤＮＤＣｍｏｄｅｌｉｎｐａｄｄｙｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ＺＨＡＮＧＸｉａｎｘｉａｎ，ＺＨＯＵＳｈｅｎｇ，ＳＵＮＨｕｉｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉｎｉｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｃｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＳｈａｎｇｈａｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＬｏｗｃａｒｂｏｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ，ＳｈａｎｇｈａｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１４０３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤＮＤＣｍｏｄｅｌ（ＤｅＮｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＤｅＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌ）ｉｓａｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｅｎｔｅｄｍｏｄｅｌｔｈａｔｐｒｅｄｉｃｔｓ ｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｄｙｎａｍｉｃｓｖｉａｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓｔｏｅｃｏｌｏｇｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈ ａｌｓｏｈａｓａｗｅｌｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍｒｉｃｅｐａｄｄｙ．ＡｄｖａｎｃｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤＮＤＣｍｏｄｅｌ ｉｎｐａｄｄｙｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｒｏｐｇｒｏｗｔｈ，ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｓｅｍｉｓｓｉｏｎｓａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｆｒｏｍ ｐａｄｄｙｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｍｏｄｅｌｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｒｏｐｇｒｏｗｔｈ，ｍｅｔｈａｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓ，ａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓｆｉｔｔｅｄ ｏｂｓｅｒｖｅｄｖａｌｕｅｓｗｅｌｌａｆｔｅｒｙｅａｒｓｏｆｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＤＮＤＣ ｍｏｄｅｌｓｔｉｌｌｈａｓｉｔｓｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｒｉｃｅ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ，ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ａｎｄｎｉｔｒｏｕｓｏｘｉｄｅｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｓｅｆｉｎｄｉｎｇｓｈａｖｅｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｍｏｄｅｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅｖａｒｉｅｔｙｏｆｒｉｃｅｔｙｐｅ，ｉｎｐｕｔｄａｔａｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｎｉｔｒｏｕｓ ｏｘｉｄｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｓｅｍｉｓｓｉｏｎｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈａｒｅｌｉａｂｌｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎｐａｄｄｙｅｃｏｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＮＤＣｍｏｄｅｌ；Ｐａｄｄｙｅｃｏｓｙｓｔｅｍ；Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｅｓｅｍｉｓｓｉｏｎｓ；Ｎｉｔｒｏｇｅｎｌｏｓｓ 农业生态系统是碳氮循环的重要载体，是甲烷、氧化亚氮和二氧化碳（ＣＨ４、Ｎ２Ｏ和 ＣＯ２）的重要源汇， 也是氮素流失导致水体富营养化的重要源头。农业系统中碳氮循环受诸多因素影响，如土壤、气候、作物 以及农田管理措施等。正确认知农业生态系统中的碳氮循环，定量温室气体排放与氮素流失情况，对于 研究农田减排降污、减少农田生态系统的环境负效应具有重要意义。 据世界粮农组织统计数据显示，２０１６年农业源温室气体可占人类活动产生温室气体排放总量的 １０％—１２％［１］ ，其中 ＣＨ４排放量为 ３．２２×１０６ＧｇＣＯ２ｅｑ，Ｎ２Ｏ排放量 ５．９９×１０６ＧｇＣＯ２ｅｑ。稻田是我国 农田生态系统的重要组成部分，其面积占总耕地面积的 ２４．７％［２］ 。水稻种植过程中长期淹水，土壤长期