上海农业学报 113 基本一致,作物产量、氮吸收和氮损失的田间实测值与模拟值拟合度较好。 Katavanagi等利用 日本地区水稻作物参数对DNDC-rice模型中氮平衡进行了验证,结果显示根、茎和籽粒干物重的实测值和 模拟值较为一致(均方根误差分别为13%、16%和7%),高估了叶面积指数(LAI)、叶片干重和叶片氮含 量(均方根误差分别为125%、60%和37%),主要是由于高估了水稻氮素吸收量和叶片氮同化水平。 李小礼等对上海东滩农业园区中稻-麦轮作系统的模拟结果表明,作物产量模拟值与实测值基本 致;较好地反映了作物产量与氮肥施用量之间的关系,当氮肥施用量达到常规用量的60%后,增施氮肥 未促进作物产量显著增加,而综合温室效应较常规降低了43%。DNDC模型可以用来分析不同节水灌 溉、施肥、控排条件下稻田氮素平衡状况及氮肥利用效率,在节水灌溉且施氮量每公顷不大于180kgN 时,稻田土壤氮库亏损每公顷为54.7-127.6kgN;除浅灌深蓄中氮和浅灌深蓄高氮处理外,控排水处理 土壤氮素亏损量均大于常规排水;浅灌深蓄、施中氮和控制排水的组合是最佳的水肥处理模式{。施入 生物炭后,由于模型中还没有建立专门针对生物炭特性的输入参数,模型并不能准确表达生物炭处理后 对CH4和N2O的影响。 Zhang等结合土壤数据库估算了1982-2000年太湖地区23Mhm2稻田中稻-麦轮作生态系统的 CH4排放量为5.67TgC,每公顷年排放量约为114-138kgC,N2O排放量为0.84TgN,每公顷年排放量 约为5-20kgN。张远等根据遥感信息技术提取了三江平原的稻田空间分布信息,结合DNDC模型估 算了CH4的季节排放量,结果表明:2006年三江平原水稻田每季CH4排放量为0.4240.513TgC,且空 间差异较大。张庆国等结合统计年鉴数据对皖中沿江平原温室气体排放情况进行了估算,2008年长 丰县水稻田CH4和N2O年排放量分别为182×10-2TgC和3.03×10TgN,每公顷年排放通量分别为 55-523kgC和2.2-13.5kgN。 havano等利用日本气候、土壤、作物和管理GS数据对1990年CH4 排放情况进行模拟,CH4排放量为216GgC,东部区域CH4排放量高于西部地区,主要是由于不同的气候 条件和水分管理措施造成的 另外,随着信息网络技术的爆炸性发展,DNDC模型已有从单机版向网络版发展的趋势,ang等 开发了 CHINA- DNDC online mode,借助大数据和互联网络等技术将单机版的DNDC模型拓展成网络版, 将 online模型应用在传统单机模型上,对模型进一步扩展;同时对稻田田间案例进行模拟分析,结果表明 online模型能够较好地模拟水稻产量和温室气体排放情况。 3.2稻田减排情景模拟 农田管理措施对农业生态系统温室气体排放和面源污染具有重要影响。DNDC模型耦合了作物生 长、水分管理、肥料管理和耕作措施等农田管理措施,输入农田管理措施后通过改变模型中生物地球化学 场影响系统中碳氮循环。 Simmonds等参数化两种水稻品种‘M206’(高产半矮化品种)和 Koshihikari’(传统品种)后,研究 了在水直播和旱直播条件下,不同氮负荷和水分管理模式下水稻的产量、CH4和N2O排放情况,结果表明 模型能够较好地区别两品种的水稻产量,再现各管理情景下淹水期CH排放动态。 L等口2利用DNDC模型对我国稻田减排潜力进行了评估,结果表明:我国稻田的水分管理从淹水 条件转为中期晒田模式时,CH4年排放量可降低4.2-4.7TgC,而N2O排放量将会增加0.13-0.20TgN; 稻田温室气体减排较为有效的措施为旱稻>浅灌>以硫酸铵替代尿素或碳酸氢铵>中期晒田>非水稻 季秸秆还田>施用缓释肥>持续淹灌{。Tian等{4将DNDC模型与 DSSAT模型(Agro- technology Transfer model)和AEZ模型(Agro- Ecological zone model)耦合,评估我国水稻种植条件下的温室气体排放 和水稻产量的平衡关系,模拟结果表明:在中期晒田和平衡施肥双重管理措施下能够在保证产量的同时 降低CH4和N2O的排放。减少我国15.7%的氮肥施用量后水稻产量并不会降低;浅灌与适量施肥相结 合在水稻产量增加(1.7%)的同时,可以降低34.3%温室气体的排放量,减少2.8%的氮损失(包括NH3 挥发、氮淋溶和反硝化作用引起的氮损失)。Sone等在斯里兰卡模拟结果表明:持续淹灌和每公顷 施氮肥225kgN的条件下,水稻高产且氮损失(N2O排放和氮淋溶)较低;另外,江西余江县模拟结果表 明:增施氮肥后N2O排放和氮淋溶增加,而施加秸秆可以降低氮淋溶量1。上海地区在常规施肥模式 (每公顷施氮肥300kgN)下,氮流失量为(1142±276)kg,当施肥模式转变为每公顷尿素150kgN+有 机肥100kgN时,氮流失量可降低至(714±151)kg。上 海 农 业 学 报 基本一致［３３３４］ ，作物产量、氮吸收和氮损失的田间实测值与模拟值拟合度较好［３５］ 。Ｋａｔａｙａｎａｇｉ等［３６］ 利用 日本地区水稻作物参数对 ＤＮＤＣｒｉｃｅ模型中氮平衡进行了验证，结果显示根、茎和籽粒干物重的实测值和 模拟值较为一致（均方根误差分别为 １３％、１６％和 ７％），高估了叶面积指数（ＬＡＩ）、叶片干重和叶片氮含 量（均方根误差分别为 １２５％、６０％和 ３７％），主要是由于高估了水稻氮素吸收量和叶片氮同化水平。 李小礼等［３７］ 对上海东滩农业园区中稻麦轮作系统的模拟结果表明，作物产量模拟值与实测值基本 一致；较好地反映了作物产量与氮肥施用量之间的关系，当氮肥施用量达到常规用量的 ６０％后，增施氮肥 未促进作物产量显著增加，而综合温室效应较常规降低了 ４３％。ＤＮＤＣ模型可以用来分析不同节水灌 溉、施肥、控排条件下稻田氮素平衡状况及氮肥利用效率，在节水灌溉且施氮量每公顷不大于 １８０ｋｇＮ 时，稻田土壤氮库亏损每公顷为 ５４．７—１２７．６ｋｇＮ；除浅灌深蓄中氮和浅灌深蓄高氮处理外，控排水处理 土壤氮素亏损量均大于常规排水；浅灌深蓄、施中氮和控制排水的组合是最佳的水肥处理模式［３８］ 。施入 生物炭后，由于模型中还没有建立专门针对生物炭特性的输入参数，模型并不能准确表达生物炭处理后 对 ＣＨ４和 Ｎ２Ｏ的影响［３９］ 。 Ｚｈａｎｇ等［４０］ 结合土壤数据库估算了 １９８２—２０００年太湖地区 ２．３Ｍｈｍ２ 稻田中稻麦轮作生态系统的 ＣＨ４排放量为 ５．６７ＴｇＣ，每公顷年排放量约为 １１４—１３８ｋｇＣ，Ｎ２Ｏ排放量为 ０．８４ＴｇＮ，每公顷年排放量 约为 ５—２０ｋｇＮ。张远等［４１］ 根据遥感信息技术提取了三江平原的稻田空间分布信息，结合 ＤＮＤＣ模型估 算了 ＣＨ４的季节排放量，结果表明：２００６年三江平原水稻田每季 ＣＨ４ 排放量为 ０．４２４—０．５１３ＴｇＣ，且空 间差异较大。张庆国等［４２］ 结合统计年鉴数据对皖中沿江平原温室气体排放情况进行了估算，２００８年长 丰县水稻田 ＣＨ４和 Ｎ２Ｏ年排放量分别为 １．８２×１０－２ＴｇＣ和 ３．０３×１０－４ＴｇＮ，每公顷年排放通量分别为 ５５—５２３ｋｇＣ和 ２．２—１３．５ｋｇＮ。Ｈａｙａｎｏ等［４３］ 利用日本气候、土壤、作物和管理 ＧＩＳ数据对 １９９０年 ＣＨ４ 排放情况进行模拟，ＣＨ４排放量为 ２１６ＧｇＣ，东部区域 ＣＨ４排放量高于西部地区，主要是由于不同的气候 条件和水分管理措施造成的。 另外，随着信息网络技术的爆炸性发展，ＤＮＤＣ模型已有从单机版向网络版发展的趋势，Ｊｉａｎｇ等［４４］ 开发了 ＣＨＩＮＡＤＮＤＣｏｎｌｉｎｅｍｏｄｅ，借助大数据和互联网络等技术将单机版的 ＤＮＤＣ模型拓展成网络版， 将 ｏｎｌｉｎｅ模型应用在传统单机模型上，对模型进一步扩展；同时对稻田田间案例进行模拟分析，结果表明： ｏｎｌｉｎｅ模型能够较好地模拟水稻产量和温室气体排放情况。 ３．２ 稻田减排情景模拟 农田管理措施对农业生态系统温室气体排放和面源污染具有重要影响。ＤＮＤＣ模型耦合了作物生 长、水分管理、肥料管理和耕作措施等农田管理措施，输入农田管理措施后通过改变模型中生物地球化学 场影响系统中碳氮循环。 Ｓｉｍｍｏｎｄｓ等［４５］ 参数化两种水稻品种‘Ｍ２０６’（高产半矮化品种）和‘Ｋｏｓｈｉｈｉｋａｒｉ’（传统品种）后，研究 了在水直播和旱直播条件下，不同氮负荷和水分管理模式下水稻的产量、ＣＨ４和 Ｎ２Ｏ排放情况，结果表明 模型能够较好地区别两品种的水稻产量，再现各管理情景下淹水期 ＣＨ４排放动态。 Ｌｉ等［１２，４６］ 利用 ＤＮＤＣ模型对我国稻田减排潜力进行了评估，结果表明：我国稻田的水分管理从淹水 条件转为中期晒田模式时，ＣＨ４年排放量可降低 ４．２—４．７ＴｇＣ，而 Ｎ２Ｏ排放量将会增加 ０．１３—０．２０ＴｇＮ； 稻田温室气体减排较为有效的措施为旱稻 ＞浅灌 ＞以硫酸铵替代尿素或碳酸氢铵 ＞中期晒田 ＞非水稻 季秸秆还田 ＞施用缓释肥 ＞持续淹灌［４７］ 。Ｔｉａｎ等［４８］将 ＤＮＤＣ模型与 ＤＳＳＡＴ模型（Ａｇｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒｍｏｄｅｌ）和 ＡＥＺ模型（ＡｇｒｏＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＺｏｎｅｍｏｄｅｌ）耦合，评估我国水稻种植条件下的温室气体排放 和水稻产量的平衡关系，模拟结果表明：在中期晒田和平衡施肥双重管理措施下能够在保证产量的同时 降低 ＣＨ４和 Ｎ２Ｏ的排放。减少我国 １５．７％的氮肥施用量后水稻产量并不会降低；浅灌与适量施肥相结 合在水稻产量增加（１．７％）的同时，可以降低 ３４．３％温室气体的排放量，减少 ２．８％的氮损失（包括 ＮＨ３ 挥发、氮淋溶和反硝化作用引起的氮损失）［４９］ 。Ｓｔｏｎｅ等［５０］ 在斯里兰卡模拟结果表明：持续淹灌和每公顷 施氮肥 ２２５ｋｇＮ的条件下，水稻高产且氮损失（Ｎ２Ｏ排放和氮淋溶）较低；另外，江西余江县模拟结果表 明：增施氮肥后 Ｎ２Ｏ排放和氮淋溶增加，而施加秸秆可以降低氮淋溶量［５１］ 。上海地区在常规施肥模式 （每公顷施氮肥 ３００ｋｇＮ）下，氮流失量为（１１４２±２７６）ｋｇ，当施肥模式转变为每公顷尿素 １５０ｋｇＮ ＋有 机肥 １００ｋｇＮ时，氮流失量可降低至（７１４±１５１）ｋｇ［５２］ 。 １１３