基於GIS的區域農田土壤水碳氮與作物生長聯合模擬

《基於GIS的區域農田土壤水碳氮與作物生長聯合模擬》是依託中國農業大學，由黃元仿擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於GIS的區域農田土壤水碳氮與作物生長聯合模擬
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：黃元仿
• 項目類別：面上項目

項目摘要

針對目前國內外有關區域土壤水碳氮過程模擬及作物產量預測研究中的幾個關鍵問題，在充分分析申請者已有研究和資料積累的基礎上，設計本項目。擬採用理論分析與實際觀測相結合、物理模擬實驗與數學模型相結合的研究方法，選擇不同尺度的研究區域，分析土壤屬性的空間變異與尺度效應，特別是土壤機械組成這種成分數據的空間分析以及土壤質地層次的空間分布；建立基於GIS的區域土壤水碳氮過程與作物生長聯合模擬模型，完善土壤碳周轉和對大氣CO2的源匯效應分析以及作物產量預測功能；定量研究農田土壤水碳氮的行為規律及空間分布特徵，分析土壤屬性空間變異與區域過程模擬的互饋機制和尺度效應。預期結果將為了解區域農田水氮資源利用效率、作物產量、土壤有機碳庫變化，最佳化區域農田水碳氮管理措施提供決策依據，促進農業持續高效發展和低碳農業的形成。

結題摘要

針對目前國內外有關區域土壤屬性空間變異、土壤質量形成與變化、水氮碳過程與作物生產力模擬研究中的幾個關鍵問題，設計實施了本項目，屬於計量土壤學研究領域。主要研究內容分為三方面，包括土壤屬性空間預測與時空異質性、土壤質量評價與空間預測、區域農田水氮碳動態與作物生產力的模擬。在土壤屬性空間變異方面：研究了分類變數和地形因子對土壤有機質空間預測精度的影響，結果表明地形因素變數和分類變數聯合輔助可以提高土壤有機質的空間預測精度；對土壤機械組成（質地）這種成分數據的空間分布進行了重點研究，探討了在單一或者多環境因素輔助下的成分克里格法、基於質地數據轉換後的單變數和多變數插值方法，並引入Aitchison距離對不同插值方法進行比較驗證，結果表明引入高程輔助變數的局部平均簡單克里格相對於其他方法預測結果更為準確。在土壤質量形成與變化方面：探討了多時空尺度的土壤質量評價最小數據集的建立方法，研究了基於主成分分析法和隸屬度函式的土壤質量評價，研究了土壤質量空間預測方法、土壤肥力質量時空變異特徵及驅動因素，結果表明土地利用類型和農田管理措施是影響土壤肥力質量變化諸多因素中最重要因素，在不同土地利用類型和利用強度下，人為因素對土壤肥力質量的影響各不相同。在水氮碳過程與作物生產力模擬方面：引用WNMM、DNDC和SWAT模型，分別開展了區域土壤水、氮、碳過程與小流域冬小麥水分生產力的模擬，分析了區域農田水氮利用效率、最優的水氮組合以及最佳灌溉模式，建立了縣域土壤磷素流失風險的簡化評估方法。以上研究和相關成果將為分析區域土壤屬性與質量、農田水氮資源利用效率、作物生產力、土壤有機碳庫變化，最佳化區域農田水碳氮管理措施提供理論基礎和決策依據，促進農業持續高效發展和低碳農業的形成。已經發表研究論文10篇（含1篇online），其中SCI收錄5篇、EI收錄3篇。