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土壤有机质是土壤肥力的重要指标之一,研究其时空演变规律对于保障粮食产量、提升土壤肥力具有重要的意义。本文基于华北平原衡水、昌平、辛集、郑州、曲周5个长期定位试验点的数据,对DNDC模型在该区域的适用性进行了评价,并分析了不同施肥、耕作和秸秆管理方式对作物产量和土壤有机碳(SOC)含量的影响。针对各试验点化肥配施有机肥(或秸秆)的特点,通过情景分析优化了各个试验点的有机无机配施比例。此外,结合RCP4.5情景下的未来气候数据,应用DNDC模型模拟了各试验点从当前到2099年的作物产量和SOC变化趋势。最后,利用京津冀平原区9个监测点的产量和SOC监测数据进行了区域校验,模拟了该区1980-2014年的作物产量和农田SOC的时空变化特征。全文主要结论如下：DNDC模型对5个长期定位试验点作物产量和SOC含量动态变化的模拟效果总体较好,除了衡水点A1B1处理冬小麦产量的模型效率系数EF值为-0.11,吕平点M处理的夏玉米产量EF值为-0.25以外,5个长期定位试验点冬小麦产量的模型模拟评价指数范围分别为：EF值为0.07-0.94,标准化均方根误差NRMSE值为8.8%-66.4%,一致性指数d值为0.66-0.98；夏玉米产量的模型模拟评价指数分别为：EF值为0.24-0.96,NRMSE值为2.6%-40.1%,d值为0.56-0.99；SOC含量的模型模拟评价指数分别为：EF值为0.09-0.98,NRMSE值为2.9%-24.2%,d值为0.45-0.98。各试验点冬小麦产量、夏玉米产量和表层SOC含量的模拟值与实测值的回归分析的决定系数R2分别为0.741-0.973、0.721-0.933和0.308-0.763,均达到了显著水平,说明该模型可用来模拟华北平原5个长期定位试验点不同耕作、施肥和秸秆还田情况下的作物产量和SOC含量的动态变化过程。总施氮量不变情况下,改变有机肥(或秸秆)替代氮肥比例的优化结果为：在衡水试验点,用玉米秸秆替代氮肥的最佳比例为40%,昌平用鸡粪替代氮肥的最佳比例为30%,辛集用堆肥替代氮肥的最佳比例为40%,郑州用饼肥替代氮肥的最佳比例为10%,曲周翻耕和免耕条件下用麦秸替代氮肥的最佳比例分别为40%和10%。氮肥施用量固定改变有机肥(或秸秆)配施量时,各试验点配比优化结果为：衡水氮肥与玉米秸秆供氮配施比例1：2(氮肥120 kg N hm-2和秸秆23762kg hm-2)为最佳配施比例；昌平化肥与鸡粪配供氮施比例为1：0.33的处理(氮肥150 kg N hm-2和鸡粪4000kg hm-2)为最佳；辛集化肥与堆肥供氮配施比例为1：1.33的处理(氮肥120 kg N hm-2和堆肥32000 kg hm-2)为最佳配施比例；在郑州化肥与饼肥供氮配施比例为1：1.67的处理(氮肥120kg N hm-2和饼肥2857 kg hm-2)为最佳配施比例；在曲周试验点,翻耕和免耕条件下,氮肥与麦秸供氮配施比例均为1：0.4(氮肥120 kg N hm-2和麦秸8727 kg hm-2)为适宜的配施比例。各试验点在RCP4.5和当前气候气候情景下从2000年左右到2099年作物产量的模拟结果表明,在衡水试验点,除不施肥的对照处理(CK)外,RCP4.5情景下各处理作物平均产量比当前气候情景下增加了1.2%-3.3%；昌平试验点RCP4.5情景下各处理作物平均产量比当前气候情景下增加了0.7%-15.6%；辛集试验点RCP4.5情景下各处理作物平均产量比当前气候情景下增加了0.4%-10.5；郑州试验点,除了处理CK,RCP4.5情景下各处理作物平均产量比当前气候情景下增加了4.2%-6.0%；曲周试验点,RCP4.5情景与当前气候情景相比,CK和单施化肥处理(F)平均产量减少了5.9%和5.6%,而单施有机肥处理(M)和化肥配施有机肥处理(FM)平均产量增加了3.7%和3.9%。由各试验点在RCP4.5和当前气候气候情景下到2099年的SOC含量变化模拟结果可知,不施肥(处理CK)条件下,到2099年期间,衡水、昌平的SOC含量在RCP4.5和当前气候情景下均呈现下降趋势；辛集的SOC含量在RCP4.5情景下呈现上升趋势,在Basline情景下呈现下降趋势；郑州、曲周的SOC含量在在RCP4.5和当前气候情景下均呈现上升趋势。在衡水、昌平、辛集和郑州,无论是RCP4.5还是当前气候情景下,化肥配施有机肥(FM处理)条件下SOC含量的年增长速率最高,且RCP4.5情景下的增长速率大于当前气候情景。1980-2014年的35年间,京津冀平原区SOC含量空间分布总体北部较高,南部较低,河北中部霸州地区SOC含量有逐渐降低的趋势,尤其是在2000年之后比较明显,且SOC含量较高的区域面积在逐渐缩减,而天津的武清地区SOC含量在逐渐上升,且SOC含量较高的区域面积在不断扩大。在没有秸秆还田的条件下,有10.7%的区域SOC含量35年来总体呈现下降趋势,位于河北中部地区；SOC增加量为0.4-0.8 gkg-1的区域所占比例最大,为60.3%,包括河北中部、中南部、东部地区以及北京东部和天津；SOC增加量最大(1.5-2 g kg-1)的区域位于河北省南端,仅占总面积的3.5%。而1999年10月开始秸秆还田条件下,35年来SOC含量增加量最大为5-8 gkg-1,最小为1.5-2 g kg-1,且没有SOC含量下降的区域可见秸秆还田对于提升京津冀平原区农田SOC含量效果显著。1980-2014年间,京津冀平原区作物产量总体呈现东北较高,西南较低的趋势,而作物产量较高的区域与SOC含量水平高的区域比较一致。