随着全球气候变暖问题加剧,如何降低空气中二氧化碳浓度应对全球变暖危机,是全人类共同关注的问题。当前,旱地土壤固碳方法成为国际学者认可的固碳方法之一。通过合理的农业耕作与管理,旱地土壤可能存在较大的固碳潜力。土壤可以通过植物吸收空气中的二氧化碳(CC2)提升其自身的土壤碳密度与生产力。因此,准确估算区域尺度农田土壤有机碳的动态变化和固碳潜力不仅可为研究区域尺度土壤碳循环做铺垫,也可为区域范围内科学制定农业管理方式提供理论支持,实现农业健康绿色发展。目前,土壤有机碳动态变化及固碳潜力的研究主要采用模型模拟方法,其中CENTURY模型在农田土壤生态系统中应用广泛,并且模拟效果得到了很好的验证,模型应用已经较为成熟。本研究基于CENTURY模型先模拟研究区内监测点典型土类的有机碳动态演变并根据监测点的长期记录数据检验模型模拟效果。最后利用目前最详细的中国1:100万土壤数据库和中国1:100万土地利用数据库,通过地理信息科学的空间分析方法,结合土壤剖面数据,得到东北地区旱地土壤图斑,作为CENTURY模型模拟单元。结合研究区气象与农田管理等数据,模拟1985～2015年东北旱地土壤有机碳的动态变化并利用已有的区域采样数据从区域尺度上对模拟结果进行验证。最后利用模型预测未来30年东北地区在秸秆还田措施下的土壤固碳潜力。主要结论有:1.CENTURY模型能够较好地模拟东北地区典型土类的有机碳动态变化。相关系数与模拟效率(ME)均表明,模型模拟值与实测值具有较强的相关性,两个监测站点的相关系数分别为0.68,0.83,模拟效率在0～1之间,表明模型模拟效果令人满意。2.区域验证的结果表明,模型模拟值与实际值具有良好的一致性(r=0.56),相关性达到极显著水平(p<0.01)。说明CENTURY模型能够较好地模拟东北地区旱地土壤有机碳的动态变化。1985～2015年东北地区旱地土壤有机碳密度与储量总体呈现下降趋势。1985年,东北地区土壤有机碳密度为42.49 Mg C ha-1,到了 2015年,土壤有机碳密度为42.14 Mg C ha-1,减少了 0.35 Mg C ha-1。1985 年土壤有机碳储量为 952.28Tg,2015年土壤有机碳储量为938.39Tg,土壤有机碳储量损失13.89Tg,年均损失率为0.45 Tg C yr1。从空间分布来看,1985年,东北地区32.4%的旱地土壤其有机碳密度在50～70 Mg C ha-1之间,分布在黑龙江的西南、东北部地区和吉林省的北部。仅4.6%的旱地土壤其有机碳密度大于70 MgCha-1。015年,旱地土壤的有机碳密度位于30～50 Mg C ha-1区间占比最高(40.3%),集中分布在黑龙江省西南、东北地区,吉林省中部与辽宁省南部。仅3%的旱地土壤其土壤有机碳密度大于70 Mg C ha-1。1985～2015年东北地区旱地土壤固碳面积占总面积的62%,主要分布在黑龙江省东、西部靠近边界的地区以及吉林省中部和辽宁省。而土壤碳损失的土壤面积占总旱地面积的38%,集中分布在黑龙江省东北、西南地区和吉林省中部偏西地区。3.在不同的土壤类型中,土壤有机碳密度的动态变化存在较大差异。1985～2015年,典型土类如草甸土、黑土、黑钙土等土类其有机碳密度呈现下降趋势;沼泽土、褐土和棕壤等分布面积较小的土类,其土壤有机碳密度有所增加;土壤有机碳储量的动态变化在三个省份之间也有较大差异。4.对秸秆还田的模拟结果表明,提高秸秆还田比例可不同程度促进旱地土壤有机碳密度及其储量的增加。模型模拟末期秸秆还田措施下土壤有机碳密度均超过模拟初期的土壤有机碳密度。随着秸秆还田比例的提高,土壤有机碳密度增加越多越快。图[46]表[6]参[143]