1.3 研究目标与研究内容

1.3.1 研究目标

本研究旨在利用黄淮海平原典型的长期定位点土壤数据和管理资料，建立点位土壤有机碳周转动力学模型，结合农业生产管理措施，对黄淮海平原集约农业条件下土壤有机质的积累进行定量研究，阐明黄淮海平原农业土壤二氧化碳排放规律、土壤有机质培肥目标和土壤碳固持潜力；通过对常规农业管理措施条件下农田土壤-作物系统中土壤水氮的行为规律及其对作物产量的影响进行定量研究，探讨区域土壤水、氮利用效率和氮素淋失的空间分布规律及其影响因素，并以提高作物产量和土壤水、氮利用效率，减少氮素淋失为目标来优化区域农田水氮管理措施，从而为指导农业生产实践，实现在保护农业生态环境的基础上提高粮食产量提供理论依据。

1.3.2 研究内容

1.3.2.1 土壤碳固持模型构建与验证

收集研究区域逐日气象数据（日最高气温、最低气温、平均气温、相对湿度、实际日照、2m风速、降水）、农田管理措施（耕作、播种、有机无机肥施用、秸秆还田、灌溉）、根系生物量、根长密度、作物产量、经纬度、海拔、土壤性质（干土容重、土壤质地、萎蔫系数、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、土壤水分特征曲线、土壤有机质含量）等资料。通过黄淮海平原区相关的研究资料（如作物产量、土壤有机质和土壤呼吸量等）和短期-中期物料填埋分解试验资料，对碳固持CQESTR模型进行修正并提取模型运行所需参数。

1.3.2.2 土壤碳固持模型评估及应用

利用修正的碳固持CQESTR模型，分析黄淮海平原农田土壤二氧化碳排放特征及土壤有机质矿化规律，并根据现行的管理措施和有机物料还田水平，预测黄淮海平原土壤有机碳的长期动态，并给出建议性管理措施。

1.3.2.3 水氮碳联合过程综合建模与初步应用

收集小麦、玉米生长相关研究资料建立作物系数、叶面积指数、根系分布经验模型。综合现行的PS123植物生长模型模块、垂直一维Richards方程、垂直一维CDE方程、修正的DAISY模型碳氮周转模块——CN-SIM模型模块，构建水氮碳联合过程综合模型。以曲周试验站相关研究资料对综合模型水热模块进行验证，以黄淮海平原定位试验点土壤有机质长期动态资料来校验综合模型有机碳周转模块。在此基础上研究黄淮海平原定位试验点不同农作措施土壤有机质的动态变化规律。

1.3.2.4 过程模型与GIS的结合

参考前人的有关成果，以试验资料为基础，将作物生长发育模型与土壤水、热和氮联合运移模型进行整合，建立土壤水、热、氮和作物生长联合数学模型并进行验证，将联合模型与GIS进行结合用于区域模拟，并确定模型所需的各项参数。

1.3.2.5 区域水氮行为分析与水氮管理优化

通过检验的联合模型，以1999—2000年黄淮海平原的自然条件和农村社会经济条件为背景，分析夏玉米-冬小麦种植制度下区域水氮资源利用效率和氮素淋失损失的空间分布规律及其影响因素。针对不同目标，优化农业水、氮管理措施。