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旱地占我国农田土壤总面积的70%以上,通过采取合理的农业管理措施未来有很大的“增汇”潜力,而利用有机碳模型准确评估不同土壤类型和行政单元下的有机碳变化特征是实行农业固碳措施的基础。但目前所用模型在旱地土壤有机碳模拟中大多局限于中、小比例尺,而利用大比例尺的研究工作较少;此外,大多数模型的模拟使用单一制图尺度,对大、中、小系列制图比例尺所带来的模拟误差尚未见系统报道,一定程度上增加了模拟结果的不确定性。因此,本研究以江苏北部(简称“苏北地区”)3.90×106多hm2旱地为例,选择能充分反映土壤属性空间异质性的“图斑”为最小模拟单元,运用DNDC(Denitrification-Decomposition)模型模拟1:5万、1:25万、1:50万、1:100万、1:400万和1:1000万6种制图比例尺下1980～2009年的土壤有机碳演变,并将不同制图尺度下的模拟结果与数据最详尽的1:5万数据库模拟值进行比较,从区域角度评价不同制图比例尺下整个区域、各土壤类型和行政单元的模型适应性,定量化模拟误差,结果可为苏北和我国旱地土壤选择适宜的模拟尺度和制定合理的农业管理措施提供理论依据。主要研究结论如下:(1)点位尺度的验证结果表明,1999～2007年苏北旱地土壤有机碳含量模拟平均值为13.66 g kg-1,与实测平均值13.13 g kg-1的误差百分率E为4.34%,模型模拟结果达到很准确的水平;此外,模拟值和实测值的平均绝对预测误差(MAE)和均方根预测误差(RMSE)分别只有0.53 g kg-1和0.89 g kg-1,说明DNDC模型有较高的模拟精度,可以用于该地区土壤有机碳的模拟。(2)在土壤数据最详尽的1:5万尺度下苏北旱地1980～2009年共增加了土壤有机碳37.89 TgC,年增幅在60.90～519.09kgChm-2之间,平均增速为321.73kgChm-2y1;8种旱地土壤类型的年均有机碳增速为:潮土(338.42 kg Chm-2)>紫色土(330.88 kg Chm-2)>褐土(321.51kg Chm-2)>棕壤(309.07 kg Chm-2)>盐土(303.50 kg Chm-2)>砂姜黑土(300.12 kg Chm-2)>石质土(223.70 kg Chm-2)>石灰土(187.96 kg Chm-2)。总体来看,近30年来苏北旱地土壤表现为明显的“碳汇”,且与初始土壤理化性质、肥料施用量、降雨量和温度均有密切关系。(3)苏北旱地土壤有机碳演变模拟受制图尺度的影响比较大。1:5万～1:1000万尺度下1980～2009年土壤(0～50 cm)年均有机碳密度(SOCD)和储量(SOCS)分别为30.96 Mg C hm-2和121.51 Tg C、32.89 Mg C hm-2 和 131.92 Tg C、33.03 Mg C hm-2 和 134.00 Tg C、34.02 Mg C hm-2和 130.11TgC、34.08 Mg Chm-2 和 138.61 TgC、25.14 Mg Chm-2 和 99.54 TgC。以土壤数据最详尽的1:5万尺度的模拟值为基准,其他5个尺度下年均SOCD和SOCS的相对偏差依次为6.24%和 8.56%、6.70%和 10.28%、9.90%和 7.07%、10.10%和 14.07%、18.80%和 18.09%。随制图尺度的减小,其他制图尺度与1:5万尺度模拟值的相对偏差在增大;T检验表明大多数制图尺度土壤数据库的模拟结果与《县级土种志》1:5万尺度之间存在极显著差异(p<0.001)。这也说明今后在我国土壤有机碳演变模拟中收集更为详细的基础资料数据,建立大比例尺土壤数据库是十分必要的。(4)苏北旱地各土壤类型的年均SOCD和SOCS尺度效应明显。与数据最详尽的1:5万尺度模拟值相比,1:25万～1:1000万5种尺度下不同土壤类型的年均SOCD和SOCS相对偏差分别在 1.16%～62.15%和 3.39%～52.51%、4.19%～46.81%和 4.35%～60.68%、12.33%～32.38%和12.45%～74.54%、0.14%～27.84%和 1.65%～604.03%、10.09%～33.27%和 3.76%～84.67%之间;其中,石灰土受制图尺度的影响最大,相对偏差分别高达18.55%～62.15%和4.35%～604.03%之间;面积最大的潮土的相对偏差也较大,分别在11.09%～19.21%和9.99%～53.67%之间;而棕壤受制图尺度的影响较小,相对偏差最小值仅为0.14%和1.65%。可以看出,受不同制图尺度的影响,各土壤类型的年均SOCD和SOCS与1:5万尺度模拟值差异比整个区域更显著,这也说明制图尺度降低造成的土壤类型均一化将会导致属性空间表达的不确定性。(5)苏北旱地各县(市)年均SOCD和SOCS受制图尺度的影响也比较大。与数据最详尽的1:5万尺度模拟值相比,1:25万～1:1000万5种尺度下各个县(市)的年均SOCD和SOCS相对偏差分别在 1.05%～26.86%和 0.31%～38.42%、1.93%～33.09%和 2.00%～86.29%、1.54%～47.18%和 0.63%～48.1 1%、3.22%～84.60%和 0.98%～142.50%、0.92%～44.37%和 0.71%～75.35%之间。其中,淮安县和阜宁县受制图尺度的影响最大,相对偏差分别在3.59%～59.16%和13.48%～142.50%、2.40%～84.60%和2.18%～126.57%之间;而宿迁县和邳州市受制图尺度的影响最小,相对偏差分别在4.69%～18.76%和0.63%～9.34%、1.93%～20.71%和0.88%～18.58%之间。总体来看,1:25万尺度下苏北旱地各县(市)年均SOCD和SOCS相对偏差相对最小,而1:400万尺度下的变化最大,这一方面说明土壤有机碳储量差异主要受有机碳密度控制,另一方面也说明在我国区域农田使用大、中比例尺估算土壤有机碳储量和提升政策制定中需考虑尺度转换问题。(6)初始土壤有机碳差异是造成不同制图尺度下苏北旱地土壤年均有机碳密度变化的最主要影响因素。Pearson简单相关分析表明,不同制图尺度下初始土壤有机碳与年均SOCD均在p<0.01水平上显著正相关,相关系数介于0.919～0.990之间;进一步的多元线性逐步回归分析得出各个制图尺度下初始土壤有机碳对年均SOCD的变异解释度介于84.44%～97.93%之间。黏粒、pH和容重在不同制图尺度下对苏北旱地土壤年均有机碳密度变化的影响相对较小,且不稳定。