长期施用有机肥情景下华北平原旱地土壤固碳及N2O排放的空间格局

王树会1，陶雯，梁硕1，张旭博，孙楠1，徐明岗1

长期施用有机肥情景下华北平原旱地土壤固碳及N2O排放的空间格局

王树会1，2，陶雯3，梁硕1，2，张旭博3*，孙楠1*，徐明岗1

1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室，北京 100081；2Gembloux Agro-Bio Tech，University of Liege，Passage des deportes 2，Gembloux 5030，Belgium；3中国科学院地理科学与资源研究所/生态网络观测与模拟重点实验室，北京 100101

【目的】研究施用有机肥对农田土壤固碳及温室气体排放的综合影响，为减缓全球气候变暖提供理论指导。【方法】基于长期定位试验点观测数据，利用验证后的机理过程模型——SPACSYS，结合区域数据库及ArcGIS，模拟2010—2050年华北平原旱地3种施肥情景（等氮量）即单施化肥情景（NPK）、50%化肥配施50%有机肥情景（NPKM(5﹕5)）和30%化肥配施70%有机肥情景（NPKM(3﹕7)）下，土壤年均固碳速率（SOCSR）、土壤N2O年均排放量和年均净全球增温潜势（NGWP）的空间格局。【结果】华北平原旱地SOCSR表现为东部较高、西部较低，较高的地区主要包括江苏省和山东省。相关分析结果表明，SOCSR与初始土壤有机碳含量呈显著负相关，逐步线性回归分析进一步表明，初始土壤有机碳含量、年均温和土壤pH是影响SOCSR的3个重要因子，共解释其变异的24%。土壤N2O年均排放量表现为中部较高、北部和南部较低，较高的地区主要包括山东省部分地区和江苏省。相关分析结果表明，土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳含量呈显著正相关。总体来看，与NPK情景相比，NPKM(5﹕5)和NPKM(3﹕7)两种情景均增加华北平原旱地SOCSR、降低土壤N2O年均排放量，其中SOCSR（233和236 kg C·hm-2·a-1）分别增加了79%和82%，土壤N2O年均排放量（15.8和14.4 kg N·hm-2·a-1）分别降低了21%和28%，NGWP（6.6和5.9 t CO2-eq·hm-2·a-1）分别降低了26%和34%。【结论】长期来看，相比传统的单施化肥模式，化肥配施有机肥有利于华北平原旱地土壤固碳、土壤N2O减排和减缓温室效应。

华北平原；有机肥；土壤固碳速率；N2O排放；模型

0 引言

【研究意义】IPCC第五次评估报告指出，未来全球气候将继续变暖，预计到21世纪末，全球地表平均温度将增加0.3—4.8℃[1]。大气中的二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）等温室气体浓度的不断上升是引起全球气候变暖的直接原因[1]，缓解气候变暖需要大幅度降低全球的温室气体排放[2]。农田生态系统是重要的温室气体排放源，其温室气体排放量约占全球温室气体排放总量的14%[1]。华北平原作为我国主要的粮食产区，是典型的冬小麦-夏玉米轮作高水肥集约化管理农田，其高氮素投入导致农田土壤排放大量N2O[3-6]。增加陆地生态系统碳储量对减缓气候变暖具有重要作用[7]。施用有机肥可通过外源有机碳的输入直接增加土壤固碳、提高土壤肥力[8-9]。因此，优化华北平原的施肥模式对于增加农田土壤固碳、减少土壤N2O排放及减缓全球气候变暖具有重要意义。【前人研究进展】目前大量研究表明，适量施用有机肥能有效增加土壤固碳或减少土壤温室气体排放[10-12]，如GUO等[13]研究表明，降低化肥氮投入量并结合秋季施用有机肥会降低东北玉米田的土壤N2O排放，且在等施氮量条件下，单位产量的土壤N2O排放量随有机肥施用量的增加而降低，但该研究未考虑施用有机肥后土壤的固碳作用。而有机肥的施用往往会增加农田土壤固碳，因此，只关注土壤N2O排放并不能反应有机肥施用对减缓温室效应的整体贡献。LIU等[14]在山东省冬小麦-夏玉米轮作系统的研究表明，当有机肥完全替代化肥时，土壤固碳大大增加，使得农业生态系统由碳源（2.7 t CO2-eq·hm-2·a-1）转变为碳汇（-8.8 t CO2-eq·hm-2·a-1）。然而关于长期有机肥与化肥不同配施比例对农田土壤固碳及温室气体减排的综合影响并不明确。目前针对农田土壤温室气体排放的研究多集中于点位尺度，对区域尺度温室气体排放的研究较少[6]。而由于区域内气候、土壤条件及农业活动的差异，温室气体的排放往往呈现一定的空间差异性[15]。因此，明确区域有机肥配施化肥条件下土壤固碳及温室气体排放特征及其差异性对于制定合理的温室气体减排措施具有重要意义。【本研究切入点】目前，关于有机肥施用对农田土壤温室气体排放的影响多集中于点位尺度，且未考虑长期有机肥与化肥不同配施比例对土壤固碳及温室气体减排的综合影响。华北平原作为我国主要的粮食产区，明确该地区长期有机肥配施化肥条件下土壤固碳及温室气体排放的空间格局对温室气体减排具有重要意义。【拟解决的关键问题】本研究基于长期定位试验点观测数据，依托区域数据库，通过机理过程模型——SPACSYS，探究与长期单施化肥情景相比，长期有机肥配施化肥情景下华北平原旱地土壤固碳及N2O排放的空间格局，旨为区域温室气体减排提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

华北平原位于亚热带和中温带过渡带，由黄河、淮河、海河、滦河冲积而成，其地理坐标为34°39′— 42°52′N，113°46′—112°7′E，包括北京市南部、天津市、河北省南部、山东省、河南省北部和东部、安徽省北部和江苏省北部地区。华北平原属暖温带季风气候区，四季变化明显，资源条件丰富，是我国主要的粮食产区。其地带性土壤为棕壤或褐土，粮食作物主要为小麦和玉米，主要的种植方式为冬小麦-夏玉米一年两熟制。图1所示为华北平原旱地分布情况。

1.2 数据来源

气象数据（最高温度、最低温度、降雨量、风速、相对湿度、日照时数和辐射），来源于国家气象局网站（http://data.cma.cn/site/index.html）。土壤数据（黏粒、粉粒、砂粒含量，土壤有机质含量，土壤全氮含量和pH），来源于中国科学院资源环境科学数据网站（http://www.resdc.cn/）。氮肥施用量数据，来源于农业农村部监测点位的统计数据。其他管理数据如作物品种、播种收获时间、灌溉和耕作制度等统一设置为当前传统管理模式。旱地数据来源于中国科学院资源环境科学数据网站（http://www.resdc.cn/）。气象数据利用1981—2010年30年的数据作为一个循环周期，循环至2050年。管理措施均与2010年保持一致，循环至2050年。2010年华北平原旱地施氮量见图2，初始土壤有机碳密度见附图1。

图1 华北平原旱地分布及研究点位

1.3 试验设计

本研究设计了3种施肥情景，分别是长期单施化肥情景（NPK）、长期化肥配施低量有机肥情景（NPKM(5:5)）和长期化肥配施高量有机肥情景（NPKM(3:7)）。3种施肥均为等氮量投入。NPK代表单施氮磷钾化肥，如果NPKM(5:5)和NPKM(3:7)代表化肥和有机肥投入的氮分别各占50%及30%和70%。氮肥50%作基肥、50%作追肥施用，有机肥作基肥一次施用，有机肥为牛粪肥，其可溶性有机碳含量为0.77%，全氮含量为1.96%[16]。华北平原旱地作物系统统一为冬小麦-夏玉米一年两熟种植制度，作物统一为同一品种，主要的作物参数见附表1。冬小麦10月中旬播种，次年5月底收获，夏玉米6月中旬播种，9月底收获。冬小麦和夏玉米分别在3月初和7月底追肥1次。每年分别在6月和10月耕作1次，1月和7月灌溉1次。小麦玉米秸秆均不还田。图1为2010年华北平原的旱地分布情况，其中100个点为模型模拟点位（利用ArcGIS将华北平原区划图叠加旱地数据以30 km为距挑选得到）。SPACSYS模型的验证工作参考已发表文献[17]，模型的土壤参数见附表1，模型的模拟精度见附表2。

图2 2010年华北平原旱地施氮量

1.4 SPACSYS模型

SPACSYS（Soil Plant and Atmosphere Continuum SYStem）模型由英国洛桑研究所Wu 研究员开发，是一个多维度的、田间尺度的、由气候驱动的机理过程模型，可以模拟土壤-植物-微生物之间的碳氮循环过程。模型包括土壤碳氮模块、水分运移模块和热量传输模块，各模块间相互联系调用。模型将土壤有机碳氮划分为4个部分，分别是新鲜有机质库、可溶解有机质库、腐殖质库和微生物库。无机氮（铵态氮和硝态氮）和可溶解有机氮可随水在土壤剖面移动、随水移动到田间排水管或深层地下水或发生径流损失。模型可以模拟植物的发育、光合、呼吸、光合产物的分配、根系生长及对养分和水分的吸收。模型将植物的地上部分与地下部分联系起来，将土壤-植物-大气中的碳氮循环、水分转移及热量传输作为一个连续体。有关模型参数的具体介绍可参考相关文献[18-22]。SPACSYS模型已在英国、德国、意大利、荷兰、以色列等多个国家进行应用[23]。目前，SPACSYS模型已在我国不同气候区、不同土壤类型及不同种植模式下进行了适应性评价[24-28]。

1.5 模型评价

用于评价模型模拟效果的指标包括决定系数（2），标准均方根误差（）和模型预测效率（），其中2表示模拟值与观测值之间的相关程度，表示模拟值与观测值之间的一致性，表示模拟值与观测值之间的接近程度。

1.6 计算方法

土壤年均固碳速率（SOCSR，kg C·hm-2·a-1），由下式计算：

SOCSR=（SOCT- SOCi）/t （4）

式中，SOCT和SOCi分别为2050年和2010年的土壤有机碳密度（kg C·hm-2），t为40年。

不同的温室气体对全球气候变暖的影响不同，综合考虑不同温室气体的影响才能准确评估某一区域对温室效应的贡献。由于CH4主要是稻田土壤中产生的，对旱地土壤温室气体排放的贡献相对较小[29]，因此本研究并未考虑CH4的影响。依据IPCC报告[1]的计算方法，以100年的时间尺度为计，将CO2作为参考气体来估算温室气体排放对全球气候变暖的影响。采用如下公式：

NGWP= N2O× 44/28×298 - SOCSR× 44/12 （5）

式中，NGWP为2010—2050年年均净全球增温潜势（net global warming potential）（kg CO2-eq·hm-2·a-1），N2O为2010—2050年土壤N2O年均排放量（kg N·hm-2·a-1）。44/28和44/12为转换系数，44/28为将N2O-N转化为N2O当量，44/12为将SOCSR转换为CO2当量。常数298为100年时间范围内N2O相对于CO2的辐射强迫常数。

1.7 数据分析

采用SPSS 22.0软件进行土壤年均固碳速率与环境变量间的“Pearson”相关分析及逐步线性回归分析。利用Origin 2021b进行初始土壤有机碳含量与土壤年均固碳速率及土壤N2O年均排放量的相关分析。利用ArcGIS 10.5进行施氮量、初始土壤有机碳密度、土壤年均固碳速率、土壤N2O年均排放量和年均净全球增温潜势的空间格局分析（采用Kriging插值方法）。

2 结果

2.1 长期施肥情景下华北平原旱地土壤年均固碳速率（SOCSR）的空间格局（2010—2050年）

3种施肥情景长期施肥40年，华北平原旱地土壤年均固碳速率变化范围为87—362 kg C·hm-2·a-1，表现出较明显的地区差异，西部较低、东部较高，较高的地区主要包括江苏省和山东省（图3）。与NPK相比，NPKM(5:5)和NPKM(3:7)均增加华北平原旱地土壤年均固碳速率，分别为233和236 kg C·hm-2·a-1，分别增加了79%和82%（图3，表1）。

NPK、NPKM(5:5)和NPKM(3:7)分别代表单施化肥情景、50%化肥配施50%有机肥情景和30%化肥配施70%有机肥情景，3种施肥情景为等氮量投入。下同

表1 3种施肥情景下2010—2050年华北平原不同地区旱地土壤年均固碳速率（SOCSR）

2.2 长期施肥情景下华北平原旱地土壤N2O年均排放量的空间格局（2010—2050年）

3种施肥情景长期施肥40年，华北平原旱地土壤N2O年均排放量变化范围为6—46 kg N·hm-2·a-1，表现出较明显的地区差异，中部较高、北部和南部较低，较高的地区主要包括山东省部分地区和江苏省（图4）。与NPK相比，NPKM(5:5)和NPKM(3:7)均降低华北平原旱地土壤N2O年均排放量，分别为15.8和14.4 kg N·hm-2·a-1，分别降低了21%和28%（图4，表2）。

表2 3种施肥情景下2010—2050年华北平原不同地区旱地土壤N2O年均排放量

图4 2010—2050年华北平原3种施肥情景下旱地土壤N2O年均排放量的空间格局

2.3 长期施肥情景下华北平原旱地年均净全球增温潜势（NGWP）的空间格局（2010—2050年）

3种施肥情景长期施肥40年，华北平原旱地土壤均表现为温室气体排放源，变化范围为2.2—21.2 t CO2-eq·hm-2·a-1。与土壤N2O排放类似，华北平原旱地年均净全球增温潜势同样表现出中部较高、北部和南部较低的特征，较高的地区主要为山东省部分地区（图5）。与NPK相比，NPKM(5:5)和NPKM(3:7)均降低华北平原旱地年均净全球增温潜势，分别为6.6和5.9 t CO2-eq·hm-2·a-1，分别降低了26%和34%（图5，表3）。

2.4 长期施肥情景下华北平原旱地土壤年均固碳速率和土壤N2O年均排放量的影响因素

长期施肥情景下华北平原旱地土壤年均固碳速率与初始土壤有机碳含量呈显著负相关（图6-a，＜0.001，附表3）。逐步线性回归分析结果进一步表明，初始土壤有机碳含量、年均温和土壤pH是影响土壤年均固碳速率的3个重要因子（表4），共解释土壤年均固碳速率变异的24%（校正2=0.24）。其中初始土壤有机碳含量是影响土壤年均固碳速率的最重要因素，其次是年均温和土壤pH。长期施肥下华北平原旱地土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳密度的空间格局呈高度相似性（附图1）。相关分析结果表明，土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳含量呈显著正相关（图6-b，＜0.001）。

图5 2010—2050年华北平原3种施肥情景下旱地年均净全球增温潜势（NGWP）的空间格局

表3 3种施肥情景下2010—2050年华北平原不同地区旱地年均净全球增温潜势（NGWP）

图6 华北平原3种施肥情景下旱地土壤年均固碳速率、土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳含量的关系

表4 土壤年均固碳速率（SOCSR）与环境变量间的逐步线性回归

3 讨论

3.1 长期不同施肥情景下华北平原旱地土壤固碳速率

与长期单施化肥情景相比，长期化肥配施有机肥情景增加了华北平原旱地土壤年均固碳速率（图3），这与现有研究结果一致[30-31]。有机肥的施用通过直接或间接增加外源有机碳的投入或影响土壤团聚体稳定性进而影响土壤固碳速率[32-35]。化肥配施有机肥一方面向土壤中投入了大量的有机质，另一方面有机质与化学肥料的共同作用使得有机质更易固定在土壤中[36]。化肥配施高量有机肥可以显著增加土壤活性有机碳含量，提高土壤碳库管理指数[37]。赵金玮[38]研究了不同比例化肥与有机肥配施条件下土壤活性有机碳含量的变化，得出N2M4处理比N3M3处理土壤活性有机碳含量提高了12.7%（N2M4代表施用1/3的化肥和2/3的有机肥，N3M3代表施用1/2的化肥和1/2的有机肥）。

本研究表明，长期单施化肥情景下华北平原旱地土壤年均固碳速率为（130±27）kg C·hm-2·a-1（表1）。前人对全国农田土壤固碳速率的研究表明，相较于施用有机肥、秸秆还田及免耕等技术，单施化肥处理的土壤固碳速率最低，为129 kgC·hm-2·a-1，化肥配施有机肥对土壤的固碳作用最大，达到了889 kg C·hm-2·a-1 [39]。相关分析结果表明，华北平原旱地长期不同施肥情景下土壤年均固碳速率与初始土壤有机碳含量呈显著负相关（图6-a，附表3），这与现有研究结果一致[30,40]。低碳土壤的固碳潜力相对较大，因为土壤距离饱和水平较远。STEWART等[41]研究表明外源碳添加导致的土壤固碳与土壤距离饱和水平（饱和亏损）显著相关。MANN[42]研究表明土壤中存在一种初始碳效应，即极低碳土壤在耕作后倾向于获得少量碳，而高碳土壤在耕作期间碳储量损失了20%以上。在一定范围内，温度升高会加速土壤有机碳分解。土壤pH通过影响微生物活性来影响土壤有机碳含量，pH过高（＞8.5）或过低（＜5.5）均不适宜微生物的生长与繁殖，微生物活性受到抑制，进而土壤有机碳的分解速率下降，易于土壤有机碳的积累[43]。

3.2 长期不同施肥情景下华北平原旱地土壤N2O排放

与长期单施化肥情景相比，长期化肥配施有机肥情景降低华北平原旱地土壤N2O年均排放（图4），这与已有研究结果类似[12, 44-45]。化肥配施有机肥降低土壤N2O排放，这可能是因为有机肥的投入为土壤提供了大量的活性有机物质，有机物质的分解消耗了大量的氧气，一方面会抑制土壤中有机氮的硝化与矿化作用，减少N2O排放；另一方面，随着氧气的消耗，反硝化过程中产生的N2O会代替氧气作为反硝化过程中的电子受体进一步被还原成N2，也会减少N2O排放[46]。在河南封丘小麦-玉米轮作系统为期3年的试验中发现，施用50%有机肥氮和50%化肥氮相比单施化肥氮减少了26%—51%的N2O排放[47]。然而，也有研究认为化肥配施有机肥会增加土壤N2O排放[41]或对土壤N2O排放影响不明显[48]。这可能是由于试验条件（有机肥种类或施用方法）的不同造成的。有机肥的C/N比对土壤N2O排放有很大影响，有机肥C/N过大，将导致微生物从土壤环境中吸收无机氮用于自身的生长与繁殖，使土壤无机氮含量降低，土壤的硝化作用减弱[49]。

本研究表明，长期单施化肥情景下华北平原旱地土壤N2O年均排放量为（20.1±7.0）kg N·hm-2·a-1（表2），与以往对华北平原农田土壤N2O排放量的研究结果较为接近（18.5 kg N·hm-2·a-1）[50]。华北平原各地区土壤N2O排放表现出很大的空间差异性，其高排放区集中于山东省部分地区和江苏省（图4），与初始土壤有机碳密度的空间格局高度相似（附图1），相关分析结果证实土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳含量呈显著正相关（图6-b，＜0.001）。这说明初始土壤有机碳含量高的土壤N2O排放量也高，这与已有研究结果一致[46,51]。首先土壤有机碳的分解提供了大量的土壤氮素，为硝化反硝化过程提供了大量底物[52]。其次，反硝化过程是消耗电子的异养呼吸过程，有机质矿化为反硝化过程提供电子[53]。有机碳含量高的土壤，其易矿化的有机碳含量也高，因而释放的电子也越多，从而越有利于反硝化过程的进行[54-55]。另外，有机碳含量高的土壤由于其微生物活性较强，消耗了土壤中的O2，形成厌氧环境，进而间接增强了微生物的反硝化作用，使N2O排放增多[56]。土壤N2O排放随着氮肥施用量的增加而显著增加[57]。当前华北平原氮肥施用量普遍高于400 kg N·hm-2·a-1（图2），有研究表明当施氮量为136 kg N·hm-2·a-1时，华北平原土壤N2O排放强度降到最低[3]。因此，针对目前华北平原的N2O减排，应首先降低氮肥施用量。前人研究表明，华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统氮肥施用量降低30%—60%可使氮素损失降低2倍[58]。

3.3 区域模拟结果的不确定性分析

利用机理过程模型模拟温室气体排放时，对模型进行充分的验证是减小温室气体排放估算不确定性的有效方法[59]。SPACSYS模型已在点位尺度上进行了大量的验证与应用，本研究对华北平原旱地土壤固碳速率与土壤N2O排放量的模拟结果与前人相关研究结果比较接近，但本研究的模拟结果仍存在一定的误差。首先，本研究在华北平原旱地均匀选取了100个模拟点位进行批量模拟，即假设每一个模拟点位代表一定范围内的土壤性质、施肥措施及其他农田管理措施是一致的，而实际上土壤在空间上存在异质性，各地区的农田管理方式也存在一定的差异[60]。因此，基于此假设必然会造成一定的误差，然而这种误差目前是无法避免的，但可以通过缩小空间单元或者栅格的尺寸来减小[61]；其次，区域模拟基于区域数据库的建立，区域数据库的准确性直接影响模型模拟结果的准确性[50]。建立高分辨率且精准的区域数据库是提高模型区域模拟精度的重要前提；另外，在对模拟结果进行空间插值时，插值方法的选择也会对模拟结果产生一定的影响。根据前人对不同插值方法的大量研究，认为Kriging插值方法通常为未测量位置的估计提供更好的结果[62-64]。BHUNIA等[65]比较了5种插值方法模拟印度不同土地利用方式下土壤有机碳储量空间分布的差异，结果表明Kriging插值方法的模拟结果均方根误差最小，模拟精度最高。因此本研究采用了Kriging插值方法。完善高分辨率且精准的区域数据库的建立，同时选择合适的空间插值方法，将为区域温室气体排放的准确估算提供更有力的基础。

4 结论

本研究基于长期定位试验点的观测数据，利用验证后的机理过程模型——SPACSYS，然后结合区域数据库及ArcGIS，模拟2010—2050年华北平原3种施肥情景下旱地土壤年均固碳速率、土壤N2O年均排放量及年均净全球增温潜势的空间格局。结果表明：（1）3种施肥情景长期施肥40年，华北平原旱地土壤年均固碳速率表现为西部较低、东部较高，较高的地区主要包括江苏省和山东省。土壤N2O年均排放量表现为中部较高、北部和南部较低，较高的地区主要包括山东省部分地区和江苏省。（2）初始土壤有机碳含量、年均温和土壤pH是影响土壤年均固碳速率的3个重要因子，共解释其变异的24%。土壤N2O年均排放量与初始土壤有机碳含量呈显著正相关。（3）与长期单施化肥情景相比，两种长期化肥配施有机肥情景均增加华北平原旱地土壤年均固碳速率、降低土壤N2O年均排放量，其中土壤年均固碳速率分别增加了79%和82%，土壤N2O年均排放量分别降低了21%和28%，年均净全球增温潜势分别降低了26%和34%。因此，长期来看，相比传统的单施化肥模式，化肥配施有机肥有利于华北平原旱地土壤固碳、土壤N2O减排和减缓温室效应。

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WANG ShuHui1,2, TAO Wen3, LIANG Shuo1,2, ZHANG XuBo3*, SUN Nan1*, XU MingGang1

1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Arable Land Quality Monitoring and Evaluation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081;2Gembloux Agro-Bio Tech, University of Liege, Passage des deportes 2, Gembloux 5030, Belgium;3Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences/Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Beijing 100101

【Objective】To provide theoretical guidance for mitigating global warming, the comprehensive effects of manure amendment on soil organic carbon sequestration and greenhouse gas emissions were studied.【Method】Based on the long-term experiment, the validated process-based model-SPACSYS, combined with regional database and ArcGIS, was used to clarify the spatial characteristics of average annual soil organic carbon sequestration rate (SOCSR), average annual soil N2O emission and average annual net global warming potential (NGWP) under three long-term fertilization scenarios (equal nitrogen fertilization), namely, chemical fertilizers only (NPK), 50% of chemical fertilizers combined with 50% of manure (NPKM(5:5)) and 30% of chemical fertilizers combined with 70% of manure (NPKM(3:7)), from dry land in the North China Plain from 2010 to 2050.【Result】The SOCSRfrom dry land in the North China Plain was higher in the east and lower in the west, and the higher regions mainly included Jiangsu Province and Shandong Province.Correlation analysis showed that there was a significant negative correlation between SOCSRand initial soil organic carbon content.Stepwise linear regression analysis further indicated that initial soil organic carbon content, mean annual temperature and soil pH were three important factors affecting SOCSR, which accounted for 24% of the variation of SOCSR.The average annual soil N2O emission was higher in the central part of the North China Plain, lower in the north and south, and the higher regions included parts of Shandong Province and Jiangsu Province.Correlation analysis showed that there was a significant positive correlation between average annual soil N2O emission and initial soil organic carbon content.In general, compared with NPK, NPKM(5:5) and NPKM(3:7) both increased SOCSRand decreased average annual soil N2O emission from dry land in the North China Plain, of which SOCSR(233 and 236 kg C·hm-2·a-1)increased by 79% and 82%, respectively, the average annual soil N2O emission（15.8 and 14.4 kg N·hm-2·a-1)decreased by 21% and 28%, respectively.As a result, NGWP (6.6 and 5.9 t CO2-eq·hm-2·a-1)decreased by 26% and 34%, respectively.【Conclusion】Compared with the application of chemical fertilizers, the application of chemical fertilizers combined with manure was beneficial to SOC sequestration, soil N2O emission reduction and mitigation of glowing warming from dry land in the North China Plain over the long-term.

North China Plain; manure; soil organic carbon sequestration rate; N2O emission; model

2021-02-26；

2021-08-12

国家自然科学基金（41620104006、41701333）、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y2017LM06）

王树会，Tel：18801084605；E-mail：shuhuiwang0512@163.com。通信作者孙楠，Tel：010-82105062；E-mail：sunnan@caas.cn。通信作者张旭博，Tel：18810995090；E-mail：zhangxb@igsnrr.ac.cn

（责任编辑 李云霞）