DNDC

1、DNDC 模型使用手册模型使用手册（ 9.39.3 版本版本 ）新罕布什尔大学地球海洋与空间研究所2010 年 1 月 15 日 致谢致谢我们感谢美国国家科学基金会(NSF)、美国航天与空间总署(NASA)、美国农业部(USDA)、环境保护署(EPA)、国家海洋与大气总署(NOAA)及国家大气研究中心(NCAR/UCAR)自 1989 年以来为发展 DNDC 模型所提供的持续支持。世界许多国家的科研人员为该模型的发展做出了贡献，他们或为模型验证提供数据，还为模型添加新的功能。这些研究者包括李长生（Changsheng Li 美国）、斯苐夫富罗京（Steve Frolking 美国）、罗伯特哈里

2、斯（Robert Harriss 美国）、里查德泰瑞（Richard Terry 美国）、麦克凯雷（Michael Keller 美国）、帕提克葛瑞尔（Patrick Crill 美国）、安姬卫紫（Antje Weitz 德国）、泰德派克（Ted Peck 美国）、卫理温岚德（Wayne Wendland 美国）、大卫金克森（David Jenkinson 英国）、王英平（Yingping Wang 澳大利亚）、庄亚辉（Yahui Zhuang 中国）、戴昭华（Zhaohua Dai 中国）、罗尔布兰特（Roel Plant 荷兰）、周叶（Ye Zhou 中国）、张宇（Yu Zhang 中国）

3、、林清华（Qinghua Lin 中国）、王晓科（Xiaoke Wang 中国）、富罗里安史坦格（Florian Stange 德国）、克劳斯布特巴赫-巴尔（Klaus Butterbach-Bahl 德国）、汉斯帕潘（Hans Papen 德国）、索菲亚泽克美斯特-波坦斯顿（Sophie Zechmeister-Boltenstern 奥地利）、郑循华（Xunhua Zheng 中国）、孙建中（Jianzhong Sun 中国）、秦晓光（Xiaoguang Qin 中国）、斯蒂夫佳伟斯（Steve Jarvis 英国）、布朗尼斯依德（Bronwyn Syed 英国）、劳娜布朗（Lorna B

4、rown 英国）、雷德斯佳丁（Ray Desjardins 加拿大）、沃特斯密思（Ward Smith 加拿大）、布莱安格兰特（Brian Grant 加拿大）、 罗萨斯（Ron Sass 美国）、黄燿（Yao Huang 中国）、蔡祖聪（Zucong Cai 中国）、康国鼎（Guoding Kang 中国）、佳瑞亚 波佳瓦特（Jariya Boonjawat 泰国）、鹤田治雄（Haruo Tsuruta 日本)、泽本卓治（Takuji Sawamoto 日本)、小林和彦（Kazuhiko Kobayashi 日本)、邱建军（Jianjun Qiu 中国）、拉福柯斯（Ralf Kiese 德国

5、）、卡尔特伦蒂（Carl Trettin 美国）葛荪（Sun Ge 美国）、徐成一（Cheng-I Hsieh 台湾）、 雷纳德莱姆克（Reynald. Lemke 加拿大）、瑟雷德萨喀（Surinder Saggar 新西兰）、罗波安德欧（Robbie Androw 新西兰）、阿温缪斯（Arvin Mosier 美国）、卡罗斯爱得阿多（Carlos Eduardo 巴西）、程根伟（Genwei Cheng 中国）、卡里明科恩（Cari Minkkinen 芬兰）、雷诺华兹曼（Reiner Wassmann 德国）、雷斯玛喀甘（ Nui Smakgahn 泰国）、旭日（Xu Ri 中国）、罗达

6、兰亭（Rhoda Lantin 菲律宾）、罗伯特雷（Robert Rees 英国）、中川阳子（Yoko Nakagawa 日本)、丽达法拉芭莎赞德（Neda Farahbakhshazad 美国）、威廉萨拉斯（William Salas 美国）、 斯蒂夫波斯（Steve Boles 美国）、麓多门（Tamon Fumoto 日本)、玛格达克斯喀（Magda Kesik 德国）、唐娜基尔特拉普（Donna Giltrap 新西兰）、纳拉辛哈萨帕里（Narasinha Shurpali 芬兰）、 赫曼舒帕德克（Himanshu Pathak 印度）、加格蒂斯巴布依日帕蒂（Jagadeesh Bab

7、u Yeluripati 印度）、达安巴赫德特（Daan Baheydt比利时）、斯蒂文斯罗特尔（Steven Sleutel 比利时）、八木一行（Kazuyuki Yagi 日本)、丹杰伊斯（Dan Jaynes 美国）、坦娜泰娜斯（Dana Dinners 美国）、丹尼斯麦克劳林（Dennis Mclaughlin 美国）、克里斯蒂娜托里特（Christina Tonitto 美国）、卡尔斯蒂托普（Kairsty Topp 英国）、劳拉克蒂娜斯（Laura Cardenas 英国）、泰德迈克尔（Todd Mitchell 美国）、张凡（Fan Zhang 中国）、周再兴（Zaixing Z

8、hou 中国）、邓佳（Jia Deng 中国）、朱波（Bo Zhu 中国）、王立刚（Ligang Wang 中国）、富兰克 密莱尔（Frank Mitloehner 美国）、乔基木拉毛特 (Joji Muramoto 美国)、朱丽叶库芭托瓦（Juliya kurbatova 俄国）、安德烈瓦尔金（Andrej Varlegin 俄国）、娜塔丽娅芭克娜（Natalya Buchkina 俄国）、陈德立（Deli Chen 澳大利亚）、李勇（Yong Li 澳大利亚）、鲁伊斯巴登（Louise Barton 澳大利亚）、坦妮拉克拉奇（Daniela Kracher 德国）、托德富罗京（Tod Fr

9、olking 美国）、友瑞娜可瓦克 （Yurina Kwack 日本）。我们感谢美国环保协会(Environmental Defense Fund)为 DNDC 模型使用手册（9.3 版本）的更新与中文本的翻译提供了财政方面的支持；“新英格兰中国文化中心”的吕瑞兰女士精心翻译了此手册，我们在此谨表谢意。目录目录一DNDC 简述1. 导引2. DNDC 模型概述二DNDC 的 PC 微软窗口版本1. 模型综述2. 硬件要求3. 模型安装4. 点位和区域的模拟三模型操作1. 点位模式1.1 输入参数第 1 页：气候第 2 页：土壤第 3 页：农田管理第 4 页：农作物第 5 页：耕作第 6 页：化

10、肥施用第 7 页：有机肥料施用第 8 页：旱田灌溉第 9 页：水田淹灌第 10 页：塑膜技术第 11 页：放牧和割草1.2保存输入参数1.3点位尺度模拟1.4快速查看模拟结果1.5批量模拟2. 区域模式2.1地理信息系统数据库2.2气象数据库2.3. 作物和土壤数据库2.4区域模拟的初始化2.4实施区域模拟四模拟结果数据1. 点位模拟结果2. 区域模拟结果五不确定性分析六实例分析1. 美国爱荷华州的玉米生长2. 美国夏威夷的甘蔗生长3. 英国洛桑实验站冬小麦土壤有机碳 150 年动态4. 法国阿罗农田氧化亚氮排放5. 美国德克萨斯州水稻田甲烷排放: 七相关文章目录一一DNDC 简述简述1. 导

11、引导引DNDC 模型是一个描述农业生态系统中碳和氮生物地球化学过程的计算机模拟模型。本手册告诉使用者怎样用 DNDC 模型来模拟农业生态系统的农作物产量、土壤固碳作用、硝酸盐淋失以及碳和氮多种气体的排放。本手册第一部分简要介绍与 DNDC 有关的科学背景知识；第二部分介绍如何安装模型；第三介绍如何分别在点位和区域尺度上输入参数及进行模拟；第四部分介绍模拟结果的内容；第五部分介绍如何对 DNDC 模拟的结果进行不确定性分析；第六部分提供了五个点位尺度的实例研究，具体展示如何一步步地输入模型模拟所需的输入参数；第七部分提供了迄今已发表的与 DNDC 相关的部分文章的目录，这些文章提供了更多的有关

12、DNDC 的科学背景及应用情况。2. DNDC 模型概述模型概述DNDC 是 Denitrification-Decomposition（即“反硝化-分解作用”）的缩写。反硝化和有机质分解是导致氮和碳从土壤丢失而转移入大气的主要生物地球化学过程。 DNDC 模型是农业生态系统中一系列控制碳和氮迁移转化的生物化学及地球化学反应机制的计算机模拟表达。DNDC 由两大部分组成。第一部分包括土壤气候、农作物生长和土壤有机质分解三个子模型，利用生态驱动因子（即气候、土壤、植被以及人类活动）来模拟土壤环境条件（即土壤温度、水分、酸碱度、氧化还原电位以及相关化学底物浓度梯度）。第二部分包括硝化作用、反硝化作

13、用以及发酵作用三个子模型，模拟土壤环境条件对微生物活动的影响，计算植物-土壤系统中二氧化碳（CO2），甲烷(CH4)，氨(NH3)，氧化亚氮(N2O)，一氧化氮(NO)以及氮气（N2）的排放。DNDC中所采用的函数来自物理学、化学和生物学的经典法则或实验室研究所产生的经验方程。DNDC 是一座架在基本生态驱动因子和碳氮生物地球化学循环之间的桥梁（图 1）。The DNDC ModelecologicaldriversClimateSoilVegetationHuman activityecologicaldriversClimateSoilVegetationHuman activitysoi

14、l environmentalfactorsTemperatureMoisturepHSubstrates: NH4+, NO3-, DOCEhDenitrificationNitrificationFermentationDecompositionPlant growthSoil climateNH4+NH4+clay-NH4+NH3NH3DOCDOCnitrifiersnitrifiersNO3-NO3-N2ON2ONONONH3NH3DOCDOCNO3-NO3-NONON2ON2ON2N2NO2-NO2-nitrate denitrifiernitrate denitrifiernitr

15、ite denitrifiernitrite denitrifierN2O denitrifierN2O denitrifierCH4CH4CH4productionCH4productionCH4oxidationCH4oxidationCH4transportCH4transportsoil Ehsoil EhaerenchymaDOCDOCsoil tempprofilesoil tempprofilesoil moistprofilesoil moistprofilesoil Ehprofilesoil EhprofileO2diffusionO2diffusionO2useO2use

16、verticalwaterflowvery labilelabileresistantlitterlabileresistantlabileresistantmicrobeshumadspassive humusCO2CO2DOCDOCNH4+NH4+rootsrootsstemsstemsgraingrainN-demandN-demandN-uptakeN-uptakewater demandwater demandwater uptakewater stresswater stressdaily growthdaily growthroot respirationroot respira

17、tionpotentialevapotrans.LAI-regulatedalbedoevap.evap.trans.trans.effect of temperature and moisture on decompositionannual averagetemp.图 1. DNDC 模型的结构在 DNDC 模型中，土壤碳存在于四个主要碳库中：即植物凋落物、微生物、活性腐殖质和惰性腐殖质。上述每一碳库又包含两到三个亚库。每一亚库有一特定分解速率；每个亚库中有机碳（SOC）的分解速度是由该库的库容、土壤温度和湿度、土壤粘土含量及土壤可给态氮量所决定。当在一个库中的土壤 SOC 发生分解时,

18、被分解的 SOC 的一部分以二氧化碳的形式从土壤丢失而进入大气, 另一部分转移入该土壤其他碳库。在此过程中，溶解态的有机碳（DOC）会产生出来，这部分碳或被土壤微生物再利用，或随水淋失。SOC 总是与有机氮（SON）共存；当 SOC 分解时, SON 或转化到另一有机物库, 或被矿化为铵离子(NH)。游离态铵与吸附在粘土表面的可交换铵之间保持动态化学平衡。土壤水相中铵和氨保持化学平衡。溶解态氨可转换为氨气而从土壤挥发出去；此氨挥发过程受土壤氨量及土壤环境要素（即温度、水分及酸碱度）控制。当下雨或灌溉时，土壤中的硝酸根离子（NO3-）会溶解入淋溶水而渗透到深层土壤或地层中。为模拟微生物参与的氧化

19、还原反应（即硝化作用、反硝化作用、甲烷生成及甲烷氧化作用），模型中使用了一个虚拟的“厌氧气球”来模拟氧化和还原反应在一个土壤中不同微区同时发生的动态过程。 例如，根据模拟的土壤氧气或其它氧化物含量，DNDC 依靠能斯特公式（Nernst Equation）计算土壤的总体氧化还原电位（Eh）； 然后依据 Eh 值将土壤划分为相对好氧与相对厌氧两部分。在好氧部分，硝化作用发生；在厌氧部分，反硝化作用。硝化或反硝化作用的速率由米邵公式（Michaelis-Menten Equation）计算，该公式计算在双营养物料浓度驱动下的微生物生长。当土壤 Eh 值变小，这个厌氧气球胀大，更多的营养物质（即 D

20、OC、铵或硝酸根）将分配到气球内部（即厌氧微区），从而加强了反硝化作用。当土壤 Eh 值变大时，厌氧气球缩小，较多营养物质被重新分配到好氧的微环境，硝化作用从而被加速。如果厌氧气球很大，由硝化或反硝化作用所产生的气体（如 NO 和 N2O）都要在厌氧环境中扩散较长路径，从而可能被更多地还原成氮气（N2）。如果土壤长期（几天到几个月）被水浸没，土壤中氧化物会消耗殆尽，土壤氧化还原电位将进一步降低，导致厌氧分解或发酵作用发生，此时即有硫化氢（H2S）和甲烷（CH4）气体产生。植物生长对土壤中水、碳和氮的动态有重大影响，从而控制土壤一系列生物地球化学过程。DNDC 模拟作物生长时，需要该作物的生理及

21、物候学参数，这组参数包括作物最大生产量、生长积温、生物量在根、茎、叶及籽粒间的分配、根、茎、叶及籽粒中的碳氮含量比值（C/N）、作物需水量、作物固氮能力等。DNDC 提供了约 50 种主要作物的生理及物候学参数的默认值，这些默认值大部分来自北美的观测，不一定适合於其他地区。使用者需对这些参数进行检验或修正，以使 DNDC 可较准确地模拟作物生长。使用者如果有自己在作物生长方面的观测数据（如生长期生物量、产量、CO2排放量等），可用自己的实地观测数据来检查模拟的植物生长动态或产量。如有偏差，应对作物相应参数进行修正，直到作物生长得到正确模拟。这一校验过程是有趣的，有助于你去了解自己的作物；大部分

22、使用者经过几次练习，即可熟练掌握此技术。为方便使用者，DNDC 提供一个名为“作物创造者”（Crop Creator）的工具；打开此工具，使用者可以容易地修改作物参数。对土壤参数也可以进行类似修改。农作物对氮的需求量是根据每日作物生长量及作物碳氮比值来计算的。作物的实际氮吸收量受制於土壤中氮和水的可供给能力。庄稼收割后所有根都留在土壤中，一部分或全部地面上作物秸秆残留在地里；这些茬留在地面上，直到下次耕地时，才被翻进土中。这些秸秆一旦与土壤混合，即被DNDC 根据其碳/氮比值分配到土壤的三个凋落物库，即非常易分解、易分解和难分解的凋落物库。这些凋落物的混入，是土壤有机质的主要来源，使植物与土壤

23、结合成一个相互反馈的生物地球化学系统。DNDC 的运行依靠四个基本生态因子驱动, 即气候、土壤、植被和管理。因此, 要实现一个成功的模拟, 获得这四个因子的充分并准确的数据是至关重要的。本手册将通过输入界面介绍和实例分析, 向使用者详述如何进行参数输入。二二DNDC 的的 PC 微软窗口版本微软窗口版本1. 模型综述模型综述DNDC 模型可模拟在点位和区域尺度上农业生态系统中碳和氮的生物地球化学过程。对于点位的模拟，使用者可通过模型的输入界面手动操作输进所有必须的输入参数。对于区域上的模拟， DNDC 需要从一个事先设置好的数据库中读取所有输入参数；该数据库包含了模拟区域中的所有多边形或坐标格

24、点的气候、土壤、植被和经营管理方面的信息。DNDC 用 Visual C+6.0 语言写成，在微软 Windows 环境下运行。2. 硬件要求硬件要求运转 DNDC 模型需要一部有微软 Windows 配置的计算机。最低的储存是 64M。计算机处理速度为 350MHz 或更高，需要 SVGA 或更高级的图像插卡。一个一百年的模拟所产生的结果文件需要硬盘空间约为 0.5MB.3. 模型安装模型安装你应随此手册得到一个 DVD 光盘，其中录有 DNDC 模型及所有支持文件。如果没有此光盘，你可进入 DNDC 网址 http/, 从中下载一个压缩文件包，此文件包

25、中包含DNDC 模型及所有相关数据文件。解文件包后，双击“Install”(安装)文件名，计算机将自动把 DNDC 及相关文件安装在你的计算机的 C 盘中。在 C 盘的 DNDC 文件夹中包含最新版本的 DNDC (即 DNDC93) 以及支持模型运转所需的数据。在 C:DNDCLibrary目录内, 有随 DNDC而来的农作物和土壤默认值资料数据。在 C:DNDCDatabase目录内，有一名为 Shangrila(香格里拉)的子文件夹，内含一套完整的区域数据文件。这些香格里拉数据文件是作为一个例子提供的；审阅此组文件，你将了解区域模拟所必需的输入数据的文件种类、内容及格式。只要依照香格里拉

26、文件的格式填写自己的数据，使用者能容易地创建自己的区域数据库。在完成上述安装后，你就可以运转 DNDC 了。让我们到 C:DNDC目录下点击 DNDC93.exe, 一起来启动这个模型。4. 点位和区域的模拟点位和区域的模拟当模型启动后，主菜单显示在屏幕上（图 2）。图 2 . DNDC 模型的主菜单点位模拟模式点位模拟模式点击主菜单的【点位点位】/【输入输入】（或（或 Site 边的边的 Input）键，开始对一个点位的模拟提供输入参数。输入程序包括对三部分参数的提供，其内容为（1）气象信息、（2）土壤信息和（3）农田管理信息。农田管理信息页内又包含 8 个子页，让使用者去确定农作物的种类与

27、轮作、耕作、化肥施用、有机肥施用、旱地灌溉、水田淹灌、塑膜技术、放牧与割草。在输入过程中，你可回到前面任何一页进行修改。 但你要记住，当你完成一页的输入或修改后，一定要点击该页上的【接受接受】键; 否则，计算机不会记住你输入或修改过的数据。当你把所有页中要求的参数全部输入后，请点击在主菜单下边的【OK】键，告诉计算机输入程序已完成。通过点击【OK】键，所有输入的数据将自动转换成DNDC 的内部输入文件，这些文件储存在 C:DNDCResultInput 目录下；此时 DNDC 已全部就绪，准备对该点位执行模拟。此时你若点击【模拟模拟】键，DNDC 即开始执行这一模拟。 你可能会有点好奇：点击【

28、模拟模拟】后，DNDC 将做些什么事呢？这里向你简单介绍一下。在点击【模拟模拟】后，DNDC 首先从储存在C:DNDCResultInput目录下的输入文件中读取所有输入参数， 从而得到该模拟点位的气象、土壤和农田管理的所有信息。然后 DNDC 开始对第一年进行逐日模拟。 在一日模拟中，DNDC 首先模拟土壤温度、湿度和氧化还原电位；然后模拟植物生长； 而后模拟土壤有机质分解；最后模拟土壤微生物驱动的硝化、反硝化和发酵过程。根据每天的气象数据、土壤物理性状及作物生长，土壤各层的温度、湿度、水分迁移及氧化还原电位首先被算出。然后，DNDC 根据生长积温计算植物日潜在生长量、水分的需求量、氮的需求

29、量；根据土壤的实有水量及氮量，DNDC 计算水胁迫和氮胁迫，从而计算作物对水和氮的实际吸收，由此算出作物实际生长量。根据作物参数，DNDC 将每日作物生长量分配到根、茎、叶及籽粒中。土壤有机质分解过程的模拟是基于各层土壤中的有机质含量、土壤气候及土壤中可给态氮的含量。DNDC根据土壤氧化还原电位及基质（如 DOC, NH4+，NO3-, NO, N2O）浓度计算硝化和反硝化过程，并确定含氮气体的排放。在农田淹灌的情况下，DNDC 追踪土壤硝酸盐、亚硝酸盐、高价锰（Mn+4）、 高价铁（Fe3+）以及硫酸盐的浓度变化来追踪土壤的氧化还原电位演化。在氧化还原电位低於一个特定阈值时，发酵作用的子模型

30、将被启动去计算甲烷（CH4）的产量。在输入程序的过程中，如果你要求记录每日模拟结果，DNDC 将会记录每日的植物生长情况、土壤温湿变化、水分迁移、土壤中碳汇和碳通量、土壤中氮汇和氮通量、硝酸盐的淋溶流失以及各种气体的排放通量。按照以上所述顺序，DNDC 对该农业生态系统实施逐日模拟，直到这年的最后一天。在一年模拟结束时，DNDC会产生一个年度报告，总结该全年度碳、氮和水在该农业生态系统中的收支平衡。若实施多年模拟，DNDC 会在一年模拟结束后，自动开始下一年的模拟。模拟将会一年又一年连续不断地进行下去，直到全部模拟完成。所有模拟产生的每天和每年的结果都贮存在”C:DNDCResultRecor

31、dSite”目录下的文件中。 区域模拟模式区域模拟模式使用 DNDC 实施区域模拟，你必须事先获取整个区域所有格点所需的输入数据，并将它们存储在特定的数据库中。此数据库包括两种类型的数据文件：地理信息系统（GIS）数据和通用资料数据。地理信息系统数据涵盖待模拟区域的所有多边形或格点，其内容包括各格点的地理位置、气象数据文件名、土壤性质、种植系统及农田管理方面的信息。通用资料数据文件则储存通用数据, 如植物生理/物候学参数、土壤水热性能参数及气象数据。我们鼓励使用者去浏览一下与存放在“香格里拉”文件夹中的所有数据，这样你就会熟悉整个数据库的结构、内容及格式，有助于将来建立自己的区域数据库。如果你

32、的区域数据库已建立起来，你就可以进行区域模拟了。有关区域数据库建立与模拟结果的详情细节将在后面有关章节中论及。三模型操作三模型操作在 C:DNDC目录下，点击 DNDC93.exe, 模型启动。 一开始， 你会看到一个主菜单（图 2）。在此主菜单上，你可选择进行点位或区域模拟。1. 点位模式点位模式在点位模式下操作，大部分数据通过手工方式由输入界面各页输入。让我们现在开始吧！1.1. 输入参数输入参数点击主菜单的【点位点位】/【输入输入】键，你会看到新的一页，它是“气候”页（图 3）。第第 1 页：气候页：气候这是点位模拟输入程序的第一页。 在此页中, 你需要输入待模拟点位的地理位置和有关气候

33、参数。图 3. 地理和气候信息输入输入项目解释点位名称一个字符串（不要留空白）纬度点位纬度 （十进位）模拟年数一个整数记录每日模拟结果令 DNDC 记录每日模拟结果选取气象数据文件点击此键可以浏览并选择所需的气象文件，用“上移“ 和“下移“两键来调整你所选的气象文件的顺序。双击一个气象文件名，可将它从目录中剔除。使用一年文件模拟多年选择此项可使用一年气象文件来模拟所有各年。从一事先备好的文件中读取气候文件名称点击此项，使你能从事先准备的一个文件中顺序读取所有需要的气象文件名字。其格式如下：选择你的气象文件的格式挑选一种格式与你的气象文件相一致降雨中氮平均浓度（mgN/L or ppm）降雨中氮

34、的（溶解的硝酸盐和铵）年平均浓度，单位 mgN/L或 ppm。空气中氨平均浓度大气中氨气的平均浓度（默认值为 0.06 ugN/m3）。该浓度影（ugN/m3）(0.06)响对植物叶片对氨气的吸收，即氮的干沉降。大气 CO2 平均浓度（ppm）(350)大气二氧化碳平均浓度。 该值影响植物光合作用（默认值为350ppm）.大气 CO2 浓度年增长速率（ppm/年）对于多年的模拟，通过设立此项可自动调整大气中逐年二氧化碳的浓度变化。需用的气象数据文件必须事先准备好。文件都应是单纯的文本文件（即 ASC11）。每一年应有一个单独的文件。DNDC 接收五种不同的格式的气象数据。格式 1第一列是文件名

35、，第一纵行是儒略日(Julian day)，第二纵行是空气日平均温度（C）, 第三纵行是日降雨量（厘米）。 格式 2第一列是文件名，第一纵行是儒略日(Julian day)，第二纵行是空气日最高温度（C）, 第二纵行是空气日最低温度（C）, 第四纵行是日降雨量（厘米）。格式 3第一列是文件名，第一纵行是儒略日(Julian day)，第二纵行是空气日最高温度（C）, 第二纵行是空气日最低温度（C）, 第四纵行是日降雨量（厘米），第五纵行是太阳辐射（百万焦耳/平方米/日）。格式 4第一列是文件名，第一纵行是儒略日(Julian day)，第二纵行是空气日最高温度（C）, 第二纵行是空气日最低温度

36、（C）, 第四纵行是日降雨量（厘米），第五纵行是日平均风速（米/秒）。格式 5第一列是文件名，第一纵行是儒略日(Julian day)，第二纵行是空气日最高温度（C）, 第二纵行是空气日最低温度（C）, 第四纵行是日降雨量（厘米），第五纵行是日平均风速（米/秒），第六是太阳辐射（百万焦耳/平方米/日）。在此页中，DNDC 为氨（NH3）和二氧化碳（CO2）的大气背景浓度提供了默认值，你可使用此值或对它们进行修改。当你完成此页上所有输入项目后，点击【接受接受】键，所有输入的信息将移入计算机的内存。在移入过程中，DNDC 会检查气象文件中是否有错误； 若有错误，DNDC 将作出提示。第第 2 页：

37、土壤页：土壤点击在输入界面页上方的【土壤土壤】键，打开土壤参数页（图 4），准备输入土壤参数。图 4. 土壤数据输入输入项目解释土地利用类型选择当前土地利用类型。 选项为：旱作农田、水稻田、湿润草地/牧场、干旱草地/牧场、湿地。质地类型根据土壤质地类型或粘土成分含量来选择一种土壤类型。共有12 种类型，包括沙土、肥沙土、淤泥肥土、肥土、沙粘肥土、淤泥粘肥土、粘肥土、沙粘土、淤泥粘土和有机土。容重（g/cm3）上层土壤（0-10cm）的密度。酸碱度上层土壤的 pH 值。粘土含量（0-1）土壤中的粘土重量比例。当选择了土壤质地后，默认粘土含量会出现，使用者可以对此值进行修改。田间持水量（0-1）在

38、田间持水量时土壤水分在土壤孔隙度中占的比例（WFPS）。当选择了土壤质地后, 默认田间持水量值会出现，使用者可以对此进行修改。萎蔫点（0-1）在土壤萎蔫点时土壤水分在土壤孔隙度中占的比例（WFPS）。当选择了土壤质地后，默认土壤土壤萎蔫点值会出现，使用者可以对此进行修改。饱和导水率（m/小时）土壤饱和时水传导的速率（米/小时）。当选择了土壤质地后，默认饱和导水率值会出现，使用者可以对此进行修改。空隙度（0-1）土壤空隙在土壤总体积的比例。当选择了土壤质地后，默认土壤空隙度值会出现，使用者可以对此进行修改。大空隙如选择“是”键，表明土壤结构中有大的裂隙或空洞，导致土壤中旁侧水流发生（热带土壤普遍

39、）。旁侧流率（0-1）如果土壤有大的空隙，需定义进入旁侧水流的大气降水比例。隔水层深度（米）如果在 0.5 米土层中有隔水层或土壤压缩层（放牧多的牧场），需定义其深度。土壤滞水问题如果由于表层土壤有滞水问题，你可选择“是”。最高地下水位（米）默认值为 9.99 米，表明表层土壤无滞水问题。如果由于表层土壤有滞水问题， 需定义地下水位最高时的深度。表层土（0-5 厘米）有机碳含量（千克碳/千克土壤）土壤有机碳（SOC）的总量包括凋落物、微生物及腐殖质。定义了 SOC 的总含量后， SOC 在 0-50 厘米的剖面分布及在各SOC 分库的分配由 DNDC 自动设定。SOC 剖面：重新定义选择此项可

40、使使用者对 SOC 剖面重新设定。SOC 含量均匀的表土厚度定义一个土壤深度，在此深度范围内 SOC 含量均一。表土之下 SOC 随深度递减速率在 SOC 均匀深度之下，SOC 含量随深度变化的速率。速率越大，SOC 含量随深度减少得越快。若速率小于 1.0， 意味着 SOC 的含量随着土壤深度增加而增加（如泥炭土）。SOC 各库分配：重新定义选择此项可重新定义 SOC 在不同土壤碳库的分配。总体 C/N 比值土壤总体碳/氮含量比值极活性凋落物土壤中非常易分解的凋落物。活性凋落物土壤中较易分解的凋落物。惰性凋落物土壤中难分解的凋落物。活性腐殖质土壤中易分解的腐殖质惰性腐殖质土壤中难分解的腐殖质

41、无机碳无机碳（如木炭）设定系数改变土壤有机质分解速率选择此项可使使用者设置三个因子，系统地改变凋落物、易分解的腐殖质及惰性的腐殖质的分解速度。起始表层土壤 NO3 含量（mg N/kg）根据土壤有机碳含量及其它条件，DNDC 自动计算土壤表层的初始硝态氮含量，使用者可对此默认值进行修改。起始表层土壤 NH4 含量（mg N/kg）根据土壤有机碳含量及其它条件，DNDC 自动计算土壤表层的初始铵态氮含量，使用者可对此默认值进行修改。土壤微生物活性指数用一个小于 1，0 的值来表示受有毒物质影响土壤微生物活动下降的状况。默认值 1.0 则表示土壤微生物活动正常。土壤坡度土壤的坡度用百分比（0-10

42、0）。平坦土壤的坡度是 0。使用 SCS 曲线计算地表径流选择此项令 DNDC 使用事先备好的地表水文参数计算地表径流当输入过程完后，别忘记点击【接受接受】键使输入的数据转入到计算机的内存中。如果你没有点击【接受接受】键就离开此页，你将丢失新输入的或者修改过的数据。第第 3 页：农田管理页：农田管理图 5. 农田管理信息输入：轮作系统和年循环设想你要对一块农田进行多年模拟，这片农田在被模拟的期间轮作系统有变化。为了对所模拟的种植系统顺序进行定义，需要回答以下几个关键的问题：（1） 需要进行多少年的模拟？- 100 年。（2） 在此 100 年模拟中有多少轮作系统？- 两种轮作系统（玉米-大豆轮

43、作，和冬小麦-撂荒-苜蓿轮作）。（3） 每一种轮作系统持续的年数？ - 玉米-大豆轮作持续 40 年，冬小麦-撂荒-苜蓿轮作持续60 年。（4） 每一轮作系统中一个循环要多少年？ - 玉米-大豆轮作的一个循环为 2 年，冬小麦-撂荒-苜蓿的一个循环要 3 年。（5） 每一个循环中每一年内的农业管理措施是什么？- 玉米-大豆轮作的第一年，种玉米，两次常规犁地，播种时施用 120 公斤/公顷的尿素氮；第二年，种大豆，两次常规犁地，不用化肥。冬小麦-撂荒-苜蓿轮作的第一年，种冬小麦，进行两次常规犁地，播种时施用 100 公斤/公顷的尿素氮；第二年，在冬小麦收割后，土地被撂荒，不犁地，不施肥；第三年，

44、种苜蓿，作为闲置作物，不施化肥，成熟时通过犁地翻入土中。该 100 年的轮作系统可用下表概括：总年数：100；轮作系统数：2；第一轮作年数：40；第一轮作一个循环的年数：2；第一轮作循环第一年的作物：玉米；第一轮作循环第二年的作物：大豆；第二轮作年数：60；第二轮作一个循环的年数：3；第二轮作循环第一年的作物：冬小麦；第二轮作循环第二年的作物：撂荒；第二轮作循环第三年的作物：苜蓿。只需对上列五个年份的农田管理措施一一定义，DNDC 将会自动建立各作物间和各年度间的连接，从而对建立起这 100 年的农业管理情景。使用者利用图 5 来实现对种植系统轮作的逐一定义。输入项目解释总年数本次模拟全程的总

45、年数轮作系统总数目模拟全程的轮作系统总数目轮作系统序数根据轮作系统顺序编号选择一个轮作系统进行参数输入此轮作系统持续的年数所选轮作系统的持续时间长度（年数）此轮作系统中一个循环的年数所选轮作系统中一个循环的持续时间长度（年数）此循环中的年序号选择此循环中一个具体年份定义选定年的管理措施点击此键开始输入选定年的管理措施第第 4 4 页：页： 农作物农作物在“农作物“这一页，你将定义（1）在这一年里种植的作物类型，（2）播种和收割的日期，（3）秸秆还田比例，（4）各农作物的生理和物侯学参数（DNDC 提供默认值，但是你可修改它们）（图 6）。图 6. 农作物类型、播种/收获日期、秸秆还田和作物生理

46、/物候参数的输入输入项目解释在本年中种植的作物种数在这一年里新种植的作物数目。 这些作物可以连贯种植（轮种），也可以同时种植（即套种）。作物种植序号作物种植顺序编号。作物种类作物种类。可从 DNDC 提供的默认作物中选取。这是多年生作物选择此项将定义该作物为多年生作物。这是闲置作物吗？定义该作物是否为闲置作物。若是闲置作物，它的全部生物量将全部留在地里。播种日期播种的月份（1-12）和日（1-30）。收获日期收割的月份（1-12）和日（1-30）。收获年份定义收割年份。1 代表本年收割；2 代表下一年收割；3 代表第三年收割；以此类推。地面上秸秆还田比例庄稼收割后，作物地上生物量留茬的比率。最

47、高生物量，公斤碳/公顷在最佳条件下，籽粒、叶茎和根的最大生物量。生物量分配比例在作物成熟时，生物量在籽粒、叶茎和根间的分配比例。生物量 C/N 比值在作物成熟时，生物量在籽粒、叶茎和根中碳/氮的含量比值。总需氮量，公斤氮/公顷作物在生长全程所需氮量。生长积温，摄氏度/生长季在作物生长期间，日平均气温的总积累量。需水量，克水/克 干物质生产一克作物干物质所需水量（克）。固氮系数作物固氮能力，其值等于（作物总需氮量/作物从土壤吸收氮量）管道结构系数（0-1）水生作物茎干管道通气功能DNDC 提供 50 余种作物的默认生理及物候学参数，这些参数多来自北美的观测资料，可供参考。可供选取的作物如下：0

48、荒地1 玉米2 冬小麦3 大豆4 豆类干草5 非豆类干草6 春小麦7 甘蔗8 大麦9 燕麦10 苜蓿11 草地12 多年生牧草13 高粱14 棉花15 稞麦16 蔬菜17 新作物18 土豆19 甜菜20 水稻21 香蕉22 芹菜23 花生24 旱稻25 油菜26 烟草27 小米28 向日葵29 豆类30 深水水稻31 洋葱32 椰子33 草莓34 生菜35.朝鲜蓟36 花圃37 抱子甘蓝38 浆果39 新作物40 果树41 柑橘42 葡萄43 饲料玉米44 啤酒花45 番茄46 雨养水稻47 闲置作物48 红花49 亚麻50 芦苇51 木署52 小菠菜53 加州芥蓝54 热带常绿树55 新作物

49、56 葱57 新作物58 新作物59 新作物60 新作物61 新作物62 新作物63 新作物64 新作物65 新作物66 新作物67 新作物68 新作物69 新作物70 新作物71 新作物72 萝卜73 辣椒74 苋菜75 新作物76 新作物77 新作物78 新作物79 新作物你会发现在上表中有一些“新作物“，使用者可以利用 DNDC 提供的“作物创造者作物创造者”这一软件工具在这些空白处增添自己的新作物。作物生长模拟在农业生态系统模型中占有重要地位。作物生长需一方面从土壤中提取水分和氮，另一方面把枯枝败叶归还给土壤，从而控制土壤中的水分、碳和氮的动态变化，影响土壤中一系列生物地球化学反应，包

50、括固碳作用和微量气体的释放。为了确保 DNDC 正确模拟土壤生物地球化学过程，使用者必须首先正确地模拟农作物生长。当一种作物类型被选定后，此作物的生理和物候参数的默认值会立即从作物资料库中被读出，并在此页“所选作物的生长参数所选作物的生长参数”的栏目中显示出来；使用者可以修改这些生理和物候参数，以达到准确模拟作物生长过程及产量的目的。在此栏目中所作的修改只影响本例模拟，不改变作物数据库中的永久性默认参数值。只有“作物创造者作物创造者”可以永久性地改变作物数据库中的默认参数值第第 5 5 页：耕作页：耕作在此页定义耕地的次数、时间和方法（图 7）。输入项目解释本年犁地次数该年中耕地的次数。犁地序

51、数每次耕地的顺序编号。月，日耕地的日期。犁地方式对耕地的深度可通过对以下默认方法选择一种来进行定义：(1)免耕（仅秸秆覆盖地面）（0 厘米），（2）轻翻耕（5 厘米）（3）用圆盘耙或齿耙翻耕（10 厘米），（4）用大板犁翻耕（20 厘米），（5）深翻耕（30 厘米）或（6）极深翻耕（50 厘米）。图 7. 耕作信息的输入第第 6 6 页：化肥施用页：化肥施用施化肥方法有三种：手工施肥、自动施肥和灌溉施肥。手工施肥是传统的方法，需定义本年中施肥的次数和每一次施肥的时间、方法、化肥类型以及施肥量（图 8）。输入项目解释本年施肥次数该年中施肥的次数。施肥序数每次施肥的顺序编号。施肥日期每次施肥的月份

52、及日。施肥深度施肥深度：表施 （0.2 厘米）, 或注入施肥（默认深度 15 厘米）。本次施肥量从七种类型化肥中选一种或几种,定义每一种化肥的施量(公斤氮/公顷)。可控缓释肥料点击此按钮表示所用之化肥为可控缓释肥料, 需定义化肥中的氮均匀释放出来日数。使用硝化作用抑制剂点击此按钮表示使用硝化作用抑制剂，需定义该抑制剂的效率及有效时间。 图 8. 化肥数据的输入如果选择自动施肥,DNDC 在作物播种时自动计算作物需氮量及土壤中可给态氮含量，计算所得之差值为施肥量；DNDC 在作物播种之日将此量一次性地加入土壤，默认的化肥种类为尿素。如果选择灌溉施肥，使用者需选择一个事先备好的文件，此文件包括施加

53、于此农田每日的水和化肥氮的数量。灌溉施肥文件数据格式如下：表中数据内容为：日、 水（厘米）、硝酸盐、氨、碳酸氢氨、氨水、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵（公斤氮/公顷）。第第 7 7 页：有机肥料施用页：有机肥料施用施用有机肥需定义施肥次数和每次施肥的时间、肥料类型及数量（图 9）。输入项目解释本年施有机肥次数该年施肥的次数。施肥序数每次施肥的顺序编码。施肥日期每次施肥的日月。肥料种类选择一种有机肥。 10 种有机肥在 DNDC 模型中已被参数化：农家肥、绿肥、麦草、浆状粪肥、动物粪便、堆肥、豆饼、人粪尿、家禽粪便、市政污泥和动物杂碎。施用量每次施肥的量（公斤碳/公顷）。C/N 比值有机肥中碳/氮比值。

54、DNDC 提供默认值但使用者可修改。含氮量每次有机肥含氮量（公斤氮/公顷）施用方法施肥的方法：表施，或翻入土壤。图 9. 有机肥施用的数据输入第第 8 页页: 旱田灌溉旱田灌溉灌溉是指把水浇入农田，但并不造成地表长期（大于 24 小时）积水。有两种方法来定义灌溉。第一种是通过【灌溉事件定义】，需定义灌溉次数及每次灌溉的日期和【灌溉水量】（厘米/次）。第二种方法是定义一个【灌溉系数】（到之间的值）；如果被模拟的作物发生水胁迫，当日的灌溉水量将由该日缺水量与灌溉系数乘积所确定（图 10）。【灌溉方法】包括漫灌、喷灌和滴灌；它们有不同的蒸发作用和水渗透作用，因此具有不同的灌溉效果。图 10. 灌溉数

55、据的输入第第 9 9 页页: : 水田淹灌水田淹灌淹灌一般用于水稻田或湿地植物。有四种方法可供选择来定义淹灌的持续时间：（1）灌溉，（2）雨养，（3）使用观测水文数据，（4）经验公式法（图 11）。输入项目解释灌溉通过定义淹灌次数和淹灌时间来控制农田水情本年淹灌次数一年中反复淹灌的总次数淹灌序数每次淹灌的顺序编号始于 月 日每次淹灌的起始日期终于 月 日每次淹灌的终止日期传统式淹灌整个作物生长期间地面水层厚度保持大约 10 厘米低限淹灌整个作物生长期间地面水层厚度波动在地面上下 5 厘米，又称“干湿交替”。由淹灌带入的氮量整个作物生长期间，由淹灌水带入的总氮量（公斤 N/公顷）。农田底部水渗漏

56、速率农田底部水渗漏速率（毫米/日）雨养全部淹灌水来自降雨。需定义一个集水面积系数，即（集水面积/农田面积）比值。使用观测水位数据选择一事先备好的水位数据文件，其中记录每日水位高度经验公式法每日水位由一组水文参数计算。通过对该点位历史观测水位动态数据分析，导出一组水文学参数，这些参数包括（）起始水位高度（厘米），（）降水表面流入系数，（）终止表面水溢出的最低水位高度（厘米），（）表面外流强度因子，（）终止地下水水溢出的最高水位（厘米）及（）地下水水流出的强度因子。依靠这些参数，DNDC 根据日降水数据自动计算每日水位。 图 11. 湿地或水田淹灌数据输入控制方法（即利用观测水位数据），使用者需要

57、事先准备一个观测水位数据文件，其文件的格式如下：数据中负值表示水位低于土壤表层的深度，而正值则表示水位高于土壤表层的高度，皆以厘米为单位。经验公式法是通过对该点位历史观测水位动态数据分析，导出一组水文学参数，这些参数包括（）起始水位高度（厘米），（）降水表面流入系数，（）终止表面水溢出的最低水位高度（厘米），（）表面外流强度因子，（）终止地下水水溢出的最高水位（厘米）及（）地下水水流出的强度因子。依靠这些参数，DNDC 根据日降水数据自动计算每日水位。第第 1010 页页: : 塑膜技术塑膜技术塑膜技术包括大棚温室和地膜覆盖。需定义本年使用大棚温室或地膜覆盖的次数及每次的起始和结束日期。塑膜技

58、术的应用将改变模拟种植系统的气温及土壤温度和湿度（图 12）。图 12. 塑膜技术数据输入第第 11 页：放牧和割草页：放牧和割草放牧一般用于草地和牧场。放牧要求定义牲畜的类型、数量和放牧的时间，这些参数用来计算放牧时的牧草消耗及牲畜粪便的排放（图 13）。输入项目解释本年放牧次数此年中放牧的次数放牧序号每次放牧的顺序编号起始 月 日每次放牧的起始日期终止 月 日每次放牧的终止日期每日放牧小时数牲畜每天在地里停留的小时数放牧强度牛、马或羊的数量（头/公顷）图 13. 放牧和割草数据输入本页另一部分用来定义作物的收割、采摘、剪枝等。输入项目解释割收次数此年中收割、采摘或剪枝的次数割收序号每次割收

59、的顺序编号割收日期每次割收的日期割收部位可分别或同时割收果实、叶、茎及根割收比例割收的生物量占相应部位的总生物量的比例，是一小数值。至此，我们已完成了点位尺度上所有数据输入的工作。此时，你可点击在主菜单下方的【OK】键，DNDC 将自动把你输入的全部数据转换成一组 DNDC 可辨认的内部文件储存在 C:DNDCResultInputs目录下。对本例模拟而言，这意味着你已经完成了你的任务，剩下的都是 DNDC 的事了。1.2. 保存输入参数保存输入参数参数输入的过程有时是枯燥的。千辛万苦输入的数据最好及时保存下来，以备后用。为此，请点击主菜单上方的【存储输入数据存储输入数据】页面，打开最后一页输

60、入界面。在此页上点击；【存数据存数据】按钮；给这个文件起个名字，找个地方存起来；输入的数据就会在这个文件中全部保存下来（图 14）。图 14. 保存输入参数这个保存下来的文件是单纯文本格式的，使用者可用 NotePad、 WordPad、TextPad 或其它编辑软件来打开并审阅其内容。当你变得对这种输入文件熟悉后，你甚至可以通过对这种文件的修改，去创造新的输入情景。下面提供一个输入文件作为例子，使你了解其内容与格式。Input_Parameters:-Site_data: Arrou9899Simulated_Year: 2Latitude: 48.100Daily_Record: 1-Cl