Developed countries' growing awareness of greenhouse gas (CO2, CH4, N2O) emissions from agricultural soils has led to an increased interest in the management of soil organic matter (SOM), which now extends to developing countries, including Bangladesh. Bangladeshi agriculture follows a largely rice-based cropping rotation, for which insufficient site-specific information regarding gas emissions exists to identify temporal variability of SOM content. The objective of this study was to evaluate the applicability of the 'Denitrification-Decomposition' model (DNDC, version 9.3) as a tool to better understand SOC trends in tropical agriculture. DNDC was used to simulate gas emissions from 1948 to 1969 and 1981 to 2007, under farm management practices prevalent in the Dinajpur district of Bangladesh. Forty-nine years of historical daily precipitation and temperature data were used for simulation with DNDC, such that both aerobic and anaerobic conditions were experienced in any given year. A "summer rice - monsoon rice - wheat" cropping pattern was used. As the input parameters of annual precipitation and flooding duration would likely affect DNDC-simulated results, model outputs were categorized on the basis of the magnitude of these parameters. In each categorization scheme the output data were sorted either based on (i) mean, (ii) probability of exceedance, or (iii) standard deviation of annual precipitation or flooding duration. An analysis was then conducted of correlations among input and output variables. Relationships between simulated variables like CO2 emissions, CH4 emissions, and change in SOC content, and input variables such as annual precipitation and flooding duration were generally similar under both of categorization schemes. In high precipitation years changes in SOC content showed a negative correlation (r = 0.90, P ≤ 0.05) with CO2 emissions, and a positive correlation with CH4 emissions (r = 0.85, P ≤ 0.05), highlighting the importance of studying gas emissions as part of the net C balance embedded in DNDC. When categorized according to annual precipitation, CO2 and CH4 emissions were negatively correlated; however, no significant relationship existed when emissions data were categorized on the basis of flooding duration. This discrepancy might arise from the way in which DNDC computes the soil's net C balance. In physical systems, CH4 emissions from paddy fields have an important effect on SOC; however, DNDC calculates CH4 emissions based on available organic C generated by the decomposition sub-model, but the net change in SOC is only balanced according to the CO2 gas emissions calculated by decomposition sub-model. Thus, the CH4 emission calculated by the fermentation sub-model is not included as a loss of SOC in the C balance. The consequence of this in the output data was a steadily increasing SOC associated with the increase in CH4 emissions from the simulated soil system. In order to more accurately model the soil carbon balance in tropical agricultural systems with flooded soils, DNDC should be modified to take into consideration C lost through CH4 emissions in addition to those lost as CO2. DNDC might then be used in sensitivity analysis for different farm management practices under paddy-based cropping systems. Physical experimental analysis is also important for validation of the modelling work. This study showed that DNDC can serve as a rough tool to represent change in the SOC content under Bangladeshi agricultural practices. Some modifications of DNDC, however, would be desirable to make it better suited for future work of this kind. / La plus grande prise de conscience des pays développés quant aux émissions de gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O) provenant de sols agricoles a mené à un intérêt accru pour une gestion durable de la matière organique du sol (MOS). Cet intérêt s'étend maintenant à plusieurs pays en voie de développement, dont le Bangladesh. L'objectif de cette étude fut d'évaluer l'applicabilité du modèle informatique 'Dénitrification-Décomposition' (DNDC, version 9.3) comme outil permettant de mieux comprendre les tendances en MOS dans le contexte de l'agriculture des tropiques. Le DNDC servit à simuler les émissions de gaz à effet de serre de 1948 à 1969 et de 1981 à 2007, selon les modes de gestion agricole prévalent dans le district de Dinajpur, au Bangladesh. Une historique de précipitations et températures quotidiennes de 49 ans servit à alimenter les simulations avec DNDC, de façon à ce que des conditions aérobies et anaérobies aient lieu en toute année donnée. Une rotation de cultures "riz d'été - riz mousson - blé" fut employée. Comme les paramètres d'entrée (précipitation annuelle et durée d'inondations) auraient probablement un effet sur les résultats simulés par DNDC, les variables de sortie furent triées selon l'échelle de chacun des paramètres d'entrée. Pour chaque mode de catégorisation les variables de sortie furent triées selon soit (i) la moyenne, (ii) la probabilité de dépassement, or (iii) et l'écart type de la précipitation annuelle ou de la durée annuelle d'inondations. Une analyse fut ensuite conduite des corrélations entre les variables d'entrée et de sortie. Le type de corrélation existant entre les variables de sortie simulées (émissions de CO2, émissions de CH4, et variation en MOS) et les variables d'entrée (précipitation annuelle, durée d'inondations) fut généralement semblable pour les deux critères de tri. Lors d'années de précipitation élevée la variation en MOS fut inversement corrélée (r = 0.90, P ≤ 0.05) aux émissions de CO2, et directement corrélée aux émissions de CH4 émissions (r = 0.85, P ≤ 0.05), soulignant l'importance qu'il y a d'étudier les émissions de gaz par l'entremise du module de bilan global en C de DNDC. Lorsque trié selon la précipitation annuelle, les émissions de CO2 and CH4 furent inversement corrélées, tandis que lorsque le tri se fit selon la durée des inondations aucune corrélation significative n'apparut. Cette divergence s'avère peut-être le résultat de la façon par laquelle DNDC calcul le bilan en C du sol. Dans le monde réel, les émissions de CH4 provenant de rizières submergées ont un important effet sur la MOS. Cependant, DNDC calcule les émissions de CH4 selon le carbone organique disponible calculé par le module de décomposition, mais le bilan global en MOS n'est ajusté que pour le CO2 émis par le module de décomposition. Ainsi, les émissions de CH4 calculées par le module de fermentation ne sont pas prises en compte comme une perte en MOS dans le bilan de C. Par conséquence les données de sortie indiquèrent une augmentation progressive en MOS, associée à une augmentation en émissions de CH4 provenant du sol simulé. Afin de modeler plus précisément le bilan en C du sol dans les systèmes agricoles des tropiques à sols inondés, DNDC devrait être modifié afin de prendre en compte les pertes en C sous forme d'émissions de CH4 en plus de celles sous forme de CO2. Le DNDC pourrait alors servir à une analyse de sensibilité qui examinerait différentes pratiques de gestion agricole pour les rizières. Une analyse physique d'expériences sur le terrain s'avèrerait utile à une validation des travaux de modélisation. Cette étude démontra que DNDC peut servir d'outil approximatif pour représenter les variations en MOS advenant des pratiques agricoles courantes au Bangladesh. Cependant, il serait souhaitable que certaines modifications soient faites au modèle DNDC, pour qu'il soit mieux adapté à de futures utilisations de ce genre.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107848 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Shahid, Syeda Rubyat |
| Contributors | Grant Clark (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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