温度对青藏高原热融湖塘沉积物甲烷产量的影响

气候变暖导致多年冻土退化,加快热融湖塘的形成和扩张,进而增加多年冻土区的碳释放。热融湖塘沉积物理化特征与甲烷产量有着重要关系,而这一关系的明确有助于揭示青藏高原热融湖塘甲烷释放对气候变化的响应。本研究选择青藏高原中东部8个热融湖塘为研究对象,通过室内培养实验探究不同温度(5℃、10℃和15℃)下两种主要植被类型区热融湖塘甲烷产量及其与沉积物理化性质的关系。结果表明：培养周期内(50天),甲烷产量最大值出现在10℃培养条件下高寒沼泽草甸区的MD-3样品,产量高达167.63μg·g^-1沉积物;最小值出现在15℃培养下高寒沼泽草甸区的AD-2样品,产量为0.01μg·g^-1沉积物。从理化性质与甲烷产量的关系来看,热融湖塘深度和氨氮含量都与甲烷产量显著正相关(P<0.05),而pH值(7.08～8.40)与甲烷产量显著负相关(P<0.05),如玛多地区氨氮高、pH低,其热融湖塘沉积物的甲烷产量远大于安多地区。另外,温度敏感性指数Q10值的分析结果表明,温度升高对61.11%的甲烷产量有促进作用,对18.06%的甲烷产量有抑制影响,说明温...     

北半球热融湖塘分布及其甲烷排放潜力

热融湖塘作为多年冻土退化产生的分布最广的热喀斯特景观,是大气中甲烷(CH₄)的重要来源。热融湖塘的形成和演化及其对全球大气CH₄循环的影响是气候变化研究领域的重要问题之一。本文综合阐述了北半球多年冻土区热融湖塘的演化、分布及变化特征,揭示了热融湖塘CH₄的产生、氧化、排放过程及其影响因素。研究表明,环北极地区热融湖塘总面积约为1.4×10⁶ km²,虽然部分地区可能导致湖塘扩张或形成新的湖塘,但整体上湖塘覆盖面积呈减少趋势;青藏高原热融湖塘总面积约为2.83×10³ km²,表现为中部地区湖塘数量和面积显著增加,黄河源地区呈减少趋势。受有机质稳定性和微生物群落差异的影响,热融湖塘表层富含有机质的淤泥层及融化的深层冻土层CH₄产生潜力较大,但CH₄氧化过程极大地限制了湖塘CH₄的排放。目前,环北极地区热融湖塘CH₄排放量为1.9～6.3 Tg CH<...     

热融湖塘对多年冻土的热影响

以发育于青藏高原多年冻土区的红梁河热融湖塘为例,研究了热融湖塘附近土体的热状态变化特征,以及其对湖岸多年冻土上、下限影响情况.结果表明:热融湖塘侧向热影响改变了热融湖塘下部和周围区域土体的热状态,使周围土体热状态处于动平衡状态,既受热融湖塘的热影响,也受到周围多年冻土的热影响.热融湖塘对周围浅层土体温度和多年冻土上限影响相对较小,但热融湖塘热影响引起了湖岸边缘的多年冻土上限增大和地温升高.热融湖塘对深部土体温度和多年冻土厚度有较大的影响.     

高寒草甸区典型景观单元土壤养分空间变异性研究

应用GIS技术和地统计学空间内插法,对黄河源区达日县跨热洼尔玛流域高寒草甸小流域典型景观单元土壤有机质、全氮和全磷的空间分布特征进行了研究.结果表明: 高寒草甸土壤养分(全氮、有机质、全磷)最佳拟合模型为球状模型;在小流域尺度范围内,土壤养分空间变异性依次为: 全氮＞有机质＞全磷;其中高寒草甸土壤全氮含量具有强空间变异,块金系数(C0/(C0 C))为23.5%,有机质和全磷属于中等空间变异,其块金系数(C0/(C0 C))分别为35.9%、41.7%;全氮、有机质和全磷的有效变程分别为2 133 m、1 412 m和1 239 m.区域土壤养分影响因素分析显示: 不同植被覆盖下土壤有机质和养分的积累和平衡状况存在差异,其空间变异主要受海拔、地形、坡度、植被、根系分布状况等因素影响.     

青藏工程走廊典型热融灾害现象及其热影响研究

在全球变暖及人类工程活动的影响下,青藏工程走廊内的热融灾害普遍发育。研究走廊内各类热融灾害的发育现状及其对多年冻土的热影响对今后的工程规划和冻土环境保护具有一定的指导意义。本文通过大量的野外调查工作,总结了走廊内热融灾害的类型及其发育现状,并选取3种典型热融灾害进行现场地温监测,分析其对多年冻土的热影响方式和程度。研究结果表明:3种热融灾害对其发育区域及附近的多年冻土都产生了巨大的热影响,热融滑塌和热融沟主要影响浅层的地温状况,而热融湖塘的影响范围更大,其发育甚至会导致湖塘下部形成多年融区。此外,侧向热流计算结果表明,3种热融灾害全年都在向其周边的多年冻土放热,通过对比发现热融湖塘的侧向热侵蚀能力最强,其次是热融沟,侧向热侵蚀最小的是热融滑塌。     

青藏高原典型寒冻土壤对高寒生态系统变化的响应

高寒生态系统对全球变化非常敏感,以青藏高原腹地的长江黄河源区为研究区域,利用多期遥感TM数据和生态样带调查数据,提出生态综合指数方法.应用土壤结构、组成与水理特性等物理指标和土壤化学性质与养分含量指标,系统分析了青藏高原典型寒冻土壤如钙积寒性干旱土、简育寒性干旱土、草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土等对高寒生态系统变化的响应特征.结果表明:随着气候变化,主要高寒生态系统如高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽草甸等显著退化,寒冻土壤表层呈现明显粗粝化,草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土表层土壤细粒物质流失38.7%,土壤孔隙度和容重增加;高寒草甸土壤表层饱和导水率随综合生态指标值降低而急剧增大,当植被覆盖度<50%以后,土壤表层水分集聚现象不再存在,高寒草原土壤饱和导水率变化不明显;高寒草甸与高寒草原土壤的有机质和全氮含量均随生态指数减少而分别呈现抛物线和指数曲线形式减少.随着气候变暖和人类活动干扰的加剧,高寒草地生态系统变化将可能导致寒冻土壤环境持续退化并对高原草地碳循环产生重要的影响.     

多年冻土区活动层土壤水分对不同高寒生态系统的响应

土地覆被变化对土壤水分的影响是生态水文学和流域水文学研究的关键问题,基于长江源典型多年冻土区不同高寒草地土壤水分的观测,结合降水、生物量（包括地上和地下）和土壤理化性质,研究了活动层土壤水分变化对不同高寒生态系统的响应. 结果表明：高寒草甸生物量、土壤养分含量均比高寒草原高,且对降水响应更为强烈,致使高寒草甸土壤水分变异性弱于高寒草原. 在土壤完全融化阶段,高寒草甸土壤活动层存在一个低含水层（50 cm左右）和两个相对高含水层（20 cm和120 cm）,但高寒草原土壤水分在活动层剖面上有随深度逐渐增大的一致性趋势;在秋季冻结过程中,高寒草甸土冻结起始日滞后于高寒草原土3~15 d;在春季融化阶段,高寒草原土更高的含冰量需要更多的融化潜热. 此外,表层土壤中（0~20 cm）,高寒草甸土比高寒草原土有更大的持水特性,而在活动层中下部则呈现完全相反的结果,不同高寒生态系统的演替改变了土壤的水热迁移过程.     

青藏高原热融湖塘动态监测中高分辨率遥感数据处理方法研究

遥感技术由于能够快速、 宏观的获得研究区域的数据, 已成为青藏高原热融湖塘动态监测的重要技术手段. 基于野外现场调查和SPOT-5、 QuickBird两种高分辨率遥感卫星数据的特性分析, 结合影响青藏高原热融湖塘发育的一系列特征因素, 探讨了最适合于青藏高原热融湖塘动态监测的高分辨率遥感数据的纠正、 融合和信息提取方法. 应用该方法对2006-2009年间北麓河盆地北侧的红梁河至秀水河段公路沿线局部63 km²范围的热融湖塘进行了变化特征分析, 结果表明该区的热融湖塘个数和总面积在研究时段都有所增加, 其中湖塘由70个增加到75个, 湖塘总面积增量19.65%.     

基于多重分形理论的多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分析

为阐明青藏高原多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分布(PSD)非均匀性和异质性的变化特征, 在青藏高原长江源区, 根据高寒草甸的退化梯度, 选取了未退化区域、 轻度退化区域、 中度退化区域、 重度退化区域和极重度退化区域, 测定了高寒草甸退化过程中土壤的粒径分布、 饱和导水率、 孔隙度与有机质含量. 运用多重分形理论, 并结合土壤颗粒分布与土壤理化特性等参数的相关性进行分析, 为高寒草甸退化对长江源高寒土壤性质变化的影响的定量研究提供一种精确的分析方法. 结果表明: 随着青藏高原多年冻土区高寒草甸退化程度的增加, 土壤颗粒呈粗粒化趋势, 多重分形参数中容量维数(D₀)随之增大, 表征PSD宽度随之增大; 信息维数(D₁)、 信息维数/容量维数(D₁/D₀)、 关联维数(D₂)、 奇异谱宽(Δα)可从不同角度反映的土壤PSD的非均匀性与局部异质性随着高寒草甸退化有先增大后减小的趋势, 中度退化区域的土壤PSD不均匀性最大. 研究发现, 研究区土壤多重分形参数与细砂含量、 土壤的孔隙度、 有机质含量具有较明显的相关性. 多重分形参数能准确描述高寒草甸退化过程中土壤粒径分布的细微差别, 可作为反映土壤性质的潜在指标.     

基于BP神经网络的青藏高原土壤养分评价

土壤养分在养分循环和土壤-植物关系中起着重要作用,在高海拔生态系统中,由于缺乏系统的实地观测,土壤养分在高山草原中仍然知之甚少。为了了解青藏高原多年冻土区高寒草地土壤养分的基本情况以及土壤养分的等级划分,利用青藏高原腹地西大滩至安多地区采集的154个土壤样品数据,基于BP神经网络模型建立具有3层网络,10个中间层节点的土壤养分评价模型。在MATLAB软件中进行BP神经网络的训练和验证后,对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤养分进行综合评价。结果表明：2009年青藏高原高寒草地的土壤养分综合评价等级为4级,属于较低水平。综合评价结果与基于主成分分析方法的土壤质量指数（SQI）基本一致,说明BP神经网络模型对青藏高原土壤养分的评价结果是合理的。对评价结果与海拔、植被盖度和植被类型的关系分析表明,海拔越高或植被盖度越高,土壤养分的评价等级越高;不同植被类型的评价等级表现出高寒沼泽草甸（2级）>高寒草甸（4级）>高寒草原（5级）的趋势。BP网络作为一种简单又准确的识别方法,不仅可以评估土壤养分等级,还可以比较不同地区的土壤养分高低状况,希望为青藏高原的土地资源管理与保护提供基本的科学依据。     

中国土壤有机质含量变异性与空间尺度的关系

以中国土种志资料为基础，分析了土壤有机质含量变异与空间尺度的关系及土类内和土类间的变异程度，探讨了不同空间尺度单元下，土壤有机质平均含量与土壤性质的相关性。结果表明，以土壤剖面为单元，随着土壤剖面数的增加，土壤有机质含量的变异系数增大；行政区域尺度单元内部土壤有机质变异程度大于单元间土壤有机质含量的变异程度。以土壤分类单元为空间单元，土类内的有机质含量变异程度小于土类间的变异程度。随着统计单元空间尺度的增大，土壤有机质含量与土壤性质之间的相关性减弱。因此，采用网格法或行政区划分空间区域，获得空间区域单元内土壤有机质含量或贮量的精确估算需要较多的剖面，但外推至数据不足的空间区域时，估算的不确定较小；采用土壤分类单元为空间区域单元，结果则相反。     

有机质含量及组分对泥炭土物理力学性质影响

富含有机物质是泥炭土工程性质不良的主要原因。不同有机质含量及组分的泥炭土,其物理力学性质差异很大。为明确有机质含量的影响,对数十组不同有机质含量无定形泥炭土试样进行一系列室内试验,系统分析了物理、变形、强度及渗透性随有机质含量的变化规律;为比较有机质组分不同导致的工程性质差异,将以上无定形泥炭土物理力学指标与纤维泥炭土试验数据进行系统分析。结果表明:无定形泥炭土基本物理力学指标与有机质含量间有一定的线性关系,其中,初始孔隙比（e₀）、天然含水率（w₀）、液塑限（w_L、w_p）、黏聚力（c）随有机质含量增加线性增大,比重（G_s）、固结系数（C_v）和内摩擦角（φ）随有机质含量增大而减小。相较无定形泥炭土,纤维泥炭土比重小、含水率大、孔隙比大。抗剪强度方面,无定形泥炭土黏聚力随有机质含量增大而增大,较纤维泥炭土略高;内摩擦角随有机质含量增大而有下降趋势,约为纤维泥炭土的1/5～1/14。渗透性方面,无定形泥炭土的初始渗透系数（k_v0）及渗透指数（C_k）随有机质含量增大而减小,且普遍小于纤维泥炭土。     

青海西宁及周缘地区土壤硒地球化学特征及成因研究

本研究以青海西宁及周缘地区27900km2,1∶250000土地质量地球化学调查成果为基础,总结不同土壤类型、成土母质、土地利用类型土壤中硒含量特征,分析其影响因素,并对土壤硒成因来源进行研究。研究结果表明,青海湖北部土壤硒在风化成壤过程中逐步富集,土壤中硒含量与有机质存在显著相关性,有机质含量增加和土壤粒度的变细是形成富硒土壤的主要原因;达坂山一带和拉脊山一带土壤中硒与铜和硫存在显著相关性,中基性火山岩和含煤碎屑岩是土壤硒的主要来源,有机质吸附作用使土壤硒富集;有机质吸附作用使土壤中硒再次富集是普遍存在的现象。     

土壤中重金属元素Pb、Cd地球化学行为影响因素研究

通过研究湖南洞庭湖地区水稻土中Pb、Cd与土壤有机质、粘粒和pH值的关系,结果表明,(1)土壤中有机质含量与Cd、Pb有着显著的正相关性,土壤中有机质含量增加可明显降低Cd和Pb的离子态和可交换态含量。(2)随着粘粒含量增加,Pb和Cd离子可交换态占全量的比值略有增加,这说明粘粒表面吸附的Pb和Cd容易进入植物体中,对生态系统安全具有危害的组分。(3)Cd离子交换态与土壤pH值呈显著相关关系,土壤酸化使Cd的离子交换态比例上升,可直接导致农作物中Cd含量增加,防止土壤酸化是控制Cd对生态系统危害的有效途径;Pb的离子交换态与全量的比值与pH值具有显著的相关性,对于Pb污染严重的土壤,保持土壤pH值在弱酸性至弱碱性范围,防止土壤酸化和盐碱化,可以降低Pb危害。土壤有机质含量、pH值等是控制重金属元素地球化学行为的重要因素之一。     

典型黑土地土壤有机质含量空间变化特征研究——以绥化市北林区为例

以20世纪80年代第二次土壤普查时期黑土有机质分析数据为基准,以目前土地质量地球化学调查土壤有机质分析数据为研究对象,利用MapGIS空间分析功能定量研究绥化市北林区黑土地土壤有机质含量的空间变化特征.研究结果显示,近30 a以来研究区土壤有机质含量由41.16×10^-3下降到37.68×10^-3,土壤有机质流失率达8.45%;20世纪80年代研究区土壤有机质含量在35×10^-3~45×10^-3的面积占研究区总面积的73.93%,而目前研究区土壤有机质含量在30×10^-3~40×10^-3的面积占研究区总面积的70.24%;研究区82.1%的土地面积土壤中有机质呈现出不同程度的减少,仅有17.9%的土地面积土壤中有机质呈现出增加的趋势;研究区黑土地以轻度和轻微土壤有机质流失程度为主,仅在张维镇和四方台镇中南部、秦家镇中西部以及连岗乡中北部等局部地段土壤有机质流失程度达中度和重度,这为精准施策开展黑土地土壤有机质流失治理提供了科学依据.     

有机质对软土次固结特性的影响机制研究

利用洞庭湖软土、高有机质含量泥炭土重塑有机质含量不同的试样,进行一维固结蠕变试验,测定其吸附结合水含量和有机质含量,确定吸附结合水含量与有机质含量的关系,研究有机质含量对软土次固结特性的影响机制.研究结果表明,土中的有机质含量越高,其吸附结合水含量越大,两者呈线性递增关系,并提出了相应的关系计算式;次固结系数与固结压力...     

土地利用对溶丘洼地土壤容重、水分和有机质空间异质性的影响——以南洞流域驻马哨洼地为例

为了探究溶丘洼地土壤空间异质性及其影响因素,本文以驻马哨溶丘洼地为研究对象,利用经典统计学和地统计学的方法,从不同土地利用、坡度、坡向、土壤深度分析土壤容重、水分及有机质的空间异质性。结果表明:（1）土壤有机质为强变异,变异系数为0.71,容重和水分变异系数分别为0.15、0.11,属中等变异,土壤容重和水分呈极显著负相关,和有机质呈显著负相关,相关系数分别为-0.609、-0.581;（2）块基比介于0.78~0.97,随机部分引起的空间变异程度较大,空间自相关较小,且模型拟合较好。（3）耕地土壤有机质、水分含量最低,容重最大,而灌木土壤反之;（4）北坡土壤容重高于南坡,变异系数小于南坡;而土壤水分、有机质低于南坡,变异系数高于南坡。从不同坡位、坡向的比较中,皆体现了土地利用对土壤空间异质性的影响。在土地利用作为主要因素的影响下,驻马哨洼地土壤水分、容重、有机质由随机部分引起的空间变异增加,空间自相关减小。      

基于航空高光谱遥感数据的黑土地有机质含量反演:以黑龙江省建三江地区为例

掌握黑土地有机质含量对黑土资源利用与保护具有重要意义,而高光谱卫星影像的缺乏制约了区域尺度土壤有机质反演研究的开展.以黑龙江省建三江黑土区为例,采用CASI/SASI航空高光谱数据、ASD（analytical spectral devices）地面光谱数据和土壤样品有机质含量数据,基于有机质含量与光谱反射率的相关性和定量关系,构建最优的回归模型并开展研究区土壤有机质含量遥感反演.结果表明:偏最小二乘法回归模型比多元逐步回归模型更稳定（判定系数分别为0.885和0.653）,且精度更高（均方根误差分别为0.424和0.744）;采用偏最小二乘模型反演的结果与地面化探结果基本一致.      

西南喀斯特地区不同石漠化阶段土壤物理参数的变异研究

为了探索中国西南喀斯特地区石漠化过程中土壤物理性质的变异规律,采用野外采样与实验室分析相结合的方法,对贵州省荔波县及普定县不同石漠化阶段典型土壤的物理参数进行了研究。结果表明：土壤有机质质量分数随石漠化程度的加深逐渐减小;非石漠化土壤重度仅为6.15 N/m^3,随着石漠化的发展,土壤重度逐渐增大,总孔隙度随之减小;石漠化的发展导致土壤黏粒含量升高;土壤水稳性团聚体质量分数及微团聚体的结构系数均随石漠化程度加深而减小;土壤有机质质量分数与重度、砂粒含量、大于5 mm团聚体含量及结构系数的相关系数分别为-0.921 2、0.827 7、0.907 2、0.899 3,均达到极显著水平。通过封山育林等措施增加喀斯特地区有机质积累可改善土壤物理性质,对防治石漠化具有重要意义。     

用固化剂GX08加固杭州海湖相软土的强度特性研究

为了验证固化剂GX08加固杭州海湖相软土的效果及考察有机质对水泥固化的不利影响,对固化土的强度特性进行了试验研究。结果表明,有机质的添加会显著阻碍固化土强度的增长,而固化剂GX08能有效增强固化土的强度;固化土强度与有机质含量存在二次函数关系,与水泥掺量呈线性关系,与固化剂GX08掺量和龄期都以对数函数的形式相关;将总灰水比C/W用于固化土强度模型的建立,通过对试验数据的分析与整理,建立了同时考虑固化土中有机质含量、水泥掺量、固化剂掺量和龄期影响的固化土综合强度预测模型。最后对模型进行了推广使用,验证了模型的适用性。