基于地理探测器的区域土壤耕层有机碳含量 多元复合模型构建——以珠三角核心区为例

区域土壤耕层有机碳含量的精确测算,对于研究全球碳循环至关重要,但其影响因素多,空间变异性强,现有插值测算方法精度偏低。从提高测算精度出发,基于地理探测器技术,改进传统的协同克里格插值方法,构建多元复合模型进行区域土壤耕层有机碳含量的测算,并以珠三角核心区为例进行实际验证。结果表明：1）珠三角核心区土壤耕层有机碳含量空间变异与地形、水文、土壤和农田利用方式等有关,不同因素的贡献力存在较大差异,各因素贡献力（q统计量）在0.076~0.201之间,其中土壤理化性状与农田利用方式的贡献力大于地形、水文,区别不同因素的贡献力进行土壤耕层有机碳含量的精确测算应是客观要求。2）依照地理探测器分析结果,基于不同因素贡献力构建土壤耕层有机碳含量多元复合模型,插值测算精度明显提升,在珠三角核心区普通克里格、地理加权回归克里格和BP神经网络克里格的土壤耕层有机碳含量插值结果精度较多元复合模型下降16.62%、23.86%和37.33% 。由结果发现,多元复合模型突破了现有算法中辅助因素数量的局限,有效抑制了区域SOCC测算过程中的影响因素耦合噪声,降低了测算结果的不确定性。     

滨海滩涂土壤有机碳演变驱动因子框架

通过归纳、总结前人大量的研究成果,从土壤有机碳演变的尺度约束框架、滩涂土壤有机碳的核心控制因子以及演变的驱动因素3个方面进行总结。结果表明：①目前形成的监测技术约束下的碳库研究体系,其研究的结果忽视了机理性认识的未来需要,这对于应对未来气候变化条件下的滩涂湿地碳库变化风险稍显不足; ② 滩涂土壤有机碳演变的核心控制因子有泥沙、地貌与埋藏速率、植被与农业活动。滩涂围垦后的农业活动类型与方式是滩涂开发后影响土壤有机碳演变的核心要素,远远高于自然滩涂中的自然主导因子; ③ 不同因素在不同时空尺度上会对滩涂有机碳演变起到重要影响,其中,土地利用/覆被对于有机碳的影响机制是需要重点关注的核心命题; ④ 小尺度、长时间尺度有机碳循环机制的研究需要加强,同时,综合考量要素的时空尺度特性及其技术手段的提升,更加注重过程研究对于指导未来滩涂土壤有机碳研究更具有现实意义。     

海南岛土壤有机碳空间分布特征及储量

利用2005年海南岛生态地球化学调查获得的8713件表层土壤和2197件深层土壤样品,计算分析海南岛土壤有机碳的空间分布特征,结果显示:0～20 cm、0～100 cm、0～180 cm 3个深度的土壤有机碳密度分别为2.86、9.48、13.72 kg/m2,与国内其他典型地区相比,几乎处于最低水平.区域土壤有机碳密度图显示,海南岛土壤有机碳的分布与地貌类型关系密切,高值区分布在山地、丘陵、火山岩台地等地区,其次是平原区,最低为滨海地区.统计显示,土地利用类型、土类不同,土壤有机碳密度差异明显,不同地类土壤有机碳密度:园地＞林地＞其他土地＞耕地,土壤有机碳主要贮存在林地和耕地中;不同土类土壤有机碳密度:黄壤＞赤红壤＞砖红壤＞水稻土＞燥红土,土壤有机碳主要贮存在砖红壤、赤红壤和水稻土中;0～180 cm土壤有机碳库储量为478.13 Mt.     

中国农田耕层土壤有机碳变化特征及控制因素

通过收集我国1980~2006年以来966个样点农田耕层土壤有机碳的实测数据,以及各样点的气温和降水数据,分析中国农田土壤有机碳变化特征,对变化的原因和发展趋势进行了探讨,对比分析了气温与降水对水稻土与旱作土固碳能力的差异,以及气温和降水对不同区域土壤有机碳的影响。结果表明:总体上我国实测点耕作表层土壤有机碳呈上升趋势,79%增幅样本主要集中在年增幅为0~3%的区间。农田土壤有机碳的含量受制于气温与降水,及水热条件的组合。20年来,全国农田土壤耕层有机碳含量的分布格局没变。农田土壤有机碳的变化,主要受人类活动的影响。土地利用方式对土壤固碳差异明显,水稻土有机碳水平明显高于旱地,水田耕层有机碳含量为旱地耕层有机碳含量的175~176%。     

近40年甘肃省耕层土壤有机碳时空分异及影响因素

区域耕层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）调查是明确全球土壤碳储量和认识土壤碳循环的重要任务。利用甘肃省1980s、2000s、2020s等3个时期的耕层土壤调查数据,通过计算耕层土壤有机碳密度（Soil Organic Carbon Density,SOCD）,估算了甘肃省耕层有机碳储量。结果显示：（1）1980s、2000s、2020s甘肃省耕层SOC储量分别为97.68、109.14、123.13 Tg,近40年固碳总量约为25.45 Tg,固碳速率为0.012±0.01 kg·m^-2·a^-1,说明当前的农田管理措施有利于研究区耕地土壤长期固碳;40年间河西绿洲灌区、黄土高原区和陇南山地区耕层SOC储量呈增加趋势,甘南高原呈下降趋势。（2）从不同土壤类型来看,黄棕壤固碳速率最大,栗钙土最小。（3）近40年间甘肃省耕层SOC储量总体呈递增趋势,化肥、有机肥施用量以及秸秆还田量的持续增加,提高了作物归还量,进而增加了耕层有机物质含量,最终促进了耕层SOC的累积。     

风蚀作用下的土壤碳库变化及在中国的初步估算

土壤有机碳库储量巨大且在表层富集 ,而风力侵蚀具有巨大的卷挟起沙、搬移输运和空间再分配能力 ,对土壤有机碳库的演变具有重要影响。在风力侵蚀作用下 ,风蚀发生地、风蚀土壤输运途中以及风蚀土壤沉降地的土壤有机碳库有着不同的变化过程。基于质量平衡原理 ,可以建立土壤有机碳流失及各路径碳输移量估算的模型。依据第二次全国遥感侵蚀调查以及第二次全国土壤普查数据 ,在GIS支持下 ,分析了中国土壤有机碳库以及风力侵蚀的空间格局 ,并计算得到风力侵蚀作用下中国土壤有机碳库储量变化以及各路径碳输移量。研究表明 ,我国因风力侵蚀造成的土壤有机碳流失量约为 5 9 76× 10 6 tC/yr,风蚀所致CO2 排放约为 2 9 88× 10 6 tC/yr;风蚀所致的土壤有机碳流失主要发生在中国西北部的干旱半干旱的农区和牧区     

土地利用变化的土壤碳效应研究进展

综合阐述了土地利用变化土壤碳效应研究的重要意义,分析了土壤有机碳蓄积、土壤碳释放、土地利用变化及其土壤碳效应等方面的研究进展;最后指出精确估计土壤碳库、开展综合的土地利用变化土壤碳效应研究和深入分析土地利用/覆被变化对陆地生态系统碳平衡的影响是未来陆地表层碳循环的重点内容.     

华东地区农田土壤有机碳时空格局动态模拟研究

基于已建成的农田土壤有机碳模型与GIS空间数据库的耦合,对华东6省(市)1980—2000年农田土壤有机碳时空变化进行模拟。结果表明:20年来该区土壤有机碳总体呈增加趋势,其中增加、持平和减少的面积分别占89.3%9、.5%和1.2%。1980—1985年土壤有机碳增加迅速,1985—1991年增加速率最快,其后趋缓。20年来农田土壤有机碳储量累计增加166 Tg,范围为140~193 Tg。其中安徽和江苏SOC储量增加量约占总增量的59.3%,上海、福建、江西和浙江占40.7%。     

长江中下游地区湿地开垦及土壤有机碳含量变化

概述了历史时期至今,尤其是20世纪下半叶50 a来长江中下游地区湿地的开垦状况;总结了研究区湿地土壤及其开垦为农田后土壤有机碳含量的变化特征.长江中下游地区湿地分布广, 存在着湿地开垦强度大、土壤碳密度较低和土壤有机碳损失严重等土壤碳库变化问题.与原湿地土壤相比,湿地被开垦为农田后,土壤有机碳含量总体上在降低,而且随着湿地开发利用年限的增加,其土壤有机碳含量减少的幅度也在增加.     

土壤侵蚀对农田中土壤有机碳的影响

碳主要在通气状态下释放出CO₂以温室效应的形式影响全球变化。当前,农田土壤固碳过程是土壤碳循环研究中的一个前沿领域,其中农田土壤再分布过程能否导致土壤固碳已引起科学上、政治上以及社会上广泛的兴趣。本文从不同的尺度阐述土壤再分布过程对土壤有机碳的影响。分别阐述土壤侵蚀和再沉积过程在全球碳循环,陆地碳库研究中的作用,土壤侵蚀与农田景观土壤有机碳动态、活性组份以及碳通量之间的关系,土壤再分布过程引起的土壤固碳机理。在此基础上指出今后迫切需要解决的问题。     

安徽省土壤有机碳空间差异及影响因素

区域土壤碳储量和碳固定潜力及影响因素分析是全球变化中碳循环研究的重要前沿问题。本文采用第二次土壤普查资料,研究了安徽省不同类型土壤的有机碳密度和碳库,分析了影响土壤有机碳分布的自然和人为因素。结果表明,安徽土壤有机碳库为0.71Pg,表层土壤有机碳库为0.28Pg;土壤平均有机碳密度达117.54 t/hm²,碳密度的空间分布为:皖南山区>皖西大别山区>沿长江平原>江淮丘陵区>淮北平原区;气候和植被控制着表层土壤有机碳的省域分布,降水与土壤有机碳含量呈正相关。地形和母质影响土壤亚类间有机碳的差异;土壤总氮与土壤有机碳呈极显著相关,平原区土壤粘粒含量与表层土壤有机碳固定有较大关系。     

黑河中游地区耕地景观演变及社会经济驱动力分析

选取1987~2010年的土地利用数据,运用变化轨迹分析方法以及景观指数表征黑河中游地区耕地景观的演变过程,采用偏最小二乘回归模型分析耕地景观演变的驱动力。结果表明：从耕地的变化轨迹来看,研究期间耕地的扩张是黑河中游地区耕地景观演变的主要趋势;从空间上来看,扩张型耕地和缩减型耕地分布趋向集中,主要集中在稳定型耕地边缘,同时耕地扩张的方向趋向河流;从驱动因素分析来看,总人口、城市化、产业发展、机电井数等是促使耕地景观演变的主要社会经济驱动因素,但是各个驱动因素的驱动作用均有差异。     

转型视阈下珠三角地区乡村发展过程及地域模式梳理

在乡村振兴战略背景下,系统梳理珠三角地区的乡村发展演变历程及其主要地域模式,对中国乡村发展和振兴的科学路径选择具有重要参考价值。珠三角地区的乡村发展演变历经了4个阶段。① 1978年以前,传统乡村发展阶段。在国际市场需求刺激下出现“弃田筑塘,废稻树桑”,逐渐形成桑基鱼塘的有机循环农业生产模式,呈现出传统农业景观。② 1978—2000年,工业化驱动发展阶段。以乡镇企业嫁接外资形式推动了自下而上的工业化和城镇化,乡村空间逐渐形成了“生活居住+农业生产+工业生产”三位一体的功能结构,空间分化与混杂性特征显著。③ 2000—2008年,城市化与都市化双轨并行阶段。政府主导的城市土地开发和基础设施投资建设,促使珠三角地区逐渐演变为“大集聚,小分散”的城乡发展转型空间格局。④ 2008年至今,都市化驱动乡村急剧转型阶段。珠三角都市圈建设进程加快,城乡体系逐步向一体化和网络化发展,乡村地区的产业发展趋向多元分化,乡村破碎化的非正规空间促使形成全球城市区域下马赛克式分布的空间格局。基于不同区位的外部性和内生性因素的差异性,珠三角地区的乡村发展模式可归纳为城市区域型、近郊型、远郊型等不同地域类型。在乡村发展转型过程中,外部性的环境变化、内部要素分化与重构机制直接影响到乡村振兴的科学路径和模式选择。     

土壤有机碳储量、影响因素及其环境效应的研究进展

土壤有机碳储量、分布及其转化在陆地碳循环中起着重要的作用。本文对国内外土壤有机碳贮量研究的意义、主要方法和结论,以及影响有机碳贮量的因素,包括温度和降雨等自然因素、土地利用/覆盖变化等人为因素以及大气CO²浓度上升与土壤有机碳之间的反馈作用等方面的国内外研究进展进行了综述,介绍了土壤有机碳变化对土壤质量和环境质量的影响以及土壤碳截存对策的有关研究概况。     

Spatial variation and driving mechanism of soil organic carbon components in the alluvial/sedimentary zone of the Yellow River

Alluviation and sedimentation of the Yellow River are important factors influencing the surface soil structure and organic carbon content in its lower reaches. Selecting Kaifeng and Zhoukou as typical cases of the Yellow River flooding area, the field survey, soil sample collection, laboratory experiment and Geographic Information System(GIS) spatial analysis methods were applied to study the spatial distribution characteristics and change mechanism of organic carbon components at different soil depths. The results revealed that the soil total organic carbon(TOC), active organic carbon(AOC) and nonactive organic carbon(NOC) contents ranged from 0.05–30.03 g/kg, 0.01–8.86 g/kg and 0.02–23.36 g/kg, respectively. The TOC, AOC and NOC contents in the surface soil layer were obviously higher than those in the lower soil layer, and the sequence of the content and change range within a single layer was TOCNOCAOC. Geostatistical analysis indicated that the TOC, AOC and NOC contents were commonly influenced by structural and random factors, and the influence magnitudes of these two factors were similar. The overall spatial trends of TOC, AOC and NOC remained relatively consistent from the 0–20 cm layer to the 20–100 cm layer, and the transition between high-and low-value areas was obvious, while the spatial variance was high. The AOC and NOC contents and spatial distribution better reflected TOC spatial variation and carbon accumulation areas. The distribution and depth of the sediment, agricultural land-use type, cropping system, fertilization method, tillage process and cultivation history were the main factors impacting the spatial variation in the soil organic carbon(SOC) components. Therefore, increasing the organic matter content, straw return, applying organic manure, adding exogenous particulate matter and conservation tillage are effective measures to improve the soil quality and attain sustainable agricultural development in the alluvial/sedimentary zone of the Yellow River.     

退耕还林（草）背景下中国北方农牧交错带土地利用及碳储量变化

为明析退耕还林（草）背景下生态环境较为脆弱的北方农牧交错带土地利用及碳储量变化,基于该区2000、2010、2018年土地利用数据,通过动态度、土地转移矩阵,景观指数等指标从土地利用变化的数量、速率以及空间格局特征加以分析,同时基于InVEST模型定量估算了该区近20年来的碳储量变化。结果表明：（1）北方农牧交错带土地利用类型以草地、耕地、林地为主,面积合计逾4.30×10⁵ km²,占比超过91.83%;林地、建设用地显著扩张,草地与耕地有明显减少趋势,同时两者之间流转面积最多,高达1.67×10⁴ km²,研究区景观格局总体上收敛于“集中—分散”;（2）近20年来北方农牧交错带总碳储量51.44—52.81亿t,总体呈增加趋势,碳密度稳定在110 t·hm^-2左右,退耕还林（草）政策下碳储量净增加逾300万t。北方农牧交错带土地利用变化程度较为剧烈,退耕还林（草）政策不仅是土地更迭的主要驱动因素,也是该区固碳功能显著提升的重要原因。     

长三角快速城市化地区景观多功能性演变——以苏州市为例

评估快速城市化地区的景观多功能性演变特征对于理解城乡发展转型下的资源配置与优化、制定合理的区域土地管理与规划政策至关重要。论文以长三角经济区中城市化进程最为突出的代表性城市——苏州市为研究区,选取居住承载、粮食供给、生境维持、水源涵养、气候调节与土壤保持6种景观功能指标,通过空间分析、SOFM网络模型等方法,基于1 km景观单元对区域景观多功能性的热点演变规律、权衡协同演化关系等进行分析。研究表明：① 受城市扩张影响,2000—2015年间苏州市景观多功能以居住承载功能的扩散态势为主,其他景观功能均呈现差异化缩减趋势,其中粮食供给与生境维持的功能弱化最为显著,且3种调节功能的空间分布特征存在一致性。② 随时间推移,苏州市景观多功能性逐渐增强,其高值区(>2)范围集中分布在林草地与耕地景观。在社会经济发展影响下,区域景观多功能性时空演变特征由强到弱并逐渐趋于稳定,演变热点区主要分布在乡村地区与城乡结合部,冷点区则以生态空间集聚为主。③ 景观多功能之间权衡与协同关系在研究期内的特征规律并未因时间序列演进表现出差异性,但权衡与协同程度存在波动性变化趋势。结合多功能权衡特征与多功能性热点变化规律,可在景观单元与乡镇行政单元上将苏州市划分出8类主导景观功能与4类城乡发展分区。整体而言,长三角快速城市化地区的景观多功能性优势呈“城市→近郊区→远郊区→乡村”的圈层式空间迁移过程,但多功能性映射出的土地利用多样化势必会导致更多的土地利用冲突问题,决策者应在多尺度时空耦合视角综合考虑景观管理或土地利用政策的设计与实施。     

开封黄泛地层全新世中晚期碳密度和碳储量研究

开封古城相对完整的黄泛沉积序列为探索历史时期碳密度及储量提供了难得的研究载体。以开封城区（师专、医专和明伦）和郊区（金明）4个25 m岩芯为研究对象,通过对861个岩芯样品的容重、有机碳和黑碳分析测试,开展地层有机碳和黑碳密度及储量分析。结果表明：地层有机碳和黑碳含量垂直分布特征基本一致,高值主要集中在地表1 m范围内,其次是各朝代文化层附近,城区地层含量明显高于郊区。地层0~25 m黑碳密度均值为24.67 kg/m²,黑碳储量为11.30 Tg,分别占总有机碳密度和储量的24.26%和21.75%。表明地层黑碳碳库在总有机碳库中占有较大比例,在计算土壤或沉积物碳密度和碳储量时,应将黑碳也考虑在内。老城区0~25 m地层黑碳储量占比高出新区10%以上,主要与老城区受历朝人类活动影响强度较大及煤炭的广泛使用有关。研究结果可为寻找“遗失的碳”、精确计算碳循环和平衡提供参考。