中国半干旱区农田土壤碳、氮、磷含量对玉米生产的影响

中国干旱半干旱区占据陆地大片区域,主体位于内蒙古高原、黄土高原、新疆及青藏高原。半干旱区处于季风和非季风的边缘,降水稀少,生态环境脆弱,对气候变化敏感。探究半干旱区农田生态系统有机碳对作物生产和碳储存的影响机制及固碳潜力,对提高区域作物生产水平和生态安全具有重要意义。本研究区位于中国宁夏南部典型半干旱区,基于2017—2019年主要粮食作物玉米生产对土壤有机碳以及氮磷的响应,运用农田生态系统调查取样的方法,开展耕层土壤有机碳（SOC）、全氮（STN）、全磷（STP）及碳氮比（C/N）对玉米生产水平及有机碳储存的影响研究,分析农田SOC的合理贮存范围。结果表明：（1）SOC、STN、STP含量对玉米产量影响差异显著。一定阈值内SOC、STN、STP含量及土壤C/N对玉米产量表现出积极的正效应,而当SOC、STN、STP以及C/N分别超出10.00 g·kg^-1、1.00 g·kg^-1、0.85 g·kg^-1、8.50的阈值后,玉米产量的增长出现减缓,甚至下降趋势;（2）研究区域SOC含量从3.00 g·kg^-1增加至13.00 g·kg^-1的阈值,对籽粒有机碳、蛋白质、淀粉、粗脂肪、可溶性糖等含量的提升呈现积极的正效应,分别增长43.47%、77.13%、52.16%、56.92%、116.71%,均呈先快速增长,后逐渐趋于平缓趋势。而SOC对籽粒全氮和全磷呈现倒U型变化趋势。STN、STP对玉米品质的影响相对较弱;（3）研究区作物耕层SOC、STN、STP含量与生态系统固碳潜力具有较强的正相关性,而SOC、STN、STP含量过高,作物固碳潜力基本保持稳定。研究结果较好反映了研究时间段内SOC、STN、STP含量与作物生产水平及提高SOC储存的关系。本研究认为宁夏南部半干旱区,农田SOC、STN、STP、C/N的合理阈值分别为10.00—12.00 g·kg^-1、0.80—1.10 g·kg^-1、0.70—0.85 g·kg^-1、8.00—9.00。     

县域空间贫困的地理识别研究——以宁夏泾源县为例

空间贫困研究是对多维贫困理论的丰富和发展,创新空间贫困度量方法是精准配置扶贫资源和提高农村扶贫质量的关键。本文借鉴国际空间贫困研究的基本理论思想,总结出了空间贫困三维结构分析框架,构建了县域空间贫困指标体系和地理识别方法,以宁夏泾源国家扶贫开发重点县为例,开展了空间贫困地理识别。研究发现：① 不同自然地理区SPI排序为侵蚀堆积河谷平川区（均值1.571）>剥蚀构造丘陵区（均值-0.199）>侵蚀构造石山区（均值-0.334）,表明侵蚀构造石山区贫困程度最大,是减贫重点区域,其中3个自然地理区空间贫困的共同特点是存在经济劣势（C₄~C₇、C₁₇）,主要差异是侵蚀堆积河谷平川区生态劣势（C₂₅、C₁₆）>经济劣势（C₅）>位置劣势（C₂₀）>政治劣势（C₈）;剥蚀构造丘陵区经济劣势（C₅~C₇、C₁₇）>位置劣势（C₁₈~C₂₀）>生态劣势（C₁₆、C₂₃~C₂₅）>政治劣势（C₈）;侵蚀构造石山区经济劣势（C₄~C₇、C₁₇）>政治劣势（C₈）>位置劣势（C₁₈~C₂₀）>生态劣势（C₁₆、C₂₁~C₂₅）。② 不同民族村SPI排序为汉族村（均值1.484）>回族村（均值1.262）>回汉混居村（均值-1.033）,表明县域尺度上回汉混居村是减贫重点村。不同民族村空间贫困的共同特征是由于距离最近市场远（C₁₇）形成的经济劣势,以及人均耕地面积（C₂₃）和农作物特别经济作物种植面积小（C₂₄）形成的生态劣势。不同民族村空间贫困的主要差异在于汉族村人居环境差和灾损率高形成的生态劣势,以及贷款不足（C₅）导致的经济劣势突出,回族村主要因文化知识素质较低（C₁₂、C₁₃）导致进入市场的机会成本高而形成经济劣势,回汉混居村因汉族和回族生产生活方式差异,造成扶贫资源配置困难,农户对扶贫政策满意率最低（C₈）,反映该类村空间贫困的政治劣势最为显著。③ 同一自然地理区域不同民族村空间贫困存在显著差异。侵蚀堆积河谷平川区汉族村、回族村和回汉混居村SPI均值分别为0.526、2.557和1.644,表明该类型区汉族村贫困程度高,经济劣势显著（C₅）;剥蚀构造丘陵区回族村和回汉混居村的SPI均值分别约为0.321和-1.934,表明该类型区回汉混居村贫困程度较高,经济劣势（C₂、C₆、C₇）和生态劣势（C₁₆）突出;侵蚀构造石山区汉族村、回族村和回汉混居村的SPI均值分别为1.031、-0.029和-0.842,表明该类型区回汉混居村贫困程度亦高,经济劣势（C₅~C₇、C₁₇）、政治劣势（C₈）、位置劣势（C₁₈~C₂₀）和生态劣势（C₁₆、C₂₅）并存。因此,侵蚀堆积河谷平川区的汉族村、剥蚀构造丘陵区和侵蚀构造石山区的回汉混居村是减贫重点村。     

MODIS和Landsat时空融合影像在土壤盐渍化监测中的适用性研究——以渭干河—库车河三角洲绿洲为例

土壤盐渍化的遥感监测依赖于高时空分辨率影像,但受经费预算、卫星回访周期及天气的影响,高时空分辨率的遥感影像较难获取,这就限制了根据采样时间来获取对应时期遥感影像进行土壤盐渍化监测反演的应用。为此,提出融合MODIS和Landsat影像生成高时空分辨率影像来提取土壤盐渍化信息,为时空影像进行土壤盐渍化监测研究提供数据参考。以渭干河—库车河绿洲为研究区,利用增强型时空自适应融合率反射模型（Enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model,ESTARFM）和灵活的时空融合模型（Flexible spatiotemporal data fusion,FSDAF）,对MODIS和Landsat影像进行时空融合,并基于融合影像数据构建了关于土壤电导率（EC）的随机森林（RF）预测模型,对比分析时空融合影像应用于土壤盐渍化遥感监测的适用性。结果表明：ESTARFM融合影像的特征波段反射率与Landsat验证影像对应波段反射率一致性决定系数R²（Red）=0.8066、R²（SWIR2）=0.8444;FSDAF融合影像的特征波段与Landsat验证影像对应波段反射率一致性决定系数R²（Red）=0.6999、R²（SWIR2）=0.7493;基于ESTARFM融合影像构建的EC值预测模型精度最高,R²=0.9268,基于FSDAF融合影像构建的EC值预测模型精度良好,R²=0.8987,基于验证影像构建的EC值预测模型R²=0.9103; ESTARFM模型的融合精度高于FSDAF模型,并且基于融合影像构建的EC值预测模型效果良好。     

渭干河绿洲不同土地利用类型土壤盐分的变化特征分析

土壤盐分的动态分析与监测,是实现盐渍化土地科学管理与利用的必要前提。运用GIS技术,结合地统计学方法,分析了渭干河绿洲土壤盐渍化的分布格局,探讨了不同土地利用类型下土壤盐分的变化规律。结果表明：土壤盐分离子含量随土层深度增加而减少,CO^2-₃和HCO₃^-变化不明显,整个剖面表现为：Na⁺+K⁺>Ca²⁺>Mg²⁺,SO^2-₄>Cl^->HCO₃^->CO^2-₃,具有中-强变异性,除了HCO₃^-、CO^2-₃和Ca²⁺外,其他盐分离子变异系数随深度增加而减小。不同土地利用类型的土壤含盐量具有显著差异垂向分布,耕地、荒地和草地、林地分别呈现为平均型、表聚型和底聚型盐分剖面,且各类型表层土壤（0～40 cm）含盐量依次为荒地（38.42 g·kg^-1）>草地（16.30 g·kg^-1） > 耕地（5.37 g·kg^-1） > 林地（4.62 g·kg^-1）。渭干河绿洲土壤属于重盐土类型,自然因素（蒸降比和地下水波动等）是土壤盐渍化的形成条件,而人为干扰（土地利用方式、灌排、施肥等）则促进了土壤盐渍化的发展。     

河套永济灌域土壤酸碱性与养分元素的关系

为了探讨干旱区灌区不同土地利用方式下盐碱化土壤剖面pH值与土壤水分和养分之间的关系,测定河套永济灌域荒地、林地、农田3种土地利用方式下0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm剖面土壤pH值、含水率（SMC）、有机质（OM）、总氮（TN）、Zn、Cu的含量。结果表明：土壤pH值平均值为9.13;土壤含水率2.96%~31.35%;土壤OM、TN含量平均值分别为11.30、0.49 g·kg^-1;微量营养元素Zn、Cu平均值分别为107.20、32.78 mg·kg^-1,是相应背景值的1.9、1.7倍;3种土地利用方式下,土壤pH值差异性极显著（P<0.001）,高低顺序为荒地 > 农田 > 林地,在垂直剖面含量差异并不显著（P>0.05）;3种土地利用方式下,土壤pH值主要受TN含量的影响,回归方程为Y_pH=9.336-0.409X_TN（P=0.001）;表层（0~40 cm）土壤pH值在一定程度上受Cu含量的影响,回归方程为Y_pH=0.018 X_Cu+8.523（P=0.003）。在河套永济灌域,一方面土壤碱化会导致土壤养分含量的贫瘠,另一方面施肥等农业活动在一定程度上降低了土壤表层碱性,同时造成微量元素的累积,加重土壤碱性的作用也非常显著,因此在增加农业投入的同时应合理科学地施用农药化肥。     

小麦和苜蓿根系分泌物中饱和烃馏分

为深入研究根系分泌物对根际土中有机物贡献的特点,用柱色层族组成分离方法, 对小麦和苜蓿根际土及二者交界地中提出的可溶有机物采用了GC/MS分析测定。从样品的非极性馏分中分析检测出正构烷烃、类异戊二烯烷烃及酯类3个系列的生物标志化合物,并对小麦地、苜蓿地及二者的交界地中的正构烷烃的奇偶优势比（OEP）、∑C₂₂^-/∑C₂₃⁺比值和姥植比（Pr/Ph）进行了分析比较。小麦和苜蓿的GC/MS的主峰均为nC₃₁,正构烷烃奇偶优势比OEP值大小顺序为苜蓿地>交界地>小麦地,且三者数值均>1.4。正构烷烃∑C₂₂^-/∑C₂₃⁺比值大小顺序为小麦地>交界地>苜蓿地。姥植比（Pr/Ph）的比较结果为苜蓿地>交界地>小麦地。这表明小麦和苜蓿根系分泌物进入土壤后演化程度不一样,小麦地有机质演化程度高于苜蓿地。     

科尔沁沙地中南部34种植物叶功能性状及其相互关系

以科尔沁沙地中南部34种主要植物为研究对象,分别测定叶片鲜重(FW)、干重(DW)、干物质含量(LDMC)、面积(LA)和比叶面积(SLA),比较不同生活型(一二年生草本、多年生草本、灌木)和功能型(C₃、C₄植物)的叶片性状的差异性,探讨沙地植物叶片性状相互之间的内在联系及其对环境的适应性。结果表明:一二年生草本的LDMC(0.23 g·g^-1)显著小于多年生草本(0.31 g·g^-1)和灌木(0.32 g·g^-1);而一二年生草本的SLA(22.14 m²·kg^-1)显著大于多年生草本(17.18 m²·kg^-1)和灌木(13.41 m²·kg^-1)。一二年生和多年生C₄植物的LDMC显著大于C₃植物;多年生C₄植物SLA显著大于C₃植物;C₃植物的LDMC表现为一二年生草本<多年生<灌木。沙地植物的叶鲜重、叶干重和叶面积三者间极显著正相关,植物叶干重与SLA显著负相关;C₄植物和多年生植物叶干重与SLA显著负相关。沙地不同生活型、功能型植物叶片的功能性状差异明显,沙地灌木和多年生植物能够较强的适应干旱环境,一二年生草本则具有较强的保持体内营养和获取土壤资源的能力。     

基于TM影像的荒漠绿洲交错带土壤有机质含量反演模型

选取Landsat TM影像的光谱反射率（R）、反射率之倒数（1/R）、反射率倒数之对数（lg（1/R））、反射率一阶导数（FDR）、波段深度（D）等5种光谱指标,分别建立了奇台县土壤有机质（SOM）含量的反演模型,并利用F检验来验证模型的显著性。结果表明：用各光谱指标建立的土壤各层和不同深度SOM含量的反演模型精度值由低到高的顺序均为lg（1/R）<R<1/R<FDR<D,以D反演SOM含量的模型效果最好,且对10～20 cm的SOM含量的反演精度最高,适用于对研究区SOM含量的反演,FDR的反演效果次之,1/R和R的模型精度一般,而lg（1/R）的模型精度最差;各层拟合模型的反演精准度由低到高的顺序为50～60 cm <40～50 cm <30～40 cm <20～30 cm <0～10 cm <10～20 cm,不同深度反演模型的优劣为0～60 cm <0～50 cm <0～40 cm <0～30 cm <0～10 cm <0～20 cm。     

苔藓生物结皮层腐殖质组成变化特征研究

腐殖质组成是表征土壤化学性质的主要指标之一,在某种程度对评价风沙土的发育过程具有意义。采集了不同气候区沙地沙漠苔藓生物结皮层样品,采用重铬酸钾容量法和光密度法测定了苔藓结皮层腐殖质组成含量和胡敏酸吸光特性。结果表明：随着干燥指数的增加,苔藓结皮层有机质含量由14.93 g·kg^-1降低到9.89 g·kg^-1,腐殖酸总量由5.1 g·kg^-1降低到2.0 g·kg^-1,胡敏酸含量由2.9 g·kg^-1降低到 0.7 g·kg^-1,富里酸含量由2.2 g·kg^-1降低到1.3 g·kg^-1,胡敏酸与富里酸比值（HA/FA）由1.32降低到0.54,E₄/E₆比值则由4.28增加到5.83。苔藓结皮层腐殖质组成含量及胡敏酸吸光特性具有地带性变化趋势,并影响着生物结皮层及流动风沙土的发育演变过程。     

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。     

基于定性和定量辅助变量的土壤有机质空间分布预测——以四川三台县为例

准确获取土壤性质的空间分布信息,是区域土壤资源优化利用和土壤环境保护的需要。以川中丘陵区三台县为案例区,运用人工神经网络模型,构建融合区域定性及定量辅助变量的空间预测方法,模拟三台县土壤有机质的空间分布格局。结果表明,研究区土壤有机质在4.20~47.60 g kg^-1之间,平均为17.97 g kg^-1;变异系数为36.89%,属中等程度变异。土壤有机质的块金值与基台值之比为0.742,变程为7.0 km,即空间自相关性较弱。不同土壤类型间有机质含量差异显著;土属的空间分布较土类能更好地揭示研究区土壤有机质含量空间分布格局的差异。除土壤类型因素的影响外,坡度、地形湿度及植被盖度是研究区土壤有机质空间变异的主要因子。融合土壤类型因素和地形植被因子的神经网络模型预测结果,比普通克里格法、回归克里格法以及神经网络结合普通克里格的方法,更符合研究区地学规律和实际情况;其预测结果的平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差较其他3种方法均降低幅度显著。同时,该方法对极值有较好的预测能力。研究为复杂环境条件下准确获取区域土壤性质的空间分布信息提供了较可行的方法。     

人工固沙区土壤碳分布及其与土壤属性的关系

选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代建立的人工固沙林（1964、1981、1990年）及临近的流动沙丘,对0~3.0 m剖面上的土壤进行取样和分析,以探讨固沙植被的建立和发展对土壤碳（有机碳和无机碳）分布的影响及其与土壤属性的关系。结果表明：在流动沙丘建立人工固沙植被近50年后,表层（0~0.1 m）土壤有机碳和无机碳含量均明显增加,土壤有机碳含量为1.95 g·kg^-1,是流动沙丘的6.67倍,无机碳含量为4.19 g·kg^-1,是流动沙丘的1.46倍。将土壤剖面划分为3层后（0~0.4,0.4~1.0、1.0~3.0 m）分析显示,从流动沙丘到1964年固沙区,土壤有机碳密度显著增加（0.18 kg·m^-2到0.52 kg·m^-2）,且浅层（0~0.4 m）的增加快于深层（1.0~3.0 m）;同时,浅层有机碳密度在整个剖面中所占比例显著增加（14.3%到30.4%）,而深层减少（64.8%到51.6%）。浅层和深层无机碳密度均有增加趋势,但差异不显著。冗余分析显示,土壤细颗粒含量、水分有效性、总氮含量、总磷含量、pH值和电导率与土壤碳密度关系密切,解释了土壤碳密度86.2%的变异。土壤有机碳密度与土壤细颗粒、总氮总磷含量及水分有效性、电导率极显著正相关（P<0.001）;土壤无机碳密度与土壤细颗粒、总磷含量及水分有效性、总氮含量显著正相关（P<0.05）。在1.0~3.0 m和0~3.0 m剖面上,土壤有机碳密度与土壤水分含量分别存在显著和极显著的负相关关系（P<0.05和P<0.01）。     

霍山县县域范围内不同空间尺度下农田土壤有机碳变异分析

基于安徽省霍山县第二次土壤普查数据,提取2005～2008年耕地监测数据资料建成土壤有机碳含量数据库,对耕地监测的有机碳数据按县域内不同空间尺度进行了统计分析。结果表明:20年来该县农田表土有机碳含量明显提高,显示农田土壤的有机碳库积累。县域范围内耕地土壤有机碳含量的不同尺度的变异系数介于4.53%～14.91%。村民组(自然村)单元内变异性最高,有机碳含量乡镇间变异性低于行政村间变异性。因此,从县级尺度的农田土壤碳计量来说,以乡镇尺度采样研究比村级尺度可靠性要高。影响县域内农田土壤有机碳含量与变异的动力因子主要是农业利用和农田基本建设,茶、桑和水稻利用下农田土壤有机碳含量明显较高。     

广州市表层土壤磁学性质的空间插值方法比较

本文利用广州市范围内的350个表层土壤样品χ_lf、χ_ARM/SIRM、HIRM等14个磁学参数的测试结果,在对各磁学参数分别进行统计特征分析和正态性检验的基础上,对满足正态或近似正态分布的磁学参数进行趋势分析。利用确定性插值法（包括反距离权重法和径向基函数法）和地统计法（包括普通克里金法和泛克里金法）对14个磁学参数进行空间插值并根据交叉验证法（比较不同插值方法的交叉验证参数）的结果,比较地统计法和确定性插值法的预测误差,从而确定14个磁学参数的最优插值方法。结果表明：1）地统计法中,χ_ARM、χ_lf、χ_hf、S₁₀₀、S₃₀₀、S_-100、SIRM和HIRM的普通克里金法插值效果最好;SIRM/χ的泛克里金法插值效果最好;χ_ARM/SIRM和S_-300的普通克里金法（OK）和泛克里金法（UK）的插值效果接近。OK法作为最常用的地统计空间插值方法,在表土磁学参数上也相较于UK适用范围更广。2）确定性插值法中,χ_ARM、χ_lf、χ_hf、χ_fd（%）、χ_ARM/χ、χ_ARM/SIRM、HIRM的径向基函数法插值效果最优;S₁₀₀、S_-100、S_-300和SIRM的反距离权重法插值效果最优;反距离权重法和径向基函数法均可作为χ_fd、SIRM/χ、S₃₀₀的插值方法。3）综合比较地统计法和确定性插值法,发现χ_ARM、χ_lf、χ_hf、χ_fd、χ_fd（%）、χ_ARM/χ、χ_ARM/SIRM、S₃₀₀、HIRM的空间插值应采用径向基函数法;S₁₀₀、S_-100和S_-300的空间插值应选择反距离权重法;而SIRM/χ和SIRM空间插值建议分别采用泛克里金法和普通克里金法。     

三江平原草甸湿地土壤有机碳矿化对C/N的响应

模拟研究了三江平原典型草甸小叶章湿地及人工林地土壤有机碳(SOC)矿化在4种C/N(Ⅰ: 9-10,Ⅱ:11-12,Ⅲ: 13-16,Ⅳ: 16-22)处理下的变化特征,分析了SOC矿化对C/N的响应。结果表明:在36天的培养期内,高C/N处理下两种土壤的SOC累积矿化量分别是低C/N时的2.78和2.68倍,两种土壤SOC矿化量对C/N变化的响应不存在显著差异;不同C/N处理下,两种土壤SOC的矿化速率均在前期(0~4天)较高,随着培养时间的延长逐渐降低,并趋于稳定;一级动力学方程能较好的描述两种土壤的SOC矿化动态,其C₀和C₀/SOC值均随C/N的增加而增加;回归分析表明,试验C/N(9-22)范围内湿草甸土和林地土的SOC累积矿化量及矿化速率分别与C/N呈显著的线性和二次曲线关系,C/N是影响湿地土壤有机碳富集程度的关键因素。     

黄河北岸兰州段丘陵区土壤生态化学计量与空间变异北大核心CSCD

为探究黄河北岸兰州段丘陵区土壤碳、氮、磷含量及化学计量比的空间变异特征,基于12个样地数据,采集1 m剖面内不同发生层土壤进行土壤含水率(SWC)、pH、有机碳(SOC)、全氮(STN)和全磷(STP)的测定。分析了研究区土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征在植被和土层上的差异及空间变异特征。结果表明:(1)研究区SOC、STN、STP均值分别为4.53、0.74、0.13 g·kg^(-1),C∶N、C∶P、N∶P均值分别为7.85、55.17、8.40;(2)研究区SOC、STN、C∶N和N∶P的块基比C_(0)/(C_(0)+C)<0.25,主要受气候、植被、地形等自然因素影响;STP、C∶P则C/(C+C)>0.75,主要受退耕还草等人为因素影响;(3)研究区土壤整体受到氮限制,与此同时有机碳更为匮乏,磷则在短期内不会成为限制因子。在黄河流域兰州段北岸丘陵区北岸的生态治理与恢复中,应重视有机肥和氮肥的配置与施加,同时需减少人为干扰,这对于植被的快速恢复与养分的固定具有重要意义。     

基于RS、GIS的宁夏土地利用动态变化分析

根据1986年、1996年和2000年三期遥感图像，通过遥感和地理信息系统空间分析方法，研究了1996－2000年宁夏回族自治区 的土地利用动态变化情况。结果发现土地利用动态变化中耕地增加、草地减少是宁夏土地利用变化最大的特点，城镇居民建设用地有较快增长但规模不大，其它土地类型变化不大基本处于动态平衡中。进一步分区域的对比研究表明，各区土地利用变化随自然条件不同有不同程度和幅度的变化，并且土地利用变化空间分布的区域差异会产生耕地结构不合理、草地退化和荒漠化等资源环境问题。