青藏高原玛曲冬季牧场土壤有机碳空间分布格局研究

选取60个样点,采用分层（0~15 cm,15~30 cm）采样方法,对青藏高原玛曲草地冬季牧场土壤有机碳的空间分布特征进行了系统地研究。结果显示：在水平分布上,玛曲北部（包括西北部）和东南部的有机碳较高（其含量分别为58.78 g·kg^-1和45.78 g·kg^-1）,而东部（包括东北部）和中部的有机碳较低（其含量分别为39.65 g·kg^-1和38.32 g·kg^-1）;在垂直分布上,土壤有机碳随土壤深度的增加而减小,0~15 cm层的有机碳含量约为其表层（0~30 cm）的53.39%~70.61%。这一结果表明,玛曲北部和东南部应成为未来生态功能区建设的重中之重,严禁过度放牧,尤其是对土壤表层破坏较为严重的各种放牧活动。此外,保存现有联户体,并鼓励更多单户组合成新的联户体也有利于该区土壤有机碳的保护。     

土壤有机碳含量高光谱建模研究——以青藏高原三江源区为例

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,也是评价区域土壤质量、土地退化程度和作物产量的重要指标。高寒生态系统土壤有机碳含量估算,对于高寒地区土壤碳库核算和土壤质量评价等都具有重要意义。本研究以青藏高原三江源区作为研究区,基于野外采集的272个土壤样本的SOC和土壤光谱室内测试数据,首先对原始光谱数据进行一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、倒数对数(RL)、去包络线(CR)和多元散射校正(MSC)等多种数学变换;然后基于8种光谱变换数据与SOC含量的相关性分析提取特征波段,利用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)4种方法,分别构建SOC含量的高光谱反演模型;对各种模型的模拟精度和稳定性进行评价,明确SOC含量反演的最佳光谱变换和模型组合模式。结果表明：三江源区SOC含量较高,且不同植被类型和不同土壤类型的SOC含量差异较大;总体上,单一数学变换形式中基于一阶微分(FD)变换构建的反演模型的模拟精度最高(尤其是FD-RF组合模型,其验证集R²=0.86,RMSE=8.40,RPD=2.64);多种数...     

青藏高原季节冻土区土壤冻融过程水热耦合特征

青藏高原被誉为“中华水塔”, 其广泛分布的多年冻土和季节冻土在保证我国水资源安全上具有重要的地位。基于2015年7月 - 2016年6月青海海北站季节冻土的水热监测数据（土壤含水量为未冻水含量）, 分析了冻结深度的季节变化和冻融过程水热运移特征。结果表明： 各土层土壤温度与土壤水分含量变化均表现为“U”型。土壤温度变化规律与日平均气温基本一致, 但滞后于日平均气温的变化, 滞后时间取决于土层深度。与多年冻土冻融规律不同, 海北站季节冻土表现为单向冻结、 双向融化特征, 冻融过程大致可划分为三个阶段： 冻结初期、 冻结稳定期和融化期。同时, 季节冻土消融速率大于冻结速率, 且融化过程中以浅层土壤融化为主。在冻结过程中, 土壤水分沿上、 下两个方向分别向冻结锋面迁移, 各土层土壤含水量迅速下降。而在融化过程中, 各土层土壤含水量逐渐增加, 且在浅层土壤形成一个土壤水分的高值区。土壤冻融过程中未冻水含量与各土层土壤温度具有较好的相关关系, 且浅层土壤拟合效果优于深层土壤。本研究对揭示高原关键水文过程以及寒区水热耦合模型构建具有重要意义。     

安徽滁州地区土壤有机碳储量分布特征研究

利用多目标区域土壤地球化学调查取得的土壤地球化学数据及安徽省第二次土壤普查数据对滁州地区土壤有机碳储量分布特征、有机碳密度及有机碳储量时空变化规律等问题进行了研究.结果表明滁州地区近30年间土壤有机碳储量减少了8.39 Mt.区内大部分地区土壤碳储量表现出“碳源”效应,仅局部地区呈现出“碳汇”效应.滁州地区0~0.2 m表层土层有机碳储量为53.74 Mt,有机碳密度平均为3.42kg/m2,略低于全国平均水平.滁州地区0~1.8 m表层土层中,72%的土壤有机碳储量赋存于0~1.0 m土壤中.通过对滁州地区不同统计单元的中层土壤有机碳储量及密度的分析,系统查明了土壤有机碳的分布特征,为土壤碳循环研究提供了参考依据.     

成都经济区不同地貌景观区土壤有机碳分布特征及储量估算

利用四川省成都经济区多目标区域地球化学调查获得的土壤有机碳含量数据,探讨了成都经济区不同地貌景观区土壤有机碳的分布特征。山区表层土壤有机碳含量(SOC)最高(22 g/kg左右),较平原区、丘陵区高一倍以上,丘陵区最低(9.49 g/kg)。成都平原区和东部丘陵区深层土壤碳含量相差不大,且均低于研究区深层土壤碳含量均值(6.99 g/kg)。利用指数模型对单位土壤平均碳量(USCATOC)、有机碳储量(USCATOC,h)、有机碳丰度指数(R)进行了估算。结果表明:各地貌单元土壤碳含量、单位土壤平均碳量、有机碳储量、有机碳丰度指数(R)分布具有山区高于平原区、丘陵区最低的一致性特征。龙门山区、西南山区面积约占全区的42%,土壤有机碳储量约占全区的59%;成都平原区、丘陵区面积占58%,土壤有机碳储量约占全区的41%。单位土壤平均碳量、有机碳储量在不同地貌单元中分布的差异主要与不同地貌单元的土壤有机碳含量有关,此外还可能与成土母质、植被发育情况、土地利用方式有关。     

桂林毛村岩溶区不同土地利用方式土壤有机碳矿化及土壤碳结构比较

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村岩溶区不同土地利用方式(农田、灌丛和林地)土壤在25℃、黑暗条件下培养90d有机碳矿化速率的差异(以90d累计释放的CO2-C计)。农田土壤矿化释放的CO2-C含量分别比灌丛和林地少62.9%和56.6%。利用6mol/L的HCl酸解法得到惰性碳含量,并利用三库一级动力学方程在SAS8.2软件中通过非线性拟合得到三种土地利用方式的活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率,计算得出各库驻留时间。结果表明各土地利用方式均为活性碳库含量最少,占总有机碳的比例在1.82%~2.71%之间,平均驻留时间在8.4~16.3d之间;缓效性碳库次之,占总有机碳的比例在33.91%~45.47%之间,平均驻留时间为4.8~7.7a之间;惰性碳库所占比例最大,在51.82%~64.01%之间,平均驻留时间为假定的1000a。通过固态13C交叉极化魔角自旋核磁共振(13CCPMASNMR)方法对土壤碳结构进行分析,结果表明:与灌丛和林地相比,受人类活动干扰较多的农田烷基C和芳香C的比例增加,烷氧C和羰基C的比例降低;烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C的大小顺序均为农田>林地>灌丛,而脂族C/芳香C的大小顺序则相反,即灌丛>林地>农田。这说明农田土壤有机碳分解程度较高,难分解程度增加,难分解有机碳比例增加。      

基于空间自回归和地理加权回归模型的佛山市中心城区河网水系演变驱动分析

为定量探究城市河流变化驱动成因,以2005～2010年佛山市中心城区为例,分析了河网水系演变及其驱动因子,根据河网水系变化与其驱动因子间一对多的映射关系,借助空间自回归和地理加权回归模型,分别从整体和局部分析了两者间的统计关系,结果表明:(1)末级河流长度减少量占各级河流总变化量约92.3%,变化最为显著,而城镇用地对水田、工业用地对水域的侵占以及农业活动则是影响末级河流的主要驱动因子;(2)整体来看,末级河流受建设用地扩张,尤其是工业用地扩张的负面影响程度最大;局部来看,各驱动因子的负面影响程度在不同空间位置上存在差异,以水田-城镇用地因子为例,其在罗村、老城区和桂城的交界区域以及南庄、罗村和老城区的交界区域负面影响程度较大;(3)空间自回归模型对区域河网水系变化与其驱动因子间的关系有整体、直观的把握,地理加权回归模型则能够描述驱动因子影响的空间非平稳性,有利于获取局部信息,结合两种模型的特点能够更加全面地刻画河网水系演变的驱动成因。     

内蒙古自治区土壤有机碳库储量及分布特征

根据内蒙古自治区土壤资料中共461个土壤剖面数据估算表层及全剖面的土壤有机碳密度(SOCD)和储量(SOCR),绘制其SOCD的空间分布图,并对其影响因素进行了探讨。结果表明:内蒙古地区的表层SOCD为0.63～15.93 kg.m-2,平均为3.68 kg.m-2;全剖面SOCD为0.22～68.77 kg.m-2,平均为10.35 kg.m-2,不同土壤类型之间有一定差异。内蒙古表层SOCR为4.10 Pg,而全剖面储量为10.79 Pg。土壤有机碳含量及分布受气候、土壤性质和人为活动的影响明显。最后,根据年均温与土壤有机碳密度的相关关系,估算得出当气温升高1℃,内蒙古地区土壤有机碳的释放量为0.91 Pg。     

基于上海市土地利用方式变化下的土壤有机碳储量核算研究

分析了上海市2009年以来的土地利用类型与表层土壤有机碳储量的变化以及土地利用方式变化对表层土壤有机碳储量的影响。研究结果表明:上海市2012、2016年表层土壤有机碳储量分别为1.061014×10~(10)kg、1.149566×10~(10)kg,表层土壤平均有机碳密度低于全国平均水平的4.70kg/m~2,表层土壤有机碳储量占全国表层土壤有机碳储量的0.026%;耕地、林地和园地转化为工矿仓储用地、公共设施用地、交通运输用地时造成了表层土壤有机碳的排放,而其他农用地—耕地、公共设施用地、工矿仓储用地和工矿仓储用地—耕地、公共设施用地以及其他土地—耕地、公共设施用地时有利于表层土壤有机碳的汇聚;上海市表层土壤有机碳储量增加主要来源于土地利用类型不变的土地(农用地、滩涂土地等),这些土地表层土壤有机碳储量增加是土壤碳密度(有机碳含量)普遍增高的结果。建议通过进一步加强农用地、滩涂土地的有效保护,并对建设用地上的建筑物实施立体绿化等措施,提升上海市表层土壤有机碳储量。     

人为土壤有机碳的分布特征及其固定意义

文章在分析不同类型的人为土壤形成过程及其特点的基础上研究了人为土壤有机碳含量、分布年龄与同位素组成特征。结果表明,人为土壤中有机碳的含量分布不同于起源土壤或者相应的非人为土壤,主要体现在有机碳含量降低的缓慢和不规则性以及有机碳含量的相对富集。通过计算证明人为土壤的有机碳密度高于相邻土壤或起源土壤。放射性碳测定表明人为土壤中的有机碳年龄较老,说明了有机碳在这些土壤中存在的相对稳定性。土壤有机碳的稳定同位素组成分析表明,土壤中深层的有机碳与现代有机碳来源不同,也表明了土壤中有机碳的稳定存在。文章还分析了人为土壤中有机碳富集和稳定的可能机制,包括物理、化学和生物学机制,认为就有机碳的固定而言,人为土壤是一种具有最佳管理方式的可持续利用的土壤资源     

季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程及水分变化

利用黑龙江省水利科学研究院水利试验研究中心综合实验观测场2011年11月-2012年4月整个冻结融化期的实测野外黑土耕层土壤温度和水分数据, 对中-深季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程中冻结和融化特征分阴、阳坡进行了分析, 研究了冻融过程中不同深度土壤水分的变化情况, 并探讨了降水对不同深度耕层土壤含水量变化的影响. 结果表明:黑土耕层土壤冻结融化过程分为5个阶段, 历时164 d, 约5.5个月. 阶段I, 秋末冬初黑土耕层土壤开始步入冻结期; 阶段II, 黑土耕层土壤整日处于冻结状态, 阴坡比同样深度的阳坡土壤温度低; 阶段III为黑土耕层土壤稳定冻结期; 阶段IV, 黑土耕层土壤步入昼融夜冻的日循环交替状态, 冻融循环的土层逐渐向深部发展, 阳坡比阴坡融化得更深、更早, 阴坡比阳坡经历冻融循环次数更多; 阶段V为稳定融化期, 在融化过程不存在冻融交替的现象, 直到整个冻层内的土壤全部消融. 各深度位置阴坡土壤温度的最高值出现时间比阳坡晚约0.5 h. 经过整个冻结融化期后, 阴、阳坡各层土壤含水量均大于冻结前, 阴坡土壤含水量比阳坡整体偏低. 在整个冻结融化期, 阳坡地下1 cm、5 cm、10 cm 及15 cm处含水量最大值出现在地下5 cm; 阴坡的含水量整体趋于平稳且在融化期受降水影响明显.     

岩溶区土壤有机质空间变异性分析

采用GIS和地统计学研究土壤有机质（SOM）的空间分布、影响因素和预测是指导农业生产、环境治理和土壤碳储计量的重要手段。基于广西马山县北部岩溶区表层土壤 (0~20 cm)的441个SOM数据,建立普通克里格(OK)、回归克里格（RK）,以及结合辅助变量的地理加权回归克里格(GWRK)、残差均值（MM_OK）和中值（MC_OK）均一化克里格的5种模型,并比较其预测精度,旨在探讨岩溶区SOM制图中地统计学方法的适用性。结果表明：（1）SOM的变异系数为37.30%,属于中等空间变异;（2）岩溶区SOM空间变异受土地利用方式、土壤类型和地形因子等因素共同影响,SOM高值区分布在西北部、西部和东部等石灰土分布的岩溶区和水田,低值区位于北部红水河沿岸的冲积土地带;（3）RK、GWRK、MM_OK和 MC_OK对SOM解释能力均较优,可用于岩溶区SOM预测制图。结合辅助变量因子的GWRK预测模型能有效消除空间变异因素的影响,克服岩溶区SOM含量的空间非平稳性,从而提高SOM含量模型的稳定性和精度,同时MC_OK模型能提高预测的准确度。     

季节冻土区黄土路基水分与温度变化规律研究

为研究季节冻土区压实黄土路基变形的影响因素,通过现场监测得到路基水分场与温度场的变化规律,并结合室内试验与数值模拟分析路基变形规律. 结果表明,天然地面以上路堤土体具有明显的季节性,水分场及温度场变化剧烈,而天然地面以下土体温度场及水分场变化较平缓,季节性不强. 路堤最大冻深约1 m,经历强烈的冻融循环和干湿交替过程,含水率变化量为5%~29%. 冻融循环作用在路肩处产生的变形较大,而干湿循环作用在路基中心处产生的变形较大,且后者引起的变形大于前者.     

季节冻土区水泥改良路基土的温缩性能研究

基于季节冻土区冻融循环条件,利用高低温交变试验箱与静态应变仪,进行了不同配比水泥改良路基土的温缩试验研究.结果表明:水泥改良土的温缩应变呈"螺旋式"变化,温缩应变随水泥掺量增加逐渐增加,初始温度循环对水泥改良土影响较大,经历三次温度循环后水泥土温缩应变特性已相当明显且变化规律趋于稳定,土体内部物化反应也达到平稳,但多次...     

黄土高原土壤有机碳固存机制研究进展

黄土高原土层深厚, 蕴藏着大量的土壤有机碳, 由于植被自然生长和生态建设等因素, 黄土高原生态系统发挥了、并在未来持续发挥重要的碳汇作用。在"双碳目标"的重大国家战略背景下, 黄土高原土壤碳汇效应将迎来重大的转机和严峻的挑战。鉴于此, 首先回顾了黄土高原植被恢复进程和土壤的固碳效应, 聚焦植被恢复过程中土壤有机碳固存这一核心过程, 基于土壤物理、化学和生物学的固碳机制和原理, 并结合土壤"微生物碳泵"核心调控理论, 论述了黄土高原植被恢复过程中土壤有机碳的固定过程, 同时概括和总结了土壤有机碳固定的驱动因素; 最后, 对黄土高原土壤碳固存所存在的问题和挑战进行了展望, 为黄土高原乃至我国陆地生态系统土壤碳汇功能、生态效益提升具有重大意义。     

地电场对青藏高原东北部季节冻土的响应特性

地电场的变化与台址环境的水文、气象及地质背景等相关,在青藏高原东北部季节冻土区,11个地电场台站处于较高的海拔,据台址下覆场地属性分为A类（黄土型）和B类（高原草场型）台站。通过对青藏高原季节冻土区域的地电场和大地电流场的计算和分析,联系区域构造活动和地质环境得出以下认识：青藏高原东北部季节冻土区地电场变化对水热环境响应明显,冬、夏两季测值可能发生跃变;长周期的地电场变化曲线可能与台址附近气温变化相关;台站大地电流矢量在冻土部分冻融交替过程中发生方向和幅度值的改变。A类和B类台址显示出不同的季节变化规律,地电场曲线上升和下降的时间节点各异,这种现象可应用于监测该区域冻土冻融情况和冻土的时空演变。     

青藏高原多年冻土区天然气水合物的形成及地球化学勘查

高原冻土带是天然气水合物生成和保存的潜在源区.对青藏高原西大滩-安多长达556 km的多年冻土区烃类有机地球化学剖面的测量结果表明,土壤样品的酸解氢、酸解甲烷、酸解乙烷、酸解丙烷和热释汞异常明显,其异常下限远高于背景值,其中酸解甲烷的背景值为395.54 μL/kg,异常下限为883.84 μL/kg,可见该区天然气水合物成藏具有很好的远景.通过统计学分析和综合地球化学对比分析,指出烃类"负异常"是地下赋存天然气水合物的重要标志.据此初步建立了多年冻土区天然气水合物的形成及地球化学勘查模式.