基于信息熵的土壤有机碳空间分布影响因子及尺度效应研究

为探明土壤有机碳空间分布的影响因子及其与土壤有机碳含量之间的尺度效应，以河北省阜平县为研究区，采用信息熵分析法的模型分析土壤亚类、高程、坡度、土地利用现状与土壤有机碳含量之间的空间相关性，研究各影响因子在不同空间尺度下的特征和尺度效应。结果表明，不同尺度的关键影响因子不同，大尺度土壤有机碳含量的关键影响因子是高程；随着尺度减小，其他影响因子的相关性相对变大。具体结论如下：(1)在大尺度(阜平县)上，与土壤有机碳含量的空间相关性最大的是高程，其次是土壤亚类、坡度，最小的是土地利用现状；在中尺度(大沙河)上，与土壤有机碳含量的空间相关性最大的是土壤亚类，其次是高程、土地利用现状，最小的是坡度；在小尺度(阜平镇)上，与土壤有机碳含量的空间相关性最大的是高程，其次是土地利用现状、土壤亚类，最小的是坡度；(2)本研究得出的结论是基于特定的样本空间范围，需要考虑在其他区域或空间尺度上的适用性，还要综合分析其自然条件和人为影响因素。期待本研究结果可为区域合理利用土地和碳库保护提供科学依据及技术支撑。     

不同尺度土壤有机碳空间分布特征研究综述

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳库。本文从土壤团聚体、土壤剖面、区域及全球尺度上对土壤有机碳分布特征进行了综合论述。土壤新增加的有机碳主要是被固定在0.01mm的团聚体中,农业管理实践影响到有机碳在土壤中的分布格局;中国大陆土壤有机碳储量大约介于80~100Gt之间,土壤有机碳分布具有高度的空间变异性,受气候、植被和土壤类型影响,区域差异明显,其总趋势是东南区大于西北干旱区;而全球土壤有机碳分布特征存在很大争议,主要是碳源/汇的大小和位置存在不确定性。     

干旱区绿洲农田耕作层土壤有机碳空间变异特征分析

在新疆干旱区绿洲农田区的玛纳斯县选取了180个土壤调查点,测定了耕作层（0~30 cm）有机碳含量,并运用地理信息系统技术和地统计学方法绘制了主要农田区土壤有机碳的空间分布图.结果表明,指数模型可以较好的拟合研究区耕作层土壤有机碳的空间结构,其决定系数达到了显著水平（P ＜0．05）;有机碳主要分布在研究区的西北部和中部区域,东部区域含量相对较低,主要受灌溉及土壤质地等因素的影响,粘质土壤与有机碳含量的相关性达到极显著水平（P ＜0．01）.     

不同利用方式下中国农田土壤有机碳密度特征及区域差异

【目的】研究农田土壤有机碳密度特征及区域差异，为区域性土壤生产力培育提供技术参考；为区域性农田土壤碳收集技术选择和配套政策制定提供决策依据。【方法】采用我国第二次土壤普查数据，研究不同用地方式下农田耕层土壤有机碳密度状况。【结果】农田耕层土壤有机碳密度介于0.81～12.68 kg•m-2，平均为3.15 kg•m-2，其中西南区最高，平均达3.63 kg•m-2；华北区最低，平均为3.00 kg•m-2。农田土壤有机碳密度的变异系数为57%，显著比非农业土壤的变异系数低35个百分点。不同用地方式下，水田耕层有机碳密度比旱地的平均高13个百分点，但水田有机碳密度的区域变异显著低于旱地。另外，农田土壤有机碳密度与降水和气温的相关性显著低于非农业土壤，农田中水田土壤有机碳密度与降水和气温的相关性又显著小于旱地。【结论】农田尤其是水田土壤有机碳密度可能更多的是受人为因素影响，人为调控潜力大。     

基于机器学习的江汉平原土壤有机碳预测及制图

土壤有机碳（SOC）不仅显著响应于表层,而且随深度的变化呈现不同的响应。江汉平原作为长江经济带农田生态系统的重要组成部分,其SOC垂向分布状况仍有待考察。本研究收集了2009—2012年湖北省土系调查的66个剖面数据,基于9个环境因子为协变量使用随机森林法构建 0~30、>30~60、>60~100 cm土层深度的 SOC含量预测模型,绘制了 30 m空间分辨率的 SOC含量分布图,并估算了 SOC 储量。结果表明,SOC 含量随土层深度的增加而减少,总体呈中东部高、西部低的特征。模型对表层（0~30 cm）SOC的预测精度最高（R²=0.45,RMSE=3.28 g·kg^-1）,温度、黏粒含量和降水对模型重要性居前三。江汉平原 1 m深 SOC储量为 183.75 Tg,>30~100 cm土层 SOC储量约占 1 m深度总储量的 59%。因此,土壤碳库估算及固碳潜力评估时需着重考虑深层土壤。本研究可为掌握SOC空间分布及垂直分异的响应规律提供参考。     

半干旱区土壤有机碳时空变异特征研究

清晰地认识区域土壤有机碳的时空变异特征，能够为土壤质量动态监测和科学利用土地资源提供重要保障。选择赤峰市敖汉旗作为研究区，在实测调查数据的基础上，对比分析了敖汉旗在1985-2014年土壤有机碳的时空变异特征。结果表明： 1985年和2014年土壤有机碳含量分别为6.91和7.49 g·kg-1，且在空间上均呈现由南向北逐渐降低的分布特征。1985年，土壤有机碳含量在研究尺度内具有较强的空间自相关性，经过30 a的变化，农、林、草3种土地有机碳含量平均分别增长5.92%、10.22%与8.47%，土壤有机碳的空间自相关距离缩短。退耕还林、还草以及沙地植被恢复后，土壤有机碳含量均有显著提升。     

基于Holdridge和CCA分析的中国生态地理分区的比较

在前人工作基础上,对中国自然地理要素与生态地理区域的关系进行了综合分析,采用全国地形、土壤、气候、植被及遥感植被指数等数据,综合分析中国范围生态地理区域的分异规律,制订了生态地理分区的初步方案,并建立了相应的地理信息系统.基于Holdridge模型和CCA分析划分中国生态地理分区,建立了分区的指标体系,得到中国生态分区的大致界线,初步总结了各生态地理分区的地形、植被、气候等综合自然地理特征,完成对中国区域生态地理分区的划分.基于CCA分析的生态地理的分区,不仅结合自然区划和生态地理两种方法,而且加入了生态群落和遥感数据的综合应用.结果显示,由于受到模型适用性及数据误差的原因,基于CCA分析的结果比Holdridge模型的结果更合理一些.     

不同盐渍化程度下滨海盐渍土有机碳矿化规律

为探明滨海盐渍土有机碳的矿化特征及控制因子，在黄河三角洲滨海地区距海由远及近的方向上，采集6种不同盐渍化程度的土壤（距海最近的盐渍土BZ1和BZ2为“光板地”盐渍土，BZ3~BZ6均为农田盐渍土）进行室内培养，测定土壤有机碳的矿化速率，分析土壤理化性质、微生物量、细菌真菌比值等指标与土壤有机碳矿化特征的关系。结果表明：滨海盐渍土的盐渍化程度在距海由远及近的方向上呈升高趋势，其中“光板地”盐渍土BZ2的盐渍化程度最大。在255 d的培养期内，各盐渍土有机碳矿化速率随时间的动态变化均为对数函数关系（P<0.01），表现为培养前期矿化速率较快、中期显著下降、后期趋于平缓，其中“光板地”盐渍土BZ1、BZ2有机碳矿化速率显著小于农田盐渍土BZ3~BZ6（P<0.05）。土壤有机碳累积矿化量随时间的动态变化可以用一级动力学方程拟合（P<0.01），拟合结果表明，不同盐渍化土壤的潜在可矿化碳（C₀）差异显著，“光板地”盐渍土的C₀值显著低于农田盐渍土（P<0.05）。相关性分析表明，土壤有机碳累积矿化量与土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、微生物总量呈显著正相关（相关系数分别为0.975、0.954、0.893），与全盐（TS）呈显著负相关（相关系数为-0.813）；土壤TS与SOC、TN和微生物总量呈显著负相关（相关系数分别为-0.838、-0.876和-0.843），而与细菌真菌比值的相关性不显著（相关系数为0.784）。研究表明，不同盐渍化程度下滨海盐渍土的有机碳矿化规律显著不同，土壤盐分可能是通过影响土壤微生物量、碳氮固持能力来控制滨海盐渍土有机碳的矿化特征，而土壤微生物群落结构的变化对土壤有机碳矿化的影响不显著。     

黄土高原不同地貌类型区农田土壤有机碳与其他理化属性的关系

【目的】以黄土高原不同地貌气候类型区农田土壤为研究对象,研究农田土壤有机碳与其他理化属性的关系,探讨影响有机碳的土壤因子,为区域农田土壤固碳影响因素及固碳现状评估提供理论依据。【方法】采用多专题数据图综合分析方法,考虑土地利用、种植制度、地形地貌、土壤类型等将黄土高原地区划分为5个地貌类型区,在每个地貌类型区选取一个典型县,结合"联合单元布点法"进行样点布设,运用逐步线性回归模型、回归树模型和相关性分析研究不同地貌类型区农田土壤有机碳与其他理化属性的关系。【结果】1)不同地貌类型区农田土壤有机碳与pH、砂粒含量呈显著负相关关系,与粉粒含量、全氮、全钾呈显著正相关关系,该相关性受气候和管理措施影响较小;与体积质量、黏粒含量呈负相关,与全磷、有效磷、速效钾呈正相关,该相关性受气候和管理措施影响较大。农田土壤有机碳与黏粒含量的相关关系和黏粒含量有关,当黏粒含量为20%~25%,有机碳与黏粒的相关性较高;当黏粒含量大于30%时,有机碳与黏粒呈负相关趋势。2)区域尺度上,全氮、体积质量、全磷是影响农田土壤有机碳含量的重要因子;在各个地貌类型区中,全氮是影响农田土壤有机碳含量的重要因子。关中平原区、渭北高塬区、丘陵沟壑区、银川平原区、浅山丘陵区有机碳处于最高水平时的全氮阈值分别为1.39,0.95,1.33,1.38,1.64g/kg,有机碳处于低级水平的全氮阈值分别为0.97,0.59,0.86,0.76,1.06g/kg。【结论】黄土高原不同地貌类型区农田土壤有机碳与其他理化属性的相关性存在较大差异,且受气候和管理措施影响的程度不同。整体来看,全氮是影响黄土高原全区及各县域农田土壤有机碳的重要因子。     

亚热带稻田土壤持续固碳机制研究进展

为准确评估亚热带稻田土壤的固碳特性及其有机碳的储量动态变化情况,进一步提升稻田土壤肥力,从亚热带稻田土壤碳库储量的时空分布与演变规律、稻田土壤有机碳的输入、微生物固碳的功能、有机碳矿化特性及其作用机制等方面进行了探讨。我国亚热带区稻田土壤有机碳储量与固碳效应明显高于旱地,其突出的碳固持能力主要是由于水稻光合碳的输入、土壤自养微生物固碳及淹水限制了微生物活性、抑制植物残体微生物分解过程,促进以植物残体直接积累。稻田土壤有机碳的矿化速率受碳氮磷计量、水肥管理措施以及温度等因素调控,从而影响着稻田土壤的固碳减排效率与潜力。本文提出“碳中和”背景下稻田土壤固碳减排的研究展望：基于亚热带稻田土壤对我国农田土壤碳固碳减排方面的重要性,提出了系统研究稻田生态系统中土壤有机碳累积和转化的作用机制,构建高精度的区域土壤有机碳库模拟模型及储量估算方法,以助力提升农田土壤肥力,加快我国农业双碳目标和农业绿色发展。     

乡村转型视角下山地丘陵区农地规模经营影响因素与分区

乡村发展转型下,结合地理空间差异探讨农地规模经营,对厘清山地丘陵区规模经营条件空间差异及经营模式分区配置具有重要意义。以重庆市合川区太和镇为研究区,并以乡村转型发展为研究视角,运用Pearson分析方法对村域农地规模经营影响因素进行识别与探讨,构建评价指标体系对农地规模经营条件进行评价及分区。结果表明：水田面积比重、流转租金、农村剩余劳动力指数、灌溉保证率、道路网密度与农地规模经营呈显著正相关,地块细碎化程度、坡度及距城镇距离等与农地规模经营呈显著负相关;农地规模经营条件空间差异显著,可分为规模农业示范区、农业综合拓展区、山地农业特色区、生态农业发展区。因此,山地丘陵区农地规模经营应全面考量经营条件并引导经营模式分区配置。     

基于归一化光谱指数的土壤有机质含量空间分布状况研究

【目的】研究土壤主要养分含量特征信息的光谱预测值,使其更具直观性、空间性及科学性,为大尺度对农田的土壤养分空间分布状况获取、评价与科学管理提供依据。【方法】利用ArcGIS 9.3的普通克里格(Ordinary Kriging)插值方法,对小面积及大尺度试验区的土壤样本点进行有机质反演插值填图,并将实验室化学测定土壤有机质含量的实测值与其高光谱模型预测值进行Kriging插值填图比较,分析土壤有机质含量的实测值与预测值的空间分布状况差异。【结果】从小面积试验区到大尺度条田地块插值后的空间分布情况来看,土壤有机质含量的光谱预测值(基于归一化光谱指数NDI[495,485]预测)与实测值之间具有较好的相似性,预测效果较好。【结论】通过土壤有机质含量信息状况的空间分布填图来确定农田分区基本管理单元的适宜尺度,为实施大区域农田养分分区精量管理的划分,提出科学的平衡施肥方案,为适合新疆及兵团特色的精准农业管理、土壤养分快速探测、精量施肥等技术提供技术理论支持。     

退耕植茶对川西低山丘陵区土壤有机碳库的影响

【目的】土壤有机碳库能够有效地表征土壤的固碳容量,研究川西低山丘陵典型退耕植茶区土壤有机碳库的变化对认识退耕植茶地在生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】以雅安市名山区中峰乡不同退耕年限的茶园（2-3年、9-10年、16-17年）为研究对象,选取邻近耕地为对照,分析退耕植茶对土壤总有机碳、活性有机碳和非活性有机碳质量分数、密度的影响,并对土壤碳库管理指数进行计算,分析土壤有机碳库、碳库管理指数与退耕年限的关系。【结果】退耕植茶地土壤总有机碳质量分数呈先降低后升高的趋势,与对照相比,退耕植茶16年后,0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm土层有机碳质量分数分别增加了5.67%、5.67%和0.78%,土壤总有机碳密度亦在该年限显著增加。退耕植茶地土壤活性有机碳质量分数显著增加,平均增幅是总有机碳的23倍,土壤活性有机碳密度在0-40 cm土层的增幅表现为退耕植茶16-17年（平均182.26%）＞9-10年（平均177.74%）＞2-3年（平均132.74%）。0-10 cm和0-20 cm土层土壤活性有机碳密度分别占0-40 cm剖面的30%和50%以上。退耕植茶地土壤非活性有机碳质量分数及密度的变化趋势与总有机碳较为一致。与对照相比,退耕植茶2-3年土壤活性有机碳有效率最高,且表现出一定的表聚现象,但差异不显著,表明活性有机碳的有效率对土层的变化不敏感。随着退耕植茶年限的延长,土壤碳库管理指数先下降后上升,但均显著高于对照,且在退耕植茶16-17年达到最大值。0-10 cm和20-40 cm土层土壤碳库管理指数较大,说明表层和深层碳库均具有一定的固碳效应,且退耕植茶对表层碳库的影响尤为明显。【结论】随着退耕植茶年限的延长,土壤总有机碳、活性有机碳和非活性有机碳的质量分数均有所增加。退耕植茶16年后,土壤0-40 cm剖面上总有机碳、活性有机碳及非活性有机碳密度均显著高于对照,0-10 cm土层有机碳累积效果最佳。土壤活性有机碳的有效率在退耕植茶后显著增加,碳库管理指数在退耕植茶16-17年0-10 cm土层上最高,表明退耕植茶工程增强了土壤的碳汇效应,土壤质量向着良性方向发展。     

黄土丘陵区几种退耕还林地土壤固存碳氮效应

探讨了黄土丘陵区退耕10a和30a的柠条、刺槐、油松及侧柏林地0～60cm不同土层有机碳、氮数量和分布的变化特征。结果表明:相比坡耕地,退耕还林10a后,仅侧柏与油松林地各土层有机碳、氮含量和密度显著提升。退耕还林30a与10a相比,各土层有机碳含量增幅表现为侧柏>油松>刺槐>柠条,总体0～60cm土层碳固存速率分别达到1.06、0.71、0.43、0.36mgC·hm-2·a-1;氮固存速率以刺槐最高,达到0.051mgN·hm-·2a-1,其他还林地固存氮速率接近,为0.014～0.026mgN·hm-·2a-1。30a还林有机碳的增加主要来自0～20cm土层,平均贡献达51.9%,而全氮增加除刺槐林地外,主要来自40～60cm土层,平均贡献达42.5%。各还林地C/N仅在0～20cm表层均有显著提高,但有机碳与氮均表现出显著的回归相关性。综上,长期退耕还林地能够固存碳氮,且以侧柏林地提升有机碳库较佳,而刺槐林地提升氮库较好。     

膜下滴灌连作棉田土壤有机碳及其活性变化分析

【目的】研究不同连作年限膜下滴灌棉田土壤有机碳变化特征,为连作棉田有机碳储量估算、固碳潜力分析提供支撑。【方法】采用田间调查、取样测定方法,分析不同连作年限下(L₅、L₁₂、L₁₇、CK)0~40 cm土层土壤有机碳含量、易氧化有机碳、有机碳密度、土壤容重及碳库活度和碳库管理指数变化。【结果】随连作年限的延长,棉田土壤有机碳含量在时间尺度上表现为先增后降,连作1~5a时土壤总有机碳增加,连作5~17 a时总有机碳显著下降;在空间尺度上,有机碳含量表层0~20 cm大于20~40 cm土层含量;不同连作棉田土壤易氧化有机碳和土壤有机碳密度也表现出与总有机碳相同的变化趋势。随种植年限增加各土层土壤容重变化趋势总体为逐渐增大,L₁₇＞L₁₂＞L₅＞CK在空间尺度上,土壤容重随土层深度增加逐渐增大。在时间和空间尺度上,土壤碳库活度均表现为逐渐减小。【结论】长期膜下滴灌,短期连作可以提高土壤总有机碳、易氧化有机碳含量,随着连作年限延长,土壤有机碳和活性有机碳含量均显著下降,土壤碳库管理指数下降,土壤质量降低,土壤肥力受影响。     

土壤有机碳和无机碳耦合关系研究进展

干旱、半干旱地区土壤碳库由土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)组成。由于土壤有机碳和无机碳之间存在耦合关系,有机碳含量变化可能会导致无机碳含量变化,反之亦然。过去农田土地管理和退耕还林等措施增加碳库侧重土壤有机碳,但是由于土壤有机碳和无机碳耦合关系机理尚不清楚,土壤有机碳增加可能对土壤无机碳造成的影响了解不足,不利于精确估算土壤碳汇变化情况。总结土壤有机碳和无机碳耦合关系情况,并从土壤有机碳向无机碳转移、土壤无机碳对土壤有机碳的保护作用等方面探究土壤有机碳和无机碳耦合机理,并提出未来研究需要加强的几个方面。     

南方水田土壤有机碳动态研究的重要意义及其前沿领域

研究农田土壤有机碳库动态特征及其过程机制,不仅可降低人类对未来气候预测的不确定性,而且可为农田土壤固碳和生产力保育的技术选择和政策制定提供理论依据。南方农区是我国粮食主产区,该区80%的耕地是水田,因此,研究南方水田土壤有机碳动态具有重要的科学价值和现实意义。通过大量文献的综述分析,对农田土壤有机碳库分组、稳定机制和试验方法的研究现状和发展趋势进行了系统总结,在此基础上,结合实践经验,提出了南方水田土壤有机碳研究的关键问题和重点领域。     

基于GIS的陕西省蓝莓栽培潜在适生区

利用判断矩阵法、线性加权求和法、GIS(地理信息系统,Geographic Information System)空间分析法和层次聚类分析法,基于地形数据、气候数据和土壤数据等11个指标,进行陕西省蓝莓生长的潜在适生区划研究。结果表明:1)陕西省具有大面积适宜蓝莓生长的立地条件,潜在适生区占总面积的88.56%。气候条件和土壤条件对其潜在分布区的限制作用较强,潜在适生区面积分别占总面积的39.54%和33.06%;2)从综合评价指标体系来看,陕西省蓝莓潜在适生区面积达到10.12×10~4 km~2,占总面积的49.16%,主要集中在陕南浅山丘陵区和秦岭北麓山前区;3)运用层次聚类分析法,将潜在适生区分为3个亚区,非适生区分为2个亚区。其中,潜在适生区第1亚区具有较好的蓝莓适种条件,非适生区第2亚区的蓝莓种植条件最不理想。     

豫西南浅山丘陵区耕地地力评价研究———以南召县为例

豫西南浅山丘陵区地形地貌较为复杂,影响耕地地力因素较多。该研究以南召县为研究区域,在测土配方施肥工作取得丰富数据的基础上,利用Rs、GIS、GPS和计算机技术,对土壤图、土地利用现状图等相关图件、资料、数据进行数字化处理,确定评价单元并赋值,建立耕地资源基础数据库;采用特尔斐法、层次分析法和模糊数学综合评价法等科学方法,选取浅山丘陵区耕地地力评价指标,确定各指标权重和隶属度,开展县域耕地地力评价,并就其空间分布及主要属性进行了分析。结果表明,在南召县31100hm^2耕地中,一至五等地分别占耕地的9．87％、17．12％、22．13％、27．10％、23．78％,这一评价结果符合当地实际。该研究结果不仅直接应用于该县农业生产和耕地资源合理配置,而且为豫西南浅山丘陵区开展耕地地力评价在方法上进行了有益探索。     

冀北高原农牧交错带土地利用对土壤养分的影响研究——以康保县为例

研究农牧交错带不同土地利用类型与土壤养分的相互关系,可为退耕还林还草、退牧还草,合理利用土地提供科学依据。以位于冀北高原典型的农牧交错带康保县为例,对其3个综合农业区相互毗邻的5种不同土地利用类型进行土样采集,通过土样的化验分析表明,土壤有机质含量为退耕还林地〈撂荒地〈耕地〈退耕还草地〈天然草地;土壤全氮含量为退耕还林地〈退耕还草地〈撂荒地〈天然草地〈耕地;土壤速效氮含量为退耕还林地〈耕地〈退耕还草地〈天然草地〈撂荒地;土壤速效磷含量为天然草地〈退耕还林地〈退耕还草地〈耕地〈撂荒地;土壤速效钾含量为退耕还林地〈耕地〈退耕还草地〈天然草地〈撂荒地。综合可知,3个不同农业区土壤有机质含量为北部低山丘陵区〈中南部波状平原区〈东部缓坡丘陵区;土壤全氮含量为北部低山丘陵区〈中南部波状平原区〈东部缓坡丘陵区;土壤速效氮的含量为北部低山丘陵区〈中南部波状平原区〈东部缓坡丘陵区;土壤速效磷含量为北部低山丘陵区〈东部缓坡丘陵区〈中南部波状平原区;土壤速效钾在3个农业区含量相当。对比分析不同农业区土壤养分状况,为合理利用当地的土地资源、改善生态环境、提高当地经济效益提出若干建议。