安徽省皖南山区农田表层土壤有机碳空间变异及其影响因素——以宣州区为例

以安徽省皖南山区宣城市宣州区为代表,运用统计学方法、地统计学方法和GIS技术研究了农田表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)含量的空间分布及其影响因子。统计结果表明:研究区SOC含量为7.69±3.07 g kg-1,SOC变异系数为39.88%,属于中等变异程度。地统计分析结果表明,研究区SOC半方差模型为球状模型,存在中等的空间自相关性,随机性因子和结构性因子对其空间变异的影响同样重要。SOC含量在空间分布上表现为由东北向西南递减,大致呈斑块状分布。地形、土壤颗粒组成和秸秆还田是影响SOC空间变异的主要因素。     

江淮丘陵区农田表层土壤有机碳空间变异——以定远县为例

以安徽省江淮丘陵区农业大县滁州市定远县为代表,运用统计学方法、地统计学方法和GIS技术研究了农田表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)含量的空间分布及其影响因子。统计结果表明:研究区2011年SOC含量为(10.96±3.63)g/kg,变异系数为33.12%,属于中等变异程度。地统计分析结果表明,研究区SOC半方差模型为指数模型,存在强烈的空间自相关性,SOC含量在空间分布上表现为由东至西先递减后递增,大致呈带状分布。土壤颗粒组成和秸秆还田是影响SOC空间变异的主要因素。     

渝东南农田土壤有机碳空间分布特征及影响因素

为评价区域农田土壤肥力及优化农业生产管理措施,选取渝东南地区黔江区为研究区域,基于重庆市测土配方施肥的615个表层(0~20 cm)土样数据,运用地统计学和地理信息系统(GIS)相结合的方法分析黔江区土壤有机碳(SOC)的空间分布特征及其影响因素。结果表明,研究区土壤表层SOC含量为13.27 g·kg^-1,变异系数为31.44%,具有中等程度的空间变异且空间自相关范围较大。块金效应为45.59%,空间分布受结构性因素和随机性因素的共同影响。研究区SOC分布呈斑块状,总体表现为东高西低。方差分析和回归分析表明,成土母质、土壤类型、土地利用方式及坡度、坡向对SOC的空间分布的影响极显著(P<0.01),土壤质地、海拔高度的影响显著(P<0.05)。随着海拔的增加,土壤中SOC含量也逐渐增加。而随着坡度增加,土壤中SOC含量呈先降低后增加的趋势。本研究结果为渝东南农田SOC管理及农作物合理施肥提供了理论依据。     

红壤丘陵景观表层土壤有机碳空间变异特点及其影响因子

为探究景观尺度上土壤有机碳(SOC)空间格局与变异特点,选择典型红壤丘陵景观采样,分析表层SOC空间分布及其影响因子。结果显示红壤丘陵景观SOC平均含量为12.7gkg-1,变异系数为31.3%,属于中等程度变异;SOC半方差模型为指数模型,具有强烈的空间自相关性(块金/基台值为6.3%);SOC空间分布呈现明显的条带状和斑块状格局,与景观单元内地形和土地利用方式高度一致。SOC含量随高程和坡度的增加而降低;四类利用方式下SOC含量顺序为水田(16.0gkg-1)旱地(11.2gkg-1)果园(9.5gkg-1)林地(8.4gkg-1)。空间可视图显示利用方式对SOC含量的影响大于高程。研究表明利用方式和地形(高程和坡度)是亚热带典型红壤丘陵景观SOC空间变异的主要原因。     

基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。     

黄土高原丘陵区地形和土地利用对土壤有机碳的影响

土壤有机碳(SOC)作为土壤中重要的组成部分及植物生长的主要元素,在地球生态系统中起着举足轻重的作用,是全球环境尤其是气候变化的重要影响因素。以黄土高原王茂沟小流域为研究对象,通过间隔为150m经纬网格分5层采集0～100cm土壤样品,采集土壤样品包括4种地形(坡顶、坡上、坡中、坡下)和5种土地利用类型(坡耕地、林地、草地、灌木、梯田),共采集土壤样品1 540个,探讨地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域SOC含量和分布影响,并通过Kriging插值计算流域内SOC空间分布。结果表明,黄土丘陵第一副区王茂沟小流域在0～100cm土层中,SOC平均含量坡上(4.49g·kg~(-1))和坡中(4.30 g·kg~(-1))含量最高,其次为坡下(3.97 g·kg~(-1)),坡顶SOC含量最低(3.34g·kg~(-1));坡耕地SOC含量最低。林地(4.31 g·kg~(-1))、梯田(4.25 g·kg~(-1))、草地(4.12 g·kg~(-1))和灌木(3.82 g·kg~(-1))分别较坡耕地(3.47 g·kg~(-1))SOC含量增加24.2%、22.4%、18.7%和10.1%。表层SOC更易受到环境因子的影响,梯田等水土保持措施可明显固存深层(20cm)SOC。方差成分估计表明,土地利用、地形、深度以及土地利用与地形的交互作用对流域剖面SOC含量空间分布有着极显著的影响(P0.01),其中地形对SOC含量的贡献率最高(32.50%)。土地利用与地形的交互作用在各因子的交互作用中表现出对SOC含量变异解释度最高(7.4%)。流域SOC在空间上呈斑块分布,随着深度的增加,流域SOC的空间分布向均一性发展。研究结果为黄土区水土保持措施规划及退耕还林的固碳效益评价提供了科学依据。     

南方典型丘陵区耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异特征及其影响因素

  【目的】  了解土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异及其影响因素是进行土壤碳氮调控的前提和基础。  【方法】  以江西省丰城市为案例区，通过实地采样获取2018年139个表层土壤数据，运用地统计学、普通克里格插值等方法对南方丘陵区县域尺度下耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比的空间变异特征及其影响因素进行系统的分析。  【结果】  研究区土壤全氮 (TN) 含量介于0.74～3.80 g/kg、土壤有机碳 (SOC) 含量介于8.14～36.67 g/kg、土壤碳氮比 (C/N) 介于6.31 ～15.15，均值分别为2.24 g/kg、22.52 g/kg和10.15，变异系数分别为25.45%、26.24%、14.38%，均呈中等程度的空间变异。半方差分析结果显示，TN、SOC、C/N的块金效应分别为44.44%、56.97%、19.57%，这表明TN、SOC和C/N的空间分布受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值结果显示，在空间分布上，研究区土壤TN和SOC具有相似性，总体表现出由中部向南北递减的趋势；土壤C/N空间分布与TN和SOC有所不同，总体呈现出西高东低的趋势。逐步回归分析结果显示，成土母质、土壤类型、土壤pH、氮肥施用量和土壤质地对土壤全氮，成土母质、土壤类型、土壤pH对土壤有机碳，土壤类型对土壤碳氮比影响极显著 (P<0.01)。  【结论】  成土母质对土壤TN和SOC的独立解释能力最高，分别为28.1%和23.2%；土壤类型对研究区土壤C/N的独立解释能力达到了13.2%。因此，成土母质是引起研究区土壤全氮、有机碳空间变异的主要因素，土壤类型则是引起研究区土壤碳氮比空间变异的主要因素。     

大岗山流域土壤碳氮要素空间分布特征及影响因素

为了探究江西大岗山流域土壤碳氮要素的空间异质性分布规律,以该流域表层土壤为研究对象,基于GIS平台,建立土壤有机碳(SOC)和全氮(STN)与植被及地形因子的相关关系模型,从而分析流域土壤碳氮要素的空间分布特征及其影响因素:1)流域表层SOC和STN的平均值为25.55和1.61 g/kg,变异系数分别为64.16%和28.37%,均属于中等程度变异。2)植被和地形因子与SOC和STN具有较高的空间相关性,基于归一化植被指数(NDVI)、海拔和地形湿度指数的流域表层土壤构建了SOC和STN的空间分布图——碳氮要素分布均呈现由西北向东南逐渐减少的趋势。3)流域表层的SOC和STN与汇流动力指数和沉积物运移指数呈显著负相关关系,而与NDVI、海拔、坡度和地形湿度指数呈显著正相关关系。因此,植被和地形因子显著影响大岗山流域SOC和STN的空间异质性分布。研究结果可为我国南方红壤区森林植被土壤碳氮等要素的空间分布规律研究和水土流失综合治理效益的定量评价提供参考。     

区域尺度生物结皮下伏土壤养分的空间分布特征——以毛乌素沙地为例

作为旱区广泛分布的活性地被物,生物结皮对荒漠生态系统的养分循环具有重要的影响,目前有关区域尺度生物结皮养分效应的认识还非常有限。本研究选取基本覆盖毛乌素沙地全域的146个样点,以地统计学结合多元统计分析的方法,深入探讨了区域尺度上旱区荒漠生物结皮下伏土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的空间异质性、分布格局及其影响因素。结果表明：生物结皮提升了荒漠土壤养分含量,3种养分含量的变异系数（CV）中等,变异性大小顺序为CVTP（60.5%）＞CVSOC（37.9%）＞CVTN（30.8%）;不同养分的空间变异特征不同,TP最佳拟合模型为线性模型,空间自相关性强烈,SOC、TN为指数模型,空间自相关性中等;受到植被状况、地表水热平衡状况等因素的直接或间接影响,在区域尺度上生物结皮下伏土壤养分含量在研究区东部较高,西南部较低;TP含量自东向西递减,SOC、TN含量自东向西呈现高-低-高-低的带状分布特点,二者具有极显著正相关关系（r=0.818,p＜0.01）。     

祁连山中段土壤有机碳剖面垂直分布特征及其影响因素

以2012—2013年调查的我国西北祁连山中段97个代表性土壤剖面为对象,分析了土壤有机碳(SOC)含量的剖面垂直分布模式,计算了1 m土体内各层次SOC相对含量及其与环境因素(年均降水、年均温度、海拔、坡度、坡向、NDVI)和土壤因素(颗粒组成、体积质量)之间的关系。结果表明:(1)SOC含量剖面垂直分布模式可分为均一分布型、表层聚集型、普通递减型、不规则分布型4个类型,SOC含量剖面垂直分布模式与选取的环境因素和土壤颗粒组成之间没有明显的关系;(2)SOC含量的变异较大,随着深度的增加从中度变异过渡到强度变异;(3)NDVI和年均降水是影响表层土体SOC含量的主要因子,而黏粒和砂粒是影响下层土体SOC含量的主要因子。     

冲积平原区土壤碳密度估算及其空间分布

冲积平原区通常具有复杂的剖面质地层次排列,为了准确估算冲积平原区土壤碳密度的空间分布特征,该文在华北冲积平原区的河北曲周县选取了121个土壤剖面,测定了各土层有机碳含量,构建了基于负指数函数的土壤有机碳垂向分布模型,结合地统计学方法绘制了该县土壤碳密度的空间分布图。结果表明,土壤有机碳含量随深度增加呈逐渐递减的趋势,各土层有机碳含量均属于中等变异程度。0~20和20~40 cm土壤有机碳空间连续性较好,它们的空间相关距离分别为14和3 km,而下层(40 cm)土壤有机碳均表现为纯块金效应结构。土壤有机碳垂向分布模型可以很好地描述剖面土壤有机碳含量的变化特征,且预测与实测的土壤有机碳含量的均方根误差仅为0.70 kg/m3,决定系数达到了0.95。曲周县土壤有机碳密度的空间分布总体表现为西北高东南低的趋势。其空间分布主要受土壤类型和质地的影响,其中潮土和盐化潮土的碳密度明显高于褐土化潮土,质地较细的土壤(轻壤、中壤和粘土)碳密度明显高于质地较粗的土壤(砂土和砂壤)。该研究为冲积平原区土壤碳密度的估算提供了一种新的方法。     

土地利用方式和地形对半干旱区土壤有机碳含量的影响

以内蒙古赤峰市敖汉旗为研究对象,以实地调查数据为基础,结合土地利用方式与地形的变化,对敖汉旗0～100 cm深度土壤有机碳含量的空间分布特征进行了研究,旨在对地区碳储量的估算和科学利用土地资源起到积极的借鉴作用。结果表明,敖汉旗土壤有机碳含量在0～100 cm深度的土壤剖面内的变化范围为0.23～20.71 g/kg,主要集中在40 cm以上土层,且随着土层深度的增加土壤有机碳平均含量逐渐降低;各土地利用方式下土壤有机碳含量均表现为:林地农地草地。土壤有机碳含量主要富集在高海拔区的平缓地段;受土壤侵蚀的影响,当坡度10°后,不同土地利用类型的有机碳含量均显著降低。     

红壤区土壤有机碳时间变异及合理采样点数量研究

相对于土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性及合理采样点数量的研究,其时间变异性及揭示特定时段SOC变化所需采样点数量的研究较少。选择红壤丘陵区的江西省余江县为研究区,分析了1982—2007年SOC含量的时间变异特征,并估算了揭示该时段SOC变化所需土壤采样点数量。结果表明,1982—2007年SOC含量均值由14.18增至16.27 g kg-1,增幅为14.74%,其变异系数则由0.22上升为0.44。各土地利用方式中,水田和林地SOC含量分别增加了2.93和3.12g kg-1,而旱地则降低了2.55 g kg-1;同时各利用方式的SOC含量变异系数均出现较大幅度的提高。基于两时段的全部样点,在95%和90%置信区间上,计算得到揭示该时段全县SOC时间变异所需的采样点数量分别为186和147。基于各土地利用方式的SOC变化,计算得到水田、旱地和林地所需采样点数量分别为68、44和144(95%置信区间)及54、34和112(90%置信区间);揭示旱地SOC变化所需采样点数量应为水田的60%以上,而林地所需样点则为水田的2倍以上。该研究结果可为红壤区SOC时间变异性及其调查采样提供参考。     

基于GIS的亚热带典型地区土壤有机碳空间分布预测

Spatial distribution of organic carbon in soils is difficult to estimate because of inherent spatial variability and insufficient data. A soil-landscape model for a region, based on 151 samples for parent material and topographic factors, was established using a GIS spatial analysis technique and a digital elevation model (DEM) to reveal spatial distribution characteristics of soil organic carbon (SOC). Correlations between organic carbon and topographic factors were analyzed and a regression model was established to predict SOC content. Results for surface soils (0-20 cm) showed that the average SOC content was 12.8 g kg^-1, with the SOC content between 6 and 12 g kg^-1 occupying the largest area and SOC over 24 g kg^-1 the smallest. Also, soils derived from phyllite were the highest in the SOC content and area, while soils developed on purple shale the lowest. Although parent material, elevation, and slope exposure were all significant topographic variables (P < 0.01), slope exposure had the highest correlation to SOC content (r = 0.66). Using a multiple regression model (R² = 0.611) and DEM (with a 30 m × 30 m grid), spatial distribution of SOC could be forecasted.     

基于多变量与RF算法的耕地土壤有机碳空间预测研究——以福建亚热带复杂地貌区为例

耕地土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)含量不仅是土壤质量的重要表征,还是农业温室气体的重要源库,而基于环境变量建立的随机森林算法(Random Forest,RF)是当前提高土壤有机碳空间预测精度的方法,但不同组合环境变量对RF模型预测精度的影响仍需深入研究。本文以福建闽东南复杂地貌区为例,以两种环境变量组合(遥感变量+气候因子和遥感变量+气候因子+土壤属性)为输入数据集,利用RF算法对耕地表层SOC含量进行模拟预测和精度对比,并与普通克里格(OrdinaryKriging,OK)插值模型进行比较。结果表明,基于全部环境变量构建的RF模型表现最佳,其模型拟合度和预测精度相较于未加入土壤属性的模型有显著提高(r提高7.95%,为0.95,RMSE下降45.13%),且对SOC空间分异信息的捕获更精确,OK模型总体预测精度最弱。利用最优模型反演得到的研究区耕地SOC含量为14.70±2.95 g·kg~(–1),东部沿海低于西部内陆。变量贡献率分析显示,除了与土壤碳紧密相关的水解性氮(N),遥感变量中数字高程模型(Digital Elevation Modecs,DEM)也是影响闽东南地区SOC预测精度的重要变量,因此,遥感变量、气候因子和土壤属性共同驱动的随机森林模型可作为闽东南复杂地貌区耕地有机碳含量空间预测的有效方法。     

黄土丘陵区县域农田土壤有机碳空间变异性————-以甘肃省庄浪县为例

运用地统计学和GIS相结合的方法,研究了黄土丘陵区县域尺度农田土壤有机碳空间变异性及其影响因素。结果表明,1）研究区土壤有机碳含量处于较低水平,平均值为8.28g/kg,变异系数为18.8%,属于中等变异强度。2）有机碳变异函数的理论最佳模型为指数模型,块金值与基台值之比为9%,表明有机碳含量具有强烈的空间相关性,空间相关距离为2250 m,大于采样间距400 m。普通Kriging插值表明土壤有机碳含量整体上呈现东部比西部高、北部比南部高,西部区域呈现出斑块状的分布。3）影响该区域土壤有机碳空间变异的主要因素是海拔和土壤类型,坡向及土壤侵蚀程度等,海拔对有机碳空间变异性的贡献率为82.27%,土壤类型为13.10%,坡向和土壤侵蚀程度为4.54%。     

Grassland soil organic carbon and the effects of irrigated cropping in Alberta,Canada

High heterogeneity in the spatial distribution of soil organic carbon (SOC) in grasslands causes uncertainty in estimating its content and storage. In this study, we investigated the spatial distribution of SOC content and storage in the prairies of southern Alberta, Canada, and how it is affected by land use such as irrigated cropping and other environmental conditions such as cattle grazing, slope landscape position and dominant plant species. The mean SOC content was determined to be 11.5 g kg^–1 (range: 8.9 to 22.4 g kg^–1) in the 0–10 cm layer and 6.8 g kg^–1 (range: 4.0 to 13.3 g kg^–1) in the 10–30 cm layer; mean SOC storage was 1.59 kg C m^–2 (range: 1.23 to 2.78 kg C m^–2) in the 0–10 cm layer and 2.07 kg C m^–2 (range: 1.21 to 3.62 kg C m^–2) in the 10–30 cm layer. The SOC content was significantly affected by slope position in both the 0–10 and 10–30 cm layers, in the following order: bottom >middle > top position. Moreover, SOC storage was higher in sites dominated by shrubs than graminoid/forb communities. Thus, SOC content and storage had distinctly clustered spatial patterns throughout the study area and were significant differences between the 0–10 and 10–30 cm soil layers. Prior land-use change from arid grassland to irrigated cropland increased SOC content and storage in bulk soils.     

Examining soil organic carbon in the mountainous peat swamps of the Zoigê Plateau in China's Qinghai-Tibet Plateau

Mountainous peatlands are one of the most important terrestrial ecosystems for carbon storage and play an important role in the global carbon cycle. An insight into the carbon cycle of peat swamps located in mountainous regions can be obtained by studying the distribution of soil organic carbon (SOC) and its relationships with environmental factors. This study focused on the development conditions of peat swamps in the Gahai wetlands, located on the Zoigê Plateau, China, with four different altitudinal gradients as experimental sample sites. The distribution of SOC and its relationship with environmental factors were analysed through vegetation surveys and a generalized additive model (GAM). The results show that with increasing altitude, soil temperature decreased while the soil pH and bulk density initially decreased then increased. On the contrary, the topographic wetness index (TWI), SOC content, above-ground biomass and litter count initially increased then decreased. The SOC content of the 0–30 cm soil layer was in the range 226–330 g·kg⁻¹ (coefficient of variation (CV) = 21.4%), and the 30–60 cm layer was 178–257 g·kg⁻¹ (CV = 17.5%) and was significantly correlated (p < .05) with above-ground biomass and litter count. Meanwhile, the SOC content in the 60–90 cm soil layer was in the range 132–167 g·kg⁻¹ (CV = 9.2%) with a significant correlation (p < .05) with soil temperature, pH, bulk density and topographic moisture index. The study showed that the SOC content exhibited more pronounced spatial patterns with increasing altitude, with the peak value in the shallow soil layer appearing in lower elevation areas compared with the deep soil layer. The level of variation changed from medium to low, reflecting the stable mechanism for maintaining SOC within the heterogeneous peat swamp environment.     

三江平原土壤有机碳含量及其密度的空间变异特征分析

  目的  三江平原是我国重要的粮食产地,探究三江平原土壤有机碳(SOC)含量及其密度的空间分布特征及影响因素,为该区域土壤有机碳库的维持和提升提供重要依据。  方法  在三江平原地区8 km × 8 km网格法布设采样点,共采集表层（0 ~ 20 cm）土壤样品324份,开展土壤有机碳含量及其密度空间分布特征和影响因素分析。  结果  表层土壤有机碳含量平均值为30.90 ± 25.42 g kg?1、表层有机碳密度平均值为69.05 ± 48.62 t hm?2,其空间上呈“东南低－西北高”分布特征。黑土与水稻土之间土壤有机碳含量存在极显著差异（P < 0.01),与暗棕壤之间土壤有机碳含量存在显著性差异(P < 0.05);耕地－水田土壤有机碳含量最低,为27.21 g kg?1,林草地有机碳含量最高,为44.83 g kg?1,耕地与林草地之间土壤有机碳含量存在极显著差异（P < 0.01);种植水稻的土壤有机碳含量最低,为27.31 g kg?1,种植混合林的土壤有机碳含量最高为44.83 g kg?1,种植混合林与种植玉米、水稻、豆类之间的土壤有机碳含量存在极显著差异（P < 0.01)。  结论  总体看来,土地利用类型、土壤类型和作物类型三种因素对三江平原地区土壤有机碳含量及其密度均有影响,并达到显著水平。