基于机器学习算法的华中天然林土壤有机碳特征与关键影响因子

【目的】比较4种机器学习算法在模拟华中地区3种典型天然林土壤有机碳含量上的表现,筛选最优模型算法,明确影响该地区天然混交林土壤有机碳富集与空间分布的关键气候环境因子,为森林土壤有机碳分布格局研究提供技术参考。【方法】以华中地区3种典型天然林（常绿针叶混交林、落叶阔叶混交林和常绿阔叶混交林）为研究对象,引入4种机器学习算法（支持向量机、人工神经网络中的多层感知器、随机森林和分位数回归森林）,模拟0～60 cm土层土壤有机碳含量,比较模型解释量及表现稳定性,筛选最优模型算法。【结果】4种机器学习算法均能成功模拟天然林0～60 cm土层土壤有机碳含量,多层感知器、随机森林、分位数回归森林模拟结果明显优于支持向量机,其中随机森林模型表现最稳定,决定系数最高达0.620。母质、土壤密度、孔隙度、地理位置、海拔、植被和水分亏损情况等共同影响华中地区天然林0～60 cm土层土壤有机碳含量,但显著影响表层（0～20 cm）、中层（20～40 cm）与深层（40～60 cm）土壤有机碳含量的因子并不一致且影响机制不同。在0～20 cm土层,显著影响因子最复杂,除土壤密度以外,土壤孔隙度、地形、植被和气候...     

三峡库区3种典型森林主要组成树种的种群结构及更新

在调查群落种类组成的基础上,对三峡库区3种典型森林主要组成树种的种群结构进行分析,并推断群落的演替趋势.结果表明:1)三峡库区森林群落乔木层优势种主要为马尾松、柏木等针叶树种,短柄袍栎、栓皮栎等落叶阔叶树种及多脉青冈、石栎等常绿阔叶树种;2)针叶群落中乔木层个体高度级频度顶点位于10～15 m,针阔混交群落与阔叶群落为5～10 m;3)阔叶群落中短柄袍栎和栓皮栎等优势种的胸径频率为逆J字型,伴生树种主要为L型或逆J字型,主要组成树种的种群结构表明优势种种群处于稳定状态;4)针阔混交群落针叶优势种的种群属于单峰型和逆J字型的衰退类型,阔叶树种多为逐渐增长的L型或间歇性发展的多峰型;5)针叶群落优势树种胸径频率属于典型的单峰型,伴生树种为单柱型或L型;6)由主要组成树种的种群结构推断三峡库区森林群落演替过程为针叶林群落→针阔混交林群落→常绿阔叶林群落.研究结果为三峡库区生态建设和森林资源管理提供科学依据.     

不同营林措施对马尾松林土壤呼吸影响

以三峡库区马尾松飞播林为研究对象,针对不同营林措施:除灌(清除所有除灌产生的枝叶)、采伐I(采伐强度15%,采伐树干,并未对枝叶进行清除)、采伐II(采伐强度70%,采伐剩余物处理同采伐I)、对照,采用LI-8100土壤CO₂通量测定系统对其土壤呼吸速率进行为期1年的连续观测,分析了不同营林措施对于土壤呼吸的影响以及不同营林措施下土壤呼吸产生差异的原因。结果显示:年土壤呼吸速率均值除灌(1.82±0.07 μmol·m^-2·s^-1)< 对照(2.18±0.05 μmol·m^-2·s^-1)< 采伐I(2.37±0.07 μmol·m^-2·s^-1)< 采伐II(2.86±0.1 μmol·m^-2·s^-1);采伐强度与土壤呼吸速率增值呈正比;不同营林措施与对照土壤呼吸速率均在夏季生长旺盛期7-8月达到最大值;高强度的采伐显著提高了土壤温度与湿度,对照、除灌、采伐I、采伐II土壤呼吸敏感性指数Q₁₀值依次为: 2.18±1.09、1.65±0.07、2.20 ±0.09,2.36±0.09。     

三峡库区不同退耕还林模式林地水文效应

在三峡库区兰陵溪小流域内选定3种典型退耕还林模式,基于2007—2009年连续3a的观测,对退耕还林林地水文效应进行了定量研究。结果表明:(1)与坡耕地比较,退耕还林地土壤总孔隙度增加4.2%～11.5%,非毛管孔隙度增加了69.1%～162.6%,平均可增加饱和蓄水量42.5%,非毛管蓄水量221.4%;(2)各退耕还林模式A层土壤的初渗速率和稳渗速率分别在2.73～4.74mm/min和1.30～2.96mm/min,与对照相比A层土壤渗透性能差异不大,B层土壤初渗及稳渗速率分别较对照提高0.85～5.21倍和3.33～6.83倍,在0.14～0.87mm/min和0.06～0.47mm/min间变动;(3)各退耕还林模式年均径流深为13.21～22.38mm,较农耕地减少74.7%～57.3%,各退耕模式土壤侵蚀模数在137.1～331.1t/(km2.a),较对照减少92.4%～81.6%。     

基于RS和GIS的退耕还林模式对三峡库区黑沟小流域生态服务价值的影响

土地是各种陆地生态系统的载体,土地利用方式的变化必然影响生态系统的结构和服务功能.中国已采取退耕还林等多种措施来调整土地利用结构,提高生态系统功能.在Constanza生态系统服务价值理论基础上,结合有关中国陆地生态系统单位面积生态服务价值的研究成果,基于RS和GIS手段计算了三峡库区黑沟小流域在模式A(不实行退耕还林)、模式B(>25°坡地退耕还林)、模式C(>15°坡地退耕还林)等3种模式下流域尺度生态系统服务价值的变化.结果表明:与模式A相比,模式B耕地面积减少了20.3%,林地面积增加了66.9%,未利用地面积减少了34.8%,全流域生态服务价值增加了18.3%;模式C耕地面积减少了51.2%,林地面积增加了149.9%,未利用地面积减少了49.3%,全流域生态服务价值增加了38.7%;林地对生态系统服务价值的贡献最大.退耕还林工程的实施,在保护环境、治理水土流失等方面具有显著作用.     

不同管理措施对三峡库区柑橘园土壤养分和径流氮磷流失的影响

综合考虑施肥管理方式和植物配置,本研究设置了常规施肥(CF)、常规施肥+生草覆盖(CF+GC)、常规施肥+生草覆盖+植物篱(CF+GC+PH)、水肥一体化(IWF)、水肥一体化+生草覆盖(IWF+GC)、水肥一体化+生草覆盖+植物篱(IWF+GC+PH)等管理措施,采用野外径流小区法,研究了不同管理措施对三峡库区柑橘园土壤养分及地表径流氮磷养分流失的影响。结果表明：水肥一体化柑橘园较常规施肥柑橘园土壤总氮(TN)和总磷(TP)平均高92.41%和32.45%,且配置生草覆盖和植物篱等可提高土壤总氮比例范围为17.30%~39.10%,但对总磷未见规律性影响。施肥方式以及配置生草覆盖和植物篱对土壤硝态氮(NO₃^—N)未表现出规律性影响,而配置生草覆盖和植物篱措施明显提升了铵态氮(NH₄⁺-N)含量。随着降雨量的增加,各处理地表径流量均呈逐渐增加趋势。相较常规施肥管理,水肥一体化管理可有效降低地表径流量,配置生草覆盖和植物篱措施均可进一步降低地表径流量,且以水肥一体化+生草覆盖+植物篱(IWF +GC+PH)削减地表径流效果最好。水肥一体化柑橘园地表径流中TN和NO₃^--N浓度相对较高,而TP和NH₄⁺-N浓度则相对较低。同时,配置植物措施可降低TN浓度比例为15.88%~37.55%,TP为23.48%~55.54%,NH₄⁺-N为14.11%~39.92%,NO₃^--N为25.34%~47.96%。综上可知,施肥方式、施肥时间、降雨强度、地表植被配置等差异均会影响土壤养分留存以及地表径流氮磷流失,建议未来三峡库区柑橘园管理应加大推广水肥一体化,减少肥料投入量,并配置水保型植物措施以降低养分流失水平。     

神农架巴山冷杉林土壤碳储量特征

国内外学者对土壤有机碳储量及其影响因素进行了大量研究,取得了一定成果(Eswaran et al.,1993;Scottetal.,2002;王绍强等,2000;解宪丽等,2004),但由于土壤有机碳库组成的复杂性和影响因素的多样性,目前国内外对土壤有机碳库的储量、分布等研究仍显不足     

森林土壤有机碳模型评述与应用

土壤有机碳(SOC)库是陆地生物圈中最大的碳库,约占陆地总碳储量2/3,而森林土壤碳占全球土壤碳贮量73%,森林SOC储量及其变化直接影响到了全球的碳平衡。森林土壤碳储量及收支计量多采用模型方法,基于研究文献,对现有主要土壤有机质模型的类型、应用对象及其模拟精度等进行简介,重点分析和比较现在常用模型的应用范围、特征及适用对象,并对模型的模拟面积、模型性能、时空尺度及模拟结果等特征进行评估,以CENTURY模型阐述模型模拟机理、计算法则、影响因素、土壤、气候植被等输入参数的不确定性。     

三峡库区兰陵溪流域森林土壤有机碳、有机质与容重间的回归模型

[目的]建立三峡库区兰陵溪流域森林土壤有机碳、有机质与容重之间的回归模型,完善土壤属性数据库.[方法]利用该流域森林土壤调查数据库,确立土壤有机质(SOM)与有机碳(SOC)间的转换系数,构建土壤容重(BD)与SOM(SOC)含量之间的回归模型,并使用决定系数(R2)、Nash-Sutcliffe效率系数(E)、百分误差(Pe)等统计参量进行检验.[结果]Van Bemmelen转换系数(0.58)不适合该研究区(R2=0.62,E=0.51、Pe=-31.16％),SOC-SOD转换系数应该为0.455(R2=0.85,E=0.86、Pe=-3.0％),不同深度SOC-SOD转换系数并不相同,随土壤深度的增加迅速降低;其他地区构建的BD-SOM(SOC)回归模型不能直接应用于该区域,BD-SOM模型参数优化后可应用于该区域;BD-SOC模型参数优化后,对数多项式模型可以用于该区域.[结论]BD-SOM回归模型模拟值优于BD-SOC模型,建议使用BD-SOM回归模型进行土壤数据库完善.其中效率最高、误差最小的模型为Federer有机密度模型(R2=0.75,E=0.引,Pe=5.4％),可以在该地区推广应用.     

云阳马尾松树轮宽度年表特征研究

利用采自重庆市云阳县马尾松分布上限和下限的树轮样芯材料,分别建立了树轮宽度年表.结果表明:分布上限的马尾松树轮宽度指数变化幅度大于下限,且上限树轮样本的信噪比、样本总体代表性均比下限的高;总体来讲,上限树木的生长对环境的敏感性比下限的高.进一步分析表明:上限马尾松的生长受前一年气温和降水的影响,而下限马尾松的生长只与当年降水量有关,这表明云阳分布在上限的马尾松和分布在下限的马尾松生长与气候因子之间的关系不同;气候因子对分布在上限的马尾松生长的影响存在滞后效应.