基于遗传算法的波长选择方法对土壤有机碳预测模型影响

以黑龙江农田黑土为研究对象,利用遗传算法(GA)波长选择结合偏最小二乘法(PLS)回归建立土壤有机碳(SOC)的预测模型。通过设定以下GA参数:波长选择数量上限k、初始种群大小P及迭代次数N,采用单点优化方式逐一确定各参数。结果表明,在主成份数为7的情况下,当GA的参数取N=300、P=300、k=50时,GA模型最优;模型的校正决定系数R2=0.922、校正均方根误差RMSEC=1.74、交叉检验均方根误差RMSECV=1.80;模型的预测决定系数R2=0.931、预测均方根误差RMSEP=1.84、预测相对误差RPD=3.81。与原始光谱的PLS模型相比,R2由0.900提升至0.922,RPD由3.38提升至3.81。结果表明,通过GA进行波长选择能够优化模型,提升模型稳定性以及预测精确性。     

大气CO2浓度升高和氮肥管理对稻麦轮作系统土壤线虫群落组成的影响

 【目的】揭示大气CO2浓度升高和氮肥管理对地下生态系统的影响。【方法】采用中国稻麦轮作FACE（Free-Air CO2 Enrichment）系统平台，开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对土壤线虫群落组成影响的研究。【结果】在稻麦轮作系统共观察到线虫35属，15个功能团。拟丽突属、真头叶属、丝尾属和潜根属为优势属，其中丝尾属和真头叶属对CO2浓度升高和氮肥管理反应敏感。在CO2浓度升高条件下土壤线虫总数、功能团Fu2和Om4的线虫多度均显著增加，其中Fu2多度在CO2和氮肥的交互影响下变化明显。【结论】CO2浓度升高和氮肥管理改变了土壤腐屑食物网的结构和有机质的分解途径。高氮条件下，CO2浓度升高降低了线虫的通路指数（CI），细菌为主的分解通道在小麦季的FACE（HN）处理中占优势。不同施氮水平对线虫结构指数（SI）产生显著影响，低氮条件下较高的SI值表明土壤环境受到的扰动较小，食物网处于结构化状态。     

不同倒木腐解过程对长白山森林土壤碳氮积累的影响

粗木质残体(CWD)腐解是地上部植物残体养分向土壤输送的关键过程,在一定程度上决定了森林土壤碳氮养分固持效率与强度。本研究选取长白山典型林木的白腐菌(Antrodiella gypsea,Ag)和褐腐菌(Fomitopsis pinicola,Fp)腐解过程为研究对象,以距倒木外缘不同水平距离的3个土壤样品作为供试材料,分析其土壤总有机碳(SOC)及总氮(TN)含量的空间分布与组成特征。结果表明,近倒木处(水平距离0~30 cm),褐腐条件下SOC增量显著低于白腐菌;在远倒木处(水平距离100 cm),前者显著高于后者。就TN增量而言,褐腐条件显著高于白腐。进而表明,褐腐条件较白腐更能有效促进森林土壤碳氮养分的有效固持,从而减少植被残体矿化腐解引起的森林生态系统碳排放。     

模拟氮沉降对内蒙古典型草地土壤pH和电导率的影响

陆地生态系统氮沉降增加可导致土壤酸化,从而可能造成土壤生态系统结构和功能的退化。依托内蒙古典型草地设置的模拟氮沉降试验,研究了连续6年9个氮添梯度(0、1、2、3、5、10、15、20、50 g m~(-2)a~(-1)),2个氮添加频次(一年两次或一月一次)及2种管理方式(封育或刈割)等4种模式对土壤p H和电导率的影响。结果表明,4种模式下氮添加量3 g m~(-2)a~(-1)以下4个处理间的土壤p H无显著差异,在氮添加量为20 g m~(-2)a~(-1)(与我国粮食作物年施氮量接近)时,土壤p H分别比对照平均降低了1.1~1.9个单位;封育一年两次添加氮素在添加量5 g m~(-2)a~(-1)以上时土壤p H显著下降,而封育每月一次添加氮素在添加量20 g m~(-2)a~(-1)以上时,土壤p H才出现显著下降的现象。4种模式下土壤p H与土壤阳离子交换量及土壤交换性钙呈极显著正相关,说明高量氮添加促进了土壤中盐基离子的耗竭。高量氮添加(50 g m~(-2)a~(-1))显著增加了土壤EC值;除封育每月一次添加氮素处理外,氮添加10 g m~(-2)a~(-1)以下各处理间的土壤电导率(EC)无显著差异;土壤EC值与土壤硝态氮含量呈极显著正相关。研究结果将为我国北方半干旱草地土壤酸化的量化表征及氮素管理提供数据支撑。     

科尔沁草甸草地土壤呼吸特征

在2010年,利用便携式CO2分析仪(Li-6400)对科尔沁草甸草地生态系统土壤呼吸进行测定,并根据同步观测的温度数据建立了土壤呼吸与土壤温度的关系模型.结果表明:土壤呼吸速率日变化表现为单峰型,最高值出现在下午14:00左右,最低值出现在凌晨;季节变化为夏季最大,为6.70～15.29 μmol·m-2·s-1,冬季最小,为0.02～3.21 μmol·m-2·s-1;土壤呼吸速率与土壤5cm温度呈显著指数相关,土壤温度能反映该草甸草地土壤呼吸的78.7％,Q10值为2.88;根呼吸约占土壤总呼吸的6.6％～29.4％,平均值为18.9％.     

"天然林保护工程"对大兴安岭呼中森林的中长期影响

运用森林景观模型LANDIS模拟"天然林保护工程"对大兴安岭呼中林业局潜在可获取木材、树种组成、年龄结构和景观格局的影响。结果表明:模拟100年后研究区森林潜在可采伐面积比例由10.7%增加到14.2%;伐后树种分布总面积几乎无变化,但兴安落叶松的分布面积降低了12%,白桦的分布面积增加了6.4%,云杉、樟子松、偃松、山杨、甜杨和钻天柳6个树种的变化均较小;与模拟初始相比,林分年龄结构也有很大改变,中幼龄林(林龄≤100年)的分布面积比例降低了10%,成熟林(101~140年)的分布面积降低了24%,过熟林和老龄林(林龄≥180年)的分布面积增加了33%;景观格局的聚集度降低,多样性增加。     

林火烈度的量化指标构建

基于野外样点实测数据,根据火烧迹地各组分生物量,构建了火烧烈度的量化指标:火烧烈度指数(Fire Severity Index,FSI)。依据构建的FSI,对过火林分的火烧烈度进行了量化分级,并通过野外记录的综合火烧指数(Composite Burn Index,CBI),对FSI进行验证分析。结果表明:FSI能够直接量化火烧烈度严重性,可准确地揭示不同火烧烈度对林分生物量和碳储量的影响程度。     

樟子松幼苗水力结构参数和生长特征对模拟降水梯度的响应

水分是影响樟子松生长和存活的关键因素,为弄清樟子松幼苗对水分胁迫的响应过程,采用人工控制降水处理方法 (105%年均降水量：500 mm,无干旱; 74%年均降水量: 350 mm,轻度干旱;42%年均降水量: 200 mm,干旱),监测了2 a生樟子松幼苗水力结构和生长特征对降水处理的响应。结果表明：随着降水量减少,幼苗水分饱和亏缺没有发生显著变化;轻度干旱下幼苗组织密度显著增加,干旱下幼苗失水系数显著降低;表明樟子松幼苗的保水、抗旱能力随干旱胁迫程度增强而增加。干旱胁迫显著降低了株高、基径和各器官生物量的增加量,轻度干旱胁迫下幼苗根重比和根冠比显著增加,表明轻度干旱胁迫改变了生物量分配格局,促使幼苗向有利于水分维持方向的发展策略;与轻度干旱相比,干旱胁迫下幼苗生物量分配策略并没有发生明显变化。樟子松幼苗可以通过改变水力结构特征和生物量分配策略来适应轻度干旱;而在干旱下幼苗仅改变水力结构特征,不利于其在干旱环境下生存。     

东北地区主要树种的分布与Thornthwaite指标的关系

根据树种的分布资料和气象资料,采用桑斯威特(Thornthwaite)方法计算东北地区50种主要树种的潜在可能蒸散(PE)和湿润指数(IM),利用半峰宽法计算热量指数PE的最适范围,并构建Thornthwaite气候指标与树种分布的地理三维要素(纬度、经度和海拔高度)的回归模型,分析东北地区主要树种水热分布规律。综合潜在可能蒸散(PE)和湿润指数(IM)两个气候指标,将东北地区主要树种划分为寒温湿润型,寒温潮湿型,中温耐旱型,中温湿润型,中温潮湿型,暖温耐旱型、暖温湿润型和暖温潮湿型等8个水热指标类群,并论述了东北地区主要树种的水热分布格局。     

鹰嘴界常绿阔叶林不同演替阶段土壤微生物的生物量与活性

【目的】研究常绿阔叶林恢复演替过程对土壤微生物量碳、氮及微生物活性的影响。【方法】从湖南鹰嘴界代表常绿阔叶林不同演替阶段的马尾松林(PF)、针阔混交林(MF)、常绿阔叶林(BF)样地上、中、下坡挖取土壤剖面,按0~10和10~20cm分层采集土壤样品,测定土壤微生物生物量碳(Cmic)、氮(Nmic)及土壤基础呼吸、土壤有机碳(SOC)和全氮(TN),以分析常绿阔叶林不同演替阶段的土壤微生物量碳、氮及微生物活性。【结果】随着常绿阔叶林演替递进,0~10cm土层土壤SOC由20.29g/kg增至41.96g/kg,TN由1.18g/kg增至2.33g/kg,Cmic由448.62mg/kg增至1 021.95mg/kg,Nmic由35.21mg/kg增至109.62mg/kg,土壤基础呼吸由1.12mg/(kg·h)增加到1.36mg/(kg·h),代谢熵(qCO2)由2.51mg/(g·h)降低到1.33mg/(g·h)。由相关分析可知,Cmic、Nmic均与SOC和TN显著正相关;微生物熵(Cmic/SOC)在PF中最低,MF中次之,BF中最高,且与SOC、TN存在显著的负相关性,与Cmic、土壤微生物量碳氮比存在显著正相关;土壤基础呼吸与SOC、TN和Cmic存在显著的正相关性;代谢熵与SOC、Cmic、Nmic有极显著负相关关系。【结论】研究区内植被演替可使土壤微生物生物量增加、土壤肥力改善。凋落物输入质量的改善、土壤肥力的提高,是中亚热带常绿阔叶林微生物量碳、氮和微生物熵随演替进程逐渐增大的主要原因。通过封山育林、择伐等经营措施,可以促进针叶林向常绿阔叶林递进和森林土壤肥力恢复。