土壤有机碳时空变化研究进展与展望

土壤有机碳不但是土壤肥力形成、粮食生产和土壤健康的基础,而且在全球碳平衡中起着关键的作用,因此,明晰土壤有机碳时空变化规律对于保障土壤健康和粮食安全、发挥土壤生态系统服务功能和应对气候变化等均具有重要意义。本文首先介绍了土壤有机碳时空变化的主要驱动因素和估算方法,随后分析了全球及国家等相对较大尺度上土壤有机碳时空变化研究的主要进展,最后从土壤有机碳模型结构改进、驱动数据分辨率提升、不确定性量化评估等方面综合分析了未来土壤有机碳时空变化研究需亟待解决的重要科学问题。     

不同方法预测苏南农田土壤有机质空间分布对比研究

准确把握土壤有机质(SOM)的空间分布规律对于土壤资源的高效持续利用具有重要意义。以江苏南部为研究区,以辅助因子与SOM的相关性强弱及辅助因子的可获取性为切入点,运用普通克里格(OK)、回归克里格(RK)和随机森林(RF)方法,结合地形、气候、土壤类型、土壤理化性质和施肥、碳投入等辅助数据预测了苏南地区农田SOM含量(0~20 cm)的空间分布。结果表明,三种方法预测的SOM空间分布总体趋势相似,表现为东高西低,但局部分异还存在差异;OK预测的精度最低,100次预测的均方根误差(RMSE)均值为6.97 g·kg~(-1)。RK和RF的预测精度则均高于OK方法,表现为整合与SOM相关性最强的辅助因子全氮(TN)时,RK和RF预测的RMSE分别降低至5.25 g·kg~(-1)和4.97 g·kg~(-1),而移除相关性最强的辅助因子TN后,RK和RF预测的RMSE亦较OK方法低,分别为6.21 g·kg~(-1)和6.29 g·kg~(-1);移除TN后,RK的预测精度稍高于RF,表明在其他辅助数据与SOM相关性相对较弱的条件下,RK方法有助于提高本研究区SOM预测精度;同时,尽管RK和RF的预测精度依然较OK高,但RK和RF对SOM方差的解释度则分别由51%和55%降低至了29%和28%。这表明,目前容易获取且相对廉价的辅助数据,对本研究区的SOM空间预测方面,还面临着数据质量低、预测精度不足等问题。     

场地土壤污染信息三维空间插值研究进展及展望

高分辨率、高精度的土壤污染物三维（3D）空间分布信息对于场地污染风险评估、场地修复及精准管控具有重要意义。本文首先介绍了场地污染物空间分布的特点及主要影响因素,系统总结了场地常用的3D空间插值方法及其主要进展,并基于空间变异性表达、辅助信息整合和不确定性评估三个方面分析了现有场地污染3D插值方法存在的问题,最后,针对钻孔布设方案设计、辅助信息获取、空间插值模型开发和插值技术流程的规范化提出了研究建议和展望。     

参数优化方法对微生物模型预测土壤有机碳时空演变的影响

准确把握土壤有机碳（SOC）的时空演变规律对于土壤资源的高效持续利用、发挥土壤生态系统服务功能，以及应对气候变化等均具有重要意义。以江苏省南部为研究区，以明确表达微生物分解作用的微生物模型MIMICS为对象，以模型参数敏感性分析为切入点，分析了不同参数优化方法对MIMICS模型预测苏南农田表层（0 ~ 20 cm）SOC时空演变动态的影响。结果表明，批处理和点对点两种参数优化方法下，MIMICS模型均能较好地模拟1980─2015年苏南农田表层SOC密度先增加后减少的总体趋势；采用考虑模型参数空间异质性的点对点参数优化方法时，MIMICS模型预测精度最高，其预测误差（RMSE）较采用默认参数值时分别降低22.2%（2000年独立验证）和14.7%（2015年独立验证），但2015年SOC密度预测精度依然偏低（R2 = 0.13，RMSE = 1.22 kg?m–2）。上述结果表明进一步改进微生物模型的结构、提高模型输入数据的精度及分辨率，将是微生物模型建模区域尺度SOC时空动态所面临的重要挑战。     

长江三角洲典型城市农田土壤重金属累积特征与来源

研究农田土壤重金属累积特征和来源对科学管理、安全利用土壤资源具有重要意义。通过野外采样与实验室分析研究了长江三角洲典型城市农田土壤重金属(Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu)含量、累积状况,识别了农田土壤重金属来源。结果表明:(1)六种土壤重金属的累积程度按照由重到轻的顺序为:Hg>Cd>Cu>As>Pb>Cr;(2)以《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准》(GB 15618-2018)为参考,土壤中Cu、Cd和Hg超过风险筛选值的比例分别为2.13%、1.06%和0.53%,As、Pb和Cr未超过风险筛选值;利用地累积指数法进行土壤重金属污染评价发现,Cd和Hg的污染较其他四种元素严重,其污染比例分别为12.83%和21.28%;(3)地理探测器分析表明,化肥和农药的使用量以及工业总产值均能解释六种重金属的空间分异,其他环境因子能解释某些特定重金属的空间分异;(4)研究区土壤中As和Cr的主要来源为农业源和工业源;Cd和Hg的来源除了农业源与工业源外,还有土壤母质;Cu来源与研究区农业活动、畜禽养殖活动以及工业活动有关,Pb主要来源于农业源、工业源和交通源。总之,研究的六种重金属存在不同的累积趋势,农业和工业活动是研究区土壤重金属累积的主要原因。研究区交通、社会活动等对土壤重金属累积的影响还需进一步研究与讨论。