小流域土壤有机碳含量的空间变异特征研究——以内蒙古赤峰市黄花甸子流域为例

选择内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学和ArcGIS空间分析工具相结合的方法研究流域内土壤有机碳含量的空间变异特征以及地形因子对其的影响,旨在为半干旱区土壤碳库的研究提供参考。结果表明:研究区表层（0—20 cm）与全剖面（0—100 cm）土壤有机碳平均含量分别为7.54 g/kg和6.19 g/kg,二者块金基台比均较小,为22.77%～28.36%,说明流域土壤有机碳的空间变异主要是由结构性因素引起的,随机因素对其变异影响较小。地形因子对土壤有机碳的影响表现为:土壤有机碳含量随坡度的增加而降低;不同坡向土壤有机碳含量由高到低呈现出阴坡 > 半阴坡 > 半阳坡 > 阳坡的明显分布规律;土壤有机碳含量随海拔增加呈现先增加后降低的抛物线走势。     

黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。     

川中典型紫色丘陵区表层土壤有机碳密度空间变异及影响因素

根据94个样点表层(0-20cm)土壤有机碳分析化验数据,运用地统计学方法研究川中典型紫色丘陵区清流河流域土壤有机碳密度的空间变异特征及其影响因素,结果表明,该区域表层土壤有机碳密度在4.60~59.59kg/m2之间,平均值为20.58kg/m2,变异系数为52.32%,属于中等变异强度;土壤有机碳密度总体分布呈团状或条带状分布,其中高值区(28.70kg/m2)主要位于研究区东部的大清河下游,并以此为中心,向北、西和南3个方向呈辐射状逐步降低;低值区(17.20kg/m2)主要分布在南部、西部和北部;研究区中部土壤有机碳密度多介于17.20~25.80g/m2。研究区域土壤有机碳密度与土壤母质、地形、土地利用方式、排灌方式和土壤质地等因素密切相关,在不同土壤母质、地形、土地利用方式、灌溉方式和土壤质地下土壤有机碳密度差异达极显著或显著水平。     

喀斯特小流域土壤有机碳密度及碳储量空间分布异质性

为阐明喀斯特小流域土壤有机碳密度分布特征及有机碳储量空间分布格局,采用野外布点采样、实验室测定和地统计学分析相结合的方法,利用2 755个详细调查的剖面样地和23 536个土壤样品,定量研究了喀斯特小流域土壤有机碳密度、碳储量的空间异质性及分布特征。结果表明:后寨河小流域表层(0—20cm)土壤有机碳含量和密度的平均值为分别为25.07g/kg和5.23kg/m~2,剖面土壤(0—100cm)土壤有机碳含量和有机碳密度分别为20.71g/kg和10.21kg/m~2,两层土壤有机碳含量和密度均属于中等变异强度。10cm土层深度有机碳储量为1.48×10~8 kg,20cm土层深度有机碳储量为2.65×10~8 kg,30cm土层深度土壤有机碳储量3.43×10~8 kg,100cm土层深度有机碳储量5.39×10~8 kg。各层土壤有机碳储量的块金值C_0随着土层深度的增加而增加,而0—100cm的块金值C_0最大。4种土层深度土壤有机碳储量呈现为中部低,四周高,南部最低的趋势。海拔、坡度、岩石裸露率和石砾含量是影响喀斯特小流域土壤有机碳储量空间异质性的主导因子。     

基于GIS技术的土地利用变化对表层土壤有机碳储量的影响——以富锦市为例

采用地统计学和GIS相结合的方法,利用1980年和2010年富锦市土壤有机碳数据,研究土地利用变化对表层（0—30 cm）土壤有机碳储量和空间分布的影响。研究结果表明:富锦市土壤有机碳库（0—30 cm）在1980—2010年期间呈现降低趋势,1980年富锦市土壤有机碳库为107.12 Tg C,2010年富锦市土壤有机碳库为94.39 Tg C,三十年间减少了13.49%。研究区土地利用变化主要表现为分布在中部和西南部的沼泽湿地、旱地和草地减少。而分布在北部地区水田、林地和水体的面积均有所增加。两期不同土地覆被类型土壤有机碳密度大小顺序为沼泽湿地 > 林地 > 草地 > 水田 > 旱地。沼泽湿地开垦和旱地改水田是影响富锦市土壤有机碳储量时空变化的主要因素。     

杭州湾南岸土壤有机碳空间异质性研究

应用地统计学与地理信息系统相结合的方法,研究了杭州湾南岸慈溪市域内不同土层(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、0～100 cm)的土壤有机碳含量空间变异特征。结果表明:研究区各土层土壤有机碳平均含量变化范围为3.49～7.95 g kg-1,变异系数介于54.51%～67.34%之间,属中等程度变异;地统计分析得出块金效应变化范围为0.141～0.372,表现为较强空间自相关性;自表层至底层最优半方差模型依次为高斯、指数、指数、高斯和球状模型;Kriging插值结果显示各土层土壤有机碳含量自滩涂向内陆呈递增趋势,其中0～20 cm土层土壤有机碳含量呈平行于海岸线的带状分布;土壤有机碳含量随剖面深度增加呈递减规律;不同土地利用方式和不同围垦时期均增加了土壤有机碳的空间变异性。从研究结果看,慈溪市土壤有机碳空间异质性主要由结构性因素引起,研究结果可为了解杭州湾南岸土壤有机碳分布特征提供参考。     

江苏沿海典型滩涂围垦区土壤有机碳时空异质性

应用地统计学方法研究了如东县4个滩涂围垦区以及光滩不同土层(0～10、10～20、20～30、30～40、40～60 cm)剖面土壤有机碳含量时空变异特征。结果表明:土壤有机碳含量随着围垦时间的增加呈上升趋势;Kriging插值结果显示各层土壤有机碳含量均呈现自沿海向内陆增加的趋势,并且不同土层呈现出不同的局部效应,随着剖面深度的增加有机碳含量下降;不同深度土壤有机碳含量的主控因素不同,表层土壤有机碳比深层土壤有机碳更多地受地表活动控制;从不同的土地利用方式来看,土壤有机碳含量呈现出耕地大于养殖水体;研究区土壤有机碳含量同土壤细颗粒特别是粒径在0.002～0.02 mm范围内的粉粒含量呈显著正相关关系,同土壤pH及总盐呈负相关关系。研究结果表明围垦加剧了土壤有机碳的时空异质性,对于后续指导滩涂合理有序的开发利用具有重要意义。     

锡林河流域土壤有机碳空间变异分析

为了探索锡林河流域土壤有机碳的空间变异规律,基于半方差函数理论和普通克里格插值研究了0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm土壤有机碳变异特征及分布格局。结果表明,（1）0-10 cm,20-30 cm,40-50 cm层土壤有机碳的最优拟合模型依次是高斯模型、高斯模型、指数模型。（2）随着土层深度的增加,土壤有机碳空间分布相关性增强,0-10 cm层土壤有机碳存在中等空间分布相关性,20-30 cm与40-50 cm层土壤有机碳具有强烈的空间分布相关性,自相关距离分别为25.81 km,20.26 km,45.00 km。（3）各向异性分析表明:各方向土壤有机碳变异程度随着土层深度增加而减弱,同层不同方向半方差变化明显,各向异性显著,不同层西南-东北45°方向以及东南-西北135°方向半方差变化最为明显,而各层45°方向变异程度却表现出相似性。（4）各层土壤有机碳分布具有一致性,流域南部边缘到东部以及东北部为土壤有机碳含量较高区域,北部、西北部以及上游的中南部是全流域土壤有机碳含量最低的区域,西部以及西南部土壤有机碳含量处于相对中等水平,流域地形与植被分布特征决定了土壤有机碳这种分布特点。     

陕西省土壤有机碳密度空间分布及储量估算

土壤有机碳是反映土壤质量以及土壤缓冲能力的一个重要指标,对于温室效应与全球气候变化具有重要的控制作用。研究以陕西省第二次土壤普查数据为主要资料,结合多年的相关研究数据,对陕西省土壤碳密度及储量进行估算,并分析了陕西省土壤有机碳密度的空间分布特征。结果表明:榆林、延安地区北部以及商洛等地区分布的风沙土、黄绵土、石质土等土壤有机碳密度最小,小于4 kg m-2;陕西南部地区的土壤有机碳密度主要在4~9 kg m-2之间;咸阳地区及渭南地区土壤有机碳密度也较高,主要在9~12 kg m-2之间;关中地区渭河及其两岸、秦岭部分山区土壤有机碳密度最大,最高达30 kg m-2以上;陕西省平均土壤有机碳密度为6.87 kg m-2,在全省的22个土壤类型中,有13个土壤有机碳密度低于全国平均水平,占全省土壤总面积的77.42%,全省土壤有机碳储量约为1.41×1012kg。本研究为我国土壤碳库和碳平衡的研究提供基础数据。     

下辽河平原区农田土壤有机碳含量时空变异研究

以1980年第二次土壤普查数据和2010年下辽河平原区耕地地力评价数据为基础,采用GIS空间分析的方法,对该地区耕地土壤有机碳的含量随时间和空间的变化特征进行分析和研究。分析结果表明,上世纪80年代,下辽河平原耕地土壤有机碳分布的差异越来越小,该地区耕地土壤中有机碳的整体呈减少的趋势。农田土壤有机碳含量空间分布总体而言呈现东高西低、南高北低的趋势。从土壤有机碳含量空间分布的变化看,下辽河平原区农田土壤有机碳含量呈南部增加、北部降低的趋势。30年来,在人类活动的干预下,土壤有机碳含量分布相同的趋势在慢慢减小,小范围内的变化非常明显并且变化幅度较大,整个地区的含量分布变得错综复杂。     

区域绿洲农田土壤有机碳分布及其影响因子研究

以干旱区典型绿洲农田区——玛纳斯县中部农田为研究区,以土壤有机碳为研究对象,结合野外土壤调查及实验室分析数据研究了土壤有机碳的垂直分布特征,并分析土壤质地、地形、土地利用、作物类型等不同因子对农田土壤有机碳的影响。结果表明:玛纳斯县中部农田土壤有机碳是自然环境综合因素的结果,土壤有机碳含量随着土壤深度的增加不断减小;不同土壤质地土壤有机碳含量的特征为:粘壤土粉壤土沙壤土;不同地形因子中坡向与农田0~30、30~60 cm层的土壤有机碳含量呈显著正相关,海拔与农田60~100 cm层的土壤有机碳含量呈显著正相关;不同土地利用方式下土壤有机碳含量有较大差异,果园的土壤有机碳含量最高,荒地的土壤有机碳含量最低;不同作物类型土壤有机碳含量特征为:玉米地酒葡萄地棉花地,且差异显著。     

渭北苹果园土壤有机碳库变异特征

土壤碳库是陆地生态系统中最大且最活跃的碳库之一,是全球碳循环的核心内容.土壤有机碳的固定和矿化不仅对全球大气CO2浓度起着重要的调节作用[1],而且影响着土壤肥力及作物产量[2-3],指示着植被演替的结果和演化的趋势,倍受学术界广泛关注.     

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。     

长白山东部4种林分类型土壤有机碳及养分特征研究

以长白山东部长白落叶松天然林、长白落叶松人工林、天然阔叶混交林、天然针阔混交林4种林分类型为研究对象,对比分析了土壤有机碳(SOC)的垂直分布特征,以及与土壤理化性质的相关性.结果表明,4种林分下土壤有机碳含量及其差异程度随土壤深度增加均呈现逐渐减小的趋势.0-60 cm土层土壤有机碳含量大小依次为天然针阔混交林(33.64士17.48 g/kg)＞长白落叶松天然林(25.30±15.09 g/kg)＞天然阔叶混交林(22.13±13.74 g/kg)＞长白落叶松人工林(19.23±12.35 g/kg);天然针阔混交林0-60 cm土壤有机碳密度为21.44±8.31 kg/m2,显著高于其他3种林分类型,长白落叶松人工林最小,为14.29±1.59 kg/m2.对不同土层土壤有机碳和土壤理化性质进行相关分析,结果表明,整个土壤剖面有机碳含量与自然含水率、全N、全P、全K、速效K均呈极显著或显著正相关,与土壤密度呈极显著负相关;不同林分类型土壤有机碳含量和碳密度与全N均呈显著或极显著正相关,与土壤理化性质相关性存在较大差异.     

秸秆颗粒化高量还田快速提高土壤有机碳含量及小麦玉米产量

针对黄淮海地区秸秆还田难度大不利于土壤快速培肥的问题,探讨秸秆颗粒化高量还田快速提高土壤有机碳的可行性。采用2a的田间定位试验,设置秸秆不还田(CK)、秸秆颗粒12 000 kg/hm~2(KL1)、秸秆颗粒36 000 kg/hm~2(KL3)、粉碎秸秆12 000 kg/hm~2(FS1)、粉碎秸秆36 000 kg/hm~2(FS3)5种用量30～40 cm还田处理,研究了颗粒化秸秆高、低量还田对土壤有机碳、养分元素比例平衡以及小麦-玉米产量的影响。结果表明,秸秆还田2a内对20～40、40～60 cm土层有机碳含量影响显著,其中FS1提升幅度最低,分别为7.2%(20～40cm)、5.9%(40～60cm),KL3提升幅度最高,分别为12.3%(20～40 cm)、11.1%(40～60 cm)。与粉碎还田相比,秸秆颗粒化还田能在还田1a显著提高土壤有机碳含量,KL3较FS320～40、40～60 cm土壤有机碳分别提高1.7%、1.3%,KL1较FS120～40、40～60 cm分别提高0.8%、0.7%。另外,高量还田具有大幅提高有机碳的优势,FS3较FS1分别提高20～40 cm土壤有机碳1.7%～3.9%、40～60 cm土层有机碳0.7%～3.8%,KL3较KL1分别提高20～40 cm有机碳2.4%～4.7%、40～60 cm土层1.3%～5.1%。秸秆颗粒高量还田(KL3)在各生长季均具有较高的有机碳累积速率,且总体均值最高。秸秆颗粒化高量还田能在一定程度上提高土壤碳氮比(RCN)、碳磷比(RCP)、碳钾比(RCK),促使土壤养分比向高肥力方向转化。该试验中秸秆颗粒化高量还田连续4个生长季增产4.57%、11.40%、10.87%、8.87%,增产效果显著。综上可见,秸秆颗粒36000kg/hm~2深埋还田最有利于黄淮海地区土壤有机碳的提高,在解决土壤"碳饥饿"等问题、保障农业可持续发展上具有重要意义。     

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。     

黄土丘陵区不同种植类型梯田2 m土层有机碳的分布特征

为了明确黄土丘陵区梯田种植类型对0—200cm有机碳垂直分布的影响,以甘肃庄浪县堡子沟流域玉米、小麦、土豆、苹果和间作(苹果+土豆)5种典型种植类型梯田的土壤为研究对象,分析土壤有机碳含量、储量在0—200cm的垂直分布特征及影响因素,探讨种植类型对0—200cm土层有机碳分布稳定性的影响。结果表明:(1)5种种植类型梯田的0—200cm土层中,有机碳含量平均为3.33~4.86g/kg,储量平均为8.0~11.69t/hm~2;含量和储量均在间作和苹果地显著高于玉米地、小麦地(P0.05);各样地有机碳含量均表现出明显的层次性,0—20cm显著高于其他各层(P0.05),20cm以下的各层中的变异较小,有机碳储量的垂直分布特征与含量相同,且层次间差异更为显著。(2)土壤有机碳分配比例在0—20cm为17.57%,20—100cm为41.21%,100—200cm为41.22%,种植类型对0—200cm土层有机碳分布稳定性影响较小。有机碳分层比例SR(0—20cm/20—40cm)为1.51~1.78,SR(0—20cm/40—60cm)为1.78~2.02,表明土壤正向发育熟化,土壤质量明显提高。(3)水分能够影响有机碳垂直分布,种植类型对土壤有机碳的深层分布和固存有一定影响,苹果园的发展有利于梯田土壤有机碳的提高。     

不同地形条件下青藏高原农田土壤有机碳的分布特征

西北高寒地区农田土壤有机碳（SOC）储量的变化研究,可为东部农田SOC对气候和管理措施的响应提供预警信息。针对西部高原县域尺度上典型的地貌类型和土壤类型,对其耕层和剖面SOC进行了分析。结果表明, 青海省乐都县农田耕层（020 cm）SOC的变化范围为4.38 g/kg~20.81 g/kg,均值为11.29 g/kg,且不同土壤类型上表现出黑钙土（16.15 g/kg）＞栗钙土（10.53 g/kg）＞灰钙土（9.50 g/kg）的趋势。地形对耕层（020 cm）SOC含量没有显著影响,但深层（20100 cm）SOC因地形存在显著差异,在峁坡上,黑钙土、 栗钙土和灰钙土的深层（20100 cm）SOC分别比同种土壤类型的谷底深层土壤提高了111.5%、 62.5%和66.3%。农田SOC的垂直分布也因地形存在差异,同一种土壤类型在谷底其耕层（020 cm）SOC含量均比深层（20100 cm）高,峁坡上其深层（20100 cm）比耕层（020 cm）高,黑钙土、 栗钙土和灰钙土在谷底其耕层（020 cm）SOC含量分别比同一土壤类型的深层（20100 cm）土壤提高18.7%、 24.3%和153.5%,黑钙土、 栗钙土和灰钙土在峁坡上其深层（20100 cm）SOC含量分别比同一土壤类型耕层（020 cm）提高46.9%、 8.0%和1.0%。这一结果可为准确估算青藏高原农田SOC的变化提供参考。     

子午岭林区不同植被恢复阶段土壤有机碳变化研究

研究了子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳含量、团聚体有机碳分布以及不同粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率。研究结果表明,0—100 cm剖面上有机碳含量加权平均值随植被恢复年限逐渐升高,坡耕地0—100 cm土层土壤有机碳加权平均值为3.54 g/kg,弃耕地、草地、灌木和乔木阶段分别比坡耕地提高6.8%,36.6%,41.5%和73.6%;0—20 cm土层土壤有机碳含量随植被恢复的提高幅度明显高于20 cm以下土层;0—5和5—10 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量随植被恢复年限逐渐增加,并有向大粒级（〉2 mm）团聚体中富集的趋势,10—20 cm土层土壤团聚体有机碳含量随植被恢复变化不明显;弃耕地、草地、灌木和乔木阶段0—20 cm土层〉5,5～2和2～1 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于坡耕地,说明植被恢复0—20 cm土层土壤增加的有机碳更多地固定在〉1 mm粒级团聚体中。     

陇东黄土丘陵区坡改梯田土壤有机碳累积动态

采用时空互代法,以不同年限坡改梯田为研究对象,分析了陇东黄土丘陵区梯田土壤有机碳（SOC）的时空分布特征。结果表明,1）陇东黄土丘陵区黄绵土在坡改梯后近50 a内,农田060 cm土层土壤有机碳处于持续累积状态,2040 cm与4060 cm土层SOC较坡耕地的增幅分别为54.6%和52.4%,大于表层增幅 （33.7%）（P0.05）;各土层SOC随梯田年限的变化趋势基本一致,在修建初期（0~8 a）累积较快并超过坡耕地SOC水平（P0.01）,24 a 后有了显著提高（P0.05）,后期SOC累积变化不显著。2）不同土壤类型及地形下SOC含量及累积速率有所差异,020 cm 土层的SOC在黄绵土中累积最为明显,2040 cm与4060 cm 两个土层SOC在红粘土中的累积量最为显著（P0.05）;阴坡表层SOC大于阳坡,梯田修建25 a 后阴坡平均SOC较阳坡高22.1%。3）梯田土壤有机碳的时空变异受土壤类型的影响最大,其贡献率达62.0%,海拔和坡向影响次之,两者可解释20.4%的有机碳的变异;梯田年限和施用有机肥可分别解释11.7%和5.8%的变异。陇东黄土丘陵区坡改梯田土壤在当前经营状况下表现出较弱的碳汇效应。