不同尺度土壤有机碳空间分布特征研究综述

土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳库。本文从土壤团聚体、土壤剖面、区域及全球尺度上对土壤有机碳分布特征进行了综合论述。土壤新增加的有机碳主要是被固定在0.01mm的团聚体中,农业管理实践影响到有机碳在土壤中的分布格局;中国大陆土壤有机碳储量大约介于80~100Gt之间,土壤有机碳分布具有高度的空间变异性,受气候、植被和土壤类型影响,区域差异明显,其总趋势是东南区大于西北干旱区;而全球土壤有机碳分布特征存在很大争议,主要是碳源/汇的大小和位置存在不确定性。     

福建省表层土壤有机碳密度空间分布及影响因素分析

为准确估算福建省表层土壤有机碳密度,确定其空间分布和影响因素,基于2016—2019年采集的4 350个表层土壤样本,利用地统计学方法与ArcGIS技术分析土壤有机碳密度空间分布,并通过随机森林模型分析影响土壤有机碳密度的重要因素。结果表明：福建省表层土壤有机碳密度范围为0.03~14.68 kg·m^-2,平均值为4.06 kg·m^-2。全省表层土壤有机碳密度在空间上聚集分布,具有中等程度空间自相关性,空间变异主要由结构性因素主导,呈现自南向北、从沿海向内陆山地逐渐升高的空间分布格局。降雨量、海拔、土壤质地和土壤pH是影响有机碳储量的主要因素,地貌类型、土壤类型和作物类型影响相对较弱,且随着化肥（磷肥和钾肥）施用量的增加,表层土壤有机碳密度显著降低。研究表明,福建省表层土壤有机碳密度不高,空间分布聚集,自然气候变化、地形因子和人类活动都会影响土壤有机碳密度,其中降雨量、海拔、土壤质地和土壤pH为主导因素。     

西双版纳橡胶林土壤有机碳分布特征研究

针对西双版纳勐腊县境内不同林龄橡胶林的土壤有机碳含量,分析其在时间和空间尺度上的分布情况。结果表明：10、20、30 a橡胶林土壤有机碳含量分别为9.51～10.88、7.36～7.88、8.78～9.31 g.kg-1,各林龄有机碳储量10 a＞30 a＞20 a。橡胶林土壤有机碳含量均随土壤深度的增加而降低,10 a龄橡胶林在0-45 cm土层中的土壤有机碳含量随深度变化差异显著,其他2个林龄橡胶林土壤有机碳含量在各土层间差异不显著。不同林龄橡胶林土壤有机碳含量在同一土层中差异显著,但均主要分布于0-30 cm土层中,特别是0-15 cm土层。不同林龄土壤有机碳总储量为47.50～66.41 t·hm-2,其在不同土层间以及不同林龄间的变化趋势与土壤有机碳含量变化趋势相近。将西双版纳与海南儋州橡胶林土壤有机碳分布特征进行对比,前者各个林龄橡胶林土壤有机碳总量均大于后者,但后者橡胶林土壤有机碳随深度增加的变异趋势比前者更明显。     

六盘山林区土壤有机碳分布特征

以六盘山林区针叶林和阔叶林为研究对象,测定其土壤和团聚体有机碳含量并计算有机碳密度,分析了有机碳含量和有机碳密度与林型、海拔关系以及总有机碳与团聚体有机碳之间的关系。结果表明:六盘山林区土壤有机碳含量和有机碳密度均随土层深度的增加而减少,且土壤有机碳主要储存于大团聚体中。研究区土壤有机碳分布不受林型影响,但与海拔有关。这些结果表明研究区林地土壤有机碳估算需要考虑大团聚体有机碳和海拔因子。     

不同垦殖方式下果园土壤有机碳的空间分布特征

以福建尤溪玉池果园水土流失定位观测点为平台,研究了不同果园垦殖方式对土壤有机碳分布的影响.结果表明,不同垦殖方式下果园土壤有机碳在小生境分布和坡面再分布两个尺度上呈现出不同的分布特征,水平方向上,清耕果园土壤有机碳含量呈沿树干向外减少的分布规律,而生草果园土壤有机碳含量水平变化不明显;垂直方向上,果园土壤有机碳含量随土层加深而逐渐减少;坡面再分布上,清耕果园表现为下坡位＞中坡位＞上坡位,生草果园为中坡位＞下坡位＞上坡位.生草垦殖模式降低了果园土壤有机碳的水平分异,但促进果园土壤有机碳的垂直分异.在以上结果的基础上,提出了小生境混合取样的果园土壤采样方法.     

杭州湾南岸围垦区土壤有机碳空间分布 特征及其影响因素

在杭州湾南岸慈溪围垦区采集不同围垦年代的土壤样品,研究围垦区土壤表层有机碳空间分布规律及其影响因素。结果表明：围垦区不同年代土壤表层有机碳含量为041～1045 g·kg-1,平均含量为4515 g·kg-1;随着围垦时间延长,土壤表层有机碳含量表现出增加的趋势;土壤中全氮含量及碳氮比与有机质含量呈现出显著的相关性（P<001）。围垦年限和土地利用方式对土壤表层有机碳含量具有显著影响,并且存在显著的交互作用。     

不同充填复垦方式下土壤有机碳的空间分布特征

以济宁煤矿复垦区为研究对象,研究不同充填材料对土壤有机碳(SOC)和土壤有机碳密度(SOCD)空间分布的影响。通过对黄河沙(M1)、湖泥(M2)、矸石(M3)、煤灰(M4)和客土(M5)等充填材料的复垦地进行分层采样和室内化验分析,找出影响充填复垦土壤的SOC及SOCD分布的因素。研究表明:(1)5种复垦土壤的SOC含量在4.19?11.29 g·kg-1之间,SOCD在3.41?10.09 kg·m-2之间。与对照耕地相比,五种复垦土壤的SOC含量均显著偏低(P0.05)。除M2b和M5的SOCD大于或等于对照耕地的SOCD外,其他复垦土壤的SOCD均小于各自对照耕地的SOCD;(2)复垦土壤的SOC和SOCD在表层集聚,随着土层深度增加,除了M4b,其余复垦土壤的SOC和SOCD均呈逐渐降低的趋势;(3)从恢复效果来看,不同充填材料对SOC和SOCD在0?60 cm土层的总值具有一定的影响,五种充填材料对有机碳的恢复效果由好到差为:M2M5M1M4M3。结论:充填层的充填材料会影响在0?60 cm土层SOC和SOCD的总值,但不影响剖面分布。SOC和SOCD在不同土层深度(0?20 cm、20?40 cm和40?60 cm)与碱解氮、有效磷和速效钾呈显著或极显著的正相关,因而说明复垦土壤覆土层的土壤养分情况会影响SOC和SOCD的土壤剖面分布。     

江西森林植被土壤有机碳储量估算及空间分布特征

森林土壤有机碳是土壤有机碳的重要组成部分,在土壤有机碳库研究中有着重要作用.根据江西省第二次土壤普查资料,结合"十五"期间江西省森林资源二类调查资料,在GIS技术支持下采用土壤类型法估算江西省森林植被土壤有机碳储量,同时引入有机碳丰度指数这一指标,对有机碳在不同土壤和不同区域的分布特征进行分析.结果表明:江西省森林土壤在20 cm和100 cm深度的总有机碳储量分别为401.04×106t和1 025.73×106t;20 cm深度的土壤有机碳密度介于0.89～10.92 kg/m2,100 cm深度的土壤有机碳密度介于2.71～35.61 kg/m2;100 cm深度的土壤和区域有机碳丰度指数分别为0.3～3.57和0.96～1.03,与气候、植被、地形和人类活动等因素密切相关.     

基于GIS的安徽省土壤有机碳密度的空间分布特征

目的深层土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成,研究云南省深层土壤有机碳的含量及其影响因素,对云南土壤中污染物的迁移和农作物的生长具有重要意义。方法收集云南省第二次土壤普查资料中570个土壤统计剖面数据,运用土壤类型法对云南省深层土壤有机碳密度(SOCD)进行估算;根据云南省土壤类型图,统计云南省不同类型土壤的深层土壤有机碳储量(SOCR);使用ArcGIS绘制深层SOCD的空间分布图,与云南省表层土壤空间分布进行比较;结合单因素分析对影响土壤有机碳含量的因素进行研究。结果根据Van Bemmelen系数估算所得：云南省30~200 cm深层平均SOCD为44.21 t/hm²,SOCR为1.67×10⁹ t。深层SOCD由滇东南向滇西北方向逐渐增大,与云南省表层土SOCD变化规律相似;并且深层SOCD的分布受海拔、降水量和温度的影响,深层SOCD值与海拔和年均降水量呈正相关,温度与深层SOCD则呈负相关。结论云南省深层土壤SOCD大于全国SOCD的平均值,但均小于云南省0~20 cm表层SOCD。本研究对未来其他地区深层土壤有机碳的研究具有重要参考价值。     

纳木错典型小流域土壤有机碳含量空间分布

[目的]探求青藏高原高寒草甸高山流域土壤有机碳含量的空间分布规律,为全球变化和退牧还草背景下区域有机碳含量估算及生态环境评价提供参考.[方法]选取青藏高原中部纳木错典型冻土小流域,在该流域不同海拔、坡向分别采集浅层(0~10 cm)和根系底层(20~30 cm)的土壤样品,测定不同海拔、坡向和土层间的土壤有机碳含量,并分析其空间分布规律.[结果]研究区土壤有机碳含量介于0.95~47.28 g/kg,平均为13.44 g/kg,随海拔升高呈降低趋势;不同坡向土壤有机碳含量表现为北向坡最高(16.41 g/kg),南向坡最低(8.47 g/kg),东向坡(12.10 g/kg)和西向坡(12.17 g/kg)居中且较接近;浅层(0~10 cm)土壤有机碳含量(20.01 g/kg)较根系底层(20~30 cm)土壤有机碳含量(6.88 g/kg)高.[结论]纳木错流域土壤有机碳含量与海拔、坡向和土层深度等因素显著相关,流域平均含量较青藏高原其他地区低.     

杭州余杭区农田耕层土壤有机碳空间分布特征及其影响因素

利用杭州市余杭区耕地地力调查采集的2 814份土壤样品,基于GIS技术研究了余杭区耕层土壤有机碳(topsoil organic carbon,TOC)的空间分布状况,并探讨了影响该地区TOC的因素。结果显示,余杭区TOC密度大致以崇贤镇为中心、以仓前镇为副中心呈辐射状向周围递减,全区TOC密度达46.3 t·hm-2,高于全国平均水平。从立地条件看,TOC密度表现为水网平原河谷平原低山丘陵滨海平原。从耕层理化性状来看,随着耕层黏粒量的增加,TOC密度逐渐增大,表现为砂土壤土黏壤土黏土;近中性和中性的TOC密度较高,酸性和碱性的土壤都不利于土壤固碳;阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)较大的土壤固碳能力较强;在一定范围内TOC随着容重的增加而减少,但过高的容重也会增加TOC密度。从耕层养分看,全氮、速效钾均与TOC密度成正相关。在土地利用方面,耕地的TOC密度略高于园地。从土壤类型看,各类土壤的TOC密度存在差异,表现为水稻土潮土粗骨土石灰(岩)土红壤紫色土黄壤,水稻土TOC密度和有机碳库储量均最大,黄壤最小。     

杉木人工林土壤有机碳的垂直分布特征

以杉木Cunninghamia lanceolata人工林为研究对象,并以不同经营方式的杉木人工林采伐迹地为对照,研究了杉木人工林不同层次土壤中有机碳的垂直分布特征及其与土壤pH值、全氮、C/N比的相关关系.结果表明:杉木人工林土壤有机碳质量分数随着土壤深度的增加而下降,不同层次土壤有机碳质量分数的分异表现为:0～15 cm土层(20.6 g·kg-1)＞15～30 cm土层(17.1 g·kg-1)＞30～45 cm土层(12.4 g·kg-1)＞45～60 cm土层(9.8 g·kg-1)＞60～75 cm土层(8.2 g·kg-1),3种不同经营方式杉木人工林采伐迹地土壤中平均有机碳质量分数依大小顺序排列为:杉木林地(13.6 g·kg-1)＞经济林地(12.3 g·kg-1)＞农用后撂荒地(11.0 g·kg-1).杉木人工林不同层次土壤有机碳质量分数与土壤pH值呈线性正相关,相关系数r≥0.40,与土壤全氮、C/N比呈显著的线性正相关,相关系数分别为r≥0.81和r≥0.87.图2表2参14     

上海崇明岛表层土壤有机碳密度的空间分布特征及碳储量估算

土壤有机碳是地球陆地生态系统中最重要和活跃的碳库。上海崇明岛表层土壤碳密度及其碳储量的变化以其独特的地理位置在全球变化中具有特殊的作用。本研究采用上海崇明岛土壤普查数据和地统计方法,研究了崇明岛表层土壤有机碳密度的空间分布特征,及其不同土地利用方式下土壤有机碳密度状况和碳储量。结果表明,全岛大部分地区表层土壤有机碳密度在2～4kg/m2,平均2.89kg/m2,具有中等变异程度和空间相关性,变异系数和块金效应分别为0.3和0.32。农田和林地的碳密度较高,2002年崇明岛63%的土地面积为农田,其碳储量达到2571.43×106kg,占全岛表层土壤碳储量的71%,而3%为林地,其碳储量占总量的4%。不同用地类型面积的比例与其碳储量基本保持一致。从土壤类型分析,全岛土壤有机碳储量最多的是水稻土,占总储量的69.1%,其次盐土的碳储量占总量的24%。全岛总的土壤碳储量为3720.85×106 kg。因此,科学合理地利用土地,动态监测全岛表层土壤和生态系统碳循环的影响,特别是人类干扰下的土壤碳库的动态变化是建设崇明生态岛的重要内容。     

草地生态系统土壤有机碳储量及其分布特征

【目的】从草地生态系统土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）储量分布特征来确定合理的放牧管理方式并为区域SOC储量估算提供依据。【方法】采用野外调查法分层测定典型草原0—100 cm SOC储量。【结果】①3个研究样地SOC储量为9.72—14.84 kg•m-2;②具有空间距离的3个研究样地土壤碳储量差异无统计学意义,样地内4种处理之间SOC储量差异显著,且均表现为中度放牧处理（moderate grazing,MG）＞轻度放牧处理（light grazing,LG）＞重度放牧处理（heavy grazing,HG）＞对照（control area,CK）;③随土层深度的增加SOC储量呈递减趋势,且不同土层之间SOC均有显著性差异。SOC储量与土层深度呈极显著相关关系（P＜0.01）,这种关系可以用对数和线性方程描述。【结论】典型草原亚带草地生态系统SOC储量具有相对稳定性,且呈现明显的垂直递减特征;同一植被亚带不同处理对SOC储量的影响显著高于空间差异;适度放牧利用有利于草地生态系统SOC固持。     

城市绿化用地土壤有机碳和无机碳剖面分布特征

为了探明城市绿化用地土壤碳储量,选取陕西富平县城樱花、紫薇、柏树和梧桐4种林种绿化用地为研究对象,分析土壤垂直方向的有机碳和无机碳分布规律及碳密度变化趋势.结果表明:(1)4种城市绿化用地1 m内土壤无机碳和有机碳平均质量比大小依次为:梧桐(8.87 g/kg)、紫薇(8.14 g/kg)、柏树(7.20 g/kg)、樱花(6.84 g/kg)和紫薇(3.73 g/kg)、柏树(3.60 g/kg)、梧桐(3.43 g/kg)、樱花(2.39 g/kg);(2)不同绿化林种下,1 m内土壤无机碳在剖面上的分布规律存在明显差异,但有机碳的分布规律基本一致,均随土壤深度增加呈现逐渐降低的趋势;(3)城市绿化用地1 m土层内土壤碳库以无机碳为主,总碳密度大小依次为梧桐(16.45 g/kg)、紫薇(15.91 g/kg)、柏树(14.48 g/kg)、樱花(12.38 g/kg).     

三峡库区典型消落带土壤有机碳分布特征

选取三峡库区典型消落带—涪陵区珍溪镇王家沟消落带为研究对象,于2013年6月中旬三峡水库低水位(145m)运行时,采集了研究区内150~155m,160~165m,170~175m和180~185m(对照)高程0~40cm剖面土样192个,于室内对消落带土壤有机碳分布特征进行研究.结果表明:三峡水库反季节性水位涨落显著影响消落区各高程土壤有机碳剖面分布特征,同时该水位变化也有利于土壤有机碳在低海拔区域(150~155m,160~165m)累积,并可有效(p0.05)降低高海拔区域(170~175m)的表层有机碳质量分数.消落带研究区土壤碳氮比相对较低,集中在4~15范围内,低海拔区域经过特有的干湿交替后土壤碳的累积速度比氮更快一些.研究结果还表明,150~155m高程10~20cm土层中有机碳及碳氮关系在空间上的分布较为均匀,160~165m高程0~40cm土体中有机碳及碳氮关系空间变异性最小.     

秦岭太白山森林表层土壤有机碳分布特征

为探明秦岭太白山森林表层(0～10 cm)土壤有机碳及活性碳组分(易氧化碳和水溶性碳)含量的海拔梯度分布特征,揭示其海拔梯度格局的影响因素,沿秦岭太白山北坡海拔每上升50 m设置1个标准样地,通过路径分析法确定其影响因素对土壤有机碳及活性碳组分的贡献.结果表明,土壤有机碳、易氧化碳和水溶性碳含量均呈现出随着海拔梯度的升...     

贺兰山东麓农田土壤有机碳空间分布特征及其对盐碱化的影响

为了揭示土壤有机碳(SOC)与土壤盐分和pH在空间和数量上的变化规律,本研究于2019—2020年选择宁夏贺兰山东麓玉米农田生态系统为试验区,通过棋盘式布点法确定样点位置,采用普通克里金插值法和经典统计学方法,分析贺兰山东麓农田SOC与土壤盐碱化空间分布特征及响应规律。研究表明:试验区SOC在空间分布上呈现出中东部高四周低的特点;土壤全盐和Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^-等盐分离子的空间分布规律存在一定的相似性,即沿试验区中心呈南北对称分布,高值区大致分布在南北对角线两侧;土壤pH呈条带状分布,具有中间高四周低的分布特点。试验区土壤pH范围在8.47～9.44之间,总体呈碱性,CO₃^2-和HCO₃^-是该区域土壤发生碱化的主导因子。随着SOC含量的增加,土壤全盐、土壤pH和Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺     

色季拉山西坡表层土壤有机碳的小尺度空间分布特征

  目的  对小空间尺度上土壤有机碳（SOC）及其密度（SOCD）的空间分布进行研究,以期为大尺度下高寒土壤碳储量的精确估算提供理论支撑。  方法  本研究以色季拉山西坡海拔4 200 ~ 4 400 m的苔草高寒草甸（CAM）、林芝杜鹃灌丛（RTS）和雪山杜鹃灌丛（RAS）为研究对象,采用10 m × 10 m规则格网采集表层（0 ~ 10 cm）土壤样品,借助GS+和ArcGIS软件以分析不同植被类型SOC和SOCD的空间结构性、分布格局及影响因素。  结果  （1）研究区表层SOC平均值达100.97 g/kg,表现为RAS（146.45 g/kg） > CAM（95.60 g/kg） > RTS（60.43 g/kg）,SOCD平均值达6.28 kg/m2,表现为CAM（7.34 kg/m2） > RAS（6.32 kg/m2） > RTS（4.80 kg/m2）,均高于全国0 ~ 10 cm土壤水平（24.56 g/kg、1.21 kg/m2）。（2）除RAS外,该区域SOC、SOCD均具有强烈的空间自相关性,结构比为1.46% ~ 12.51%,表明结构性因素引起的空间变异为主。RAS的SOC、SOCD结构比达100%,空间依赖性较弱,随机因素引起的空间变异为主。SOC、SOCD空间自相关尺度在17.44 ~ 30.29 m之间,并且SOC > SOCD,CAM > RTS,这表明植被类型可能是影响表层SOC和SOCD空间变异及格局的主要因素。（3）克里格插值表明,CAM表层SOC、SOCD的高值斑块与高土壤含水率相对应,低值斑块与沟壑位置相对应,RTS的SOC、SOCD呈高低值斑块交错分布,与地面覆被物（灌丛、草本、裸地）的镶嵌性分布对应,表明土壤含水率、微地形、植被覆盖等是影响研究区表层SOC和SOCD空间分布的主要因素。（4）冗余分析表明,土壤含水率、土壤密度、pH、全氮是影响3种植被类型SOC、SOCD含量及空间异质性的关键要素,其次是机械组成、坡度,全磷的影响不明显。  结论  色季拉山SOC含量比较丰富,小空间尺度下枯落物量、微地形、土壤性质（含水率、土壤密度等）的空间异质性显著影响SOC、SOCD的空间分布和预测。      

季节性淹水湿地表层土壤有机碳含量遥感预测及空间分布特征

为探讨鄱阳湖季节性淹水湿地土壤有机碳的空间分布特征及遥感方法在土壤有机碳估算中的适用性,依托江西鄱阳湖国家级自然保护区,选择蚌湖、常湖池和泗洲头湿地为研究区域,基于野外实测土壤有机碳含量数据和同期的Landsat8 OLT遥感影像,采用遥感图像处理和GIS技术提取影像中遥感特征因子,构建遥感参数与土壤有机碳的一元线性、一元曲线和多元逐步线性回归模型,通过对比分析选择最优遥感估算模型,预测鄱阳湖季节性淹水湿地表层（0~20 cm）土壤有机碳含量。结果表明,提取了影像中33个遥感特征因子,包括7个波段的反射率值（b₁~b₇）、4个植被指数（NDVI、SR、SAVI、EVI）、第一主成分特征（PCA1）、单波段纹理特征的均值（MEAN）、熵（ENT）和相关性（COR）,其中纹理特征是研究区土壤有机碳含量预测的重要遥感因子,其与土壤有机碳含量构建的多元逐步线性回归模型拟合效果最优,模型决定系数R²=0.772,平均相对误差45.53%,均方根误差2.417。遥感反演发现,研究区预测表层土壤有机碳含量主要集中在0~20 g/kg,土壤有机碳含量平均值约为10.75 g/kg。