太平沟小流域有机碳分布特征研究

基于辽西低山丘陵区太平沟小流域的治理现状,选取小流域内林地、坡耕地、草地3种土地利用方式,研究小流域内土壤有机碳(SOC)的分布特征.结果表明,在横向分布上,SOC分布及其含量均表现出明显不同,且差异显著.在纵向分布上,小流域SOC主要集中在表层土壤中.     

小流域土壤有机碳密度空间变异特征的尺度效应研究

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Arc GIS空间分析工具相结合的方法研究流域内土壤有机碳密度的多尺度空间变异特征以及其影响因素。结果表明,土壤有机碳密度的空间变异性具有明显的多尺度效应,随着研究尺度的增大,土壤有机碳密度的块金系数逐级减小,小尺度下土壤有机碳表现为中等程度空间相关性;大、中尺度为强烈空间相关。结构性因素对土壤有机碳的空间变异作用逐渐增强,而同时削弱随机因素对其变异所产生的影响。地形因子与NDVI对土壤有机碳密度均有显著影响,大尺度的研究中,环境因子与有机碳密度的相关性由大到小表现为海拔坡度NDVI坡向;中、小尺度的研究则表现为NDVI海拔坡度坡向。     

黄土丘陵区小流域尺度上土壤有机碳空间异质性

通过对上黄试区小流域不同土地利用类型下的60个样点的采样分析,结合地统计学原理对小流域土壤有机碳的空间异质性进行研究。试验结果表明,土壤有机碳含量随土层深度的增加而减少,不同土地利用类型下的土壤有机碳存在显著性差异。表层0-10cm的土壤有机碳含量为9.544g/kg,明显高于10-30cm的7.10g/kg和30-60cm的4.63g/kg。通过Kriging插值法估算,其结果也表现出相同的规律。由土壤有机碳含量分布图可知,0-10cm,10-30cm和30-60cm 3层土壤的有机碳含量均表现出天然草地和柠条纯林高于川台地和河滩地。土壤有机碳含量在空间分布上表现出的特征,与动植物在土体中的垂直分布格局、人类社会活动及区域气候条件等因素有关。     

黄土高原沟壑区小流域土壤有机碳空间变异

通过对砖窑沟流域不同地貌部位62个点的取样分析,运用地统计学方法研究了流域土壤有机碳的空间变异性特征,初步探讨了影响空间变异的复杂因素。结果表明:流域内土壤有机碳非常低,存在土壤养分贫瘠化现象。各层土壤有机碳含量的变异为中等程度,该变异主要是由空间自相关部分引起的。同层次内,沟坝地土壤有机碳含量比梁峁地高。垂直剖面上,土壤有机碳含量随深度增加而减少,表层含量值明显高于下部各层,60cm以上含量值随深度增加递减迅速,60cm以下含量值变化不大。不同地貌部位剖面土壤有机碳含量的变幅是:在80cm以上,沟坝地明显大于梁峁地;80cm以下,二者大体相当。土壤有机碳含量在空间上的分异主要受土壤动植物在土体中的分布、土壤含水量、水土流失及人类生产活动等因素的影响。     

小流域尺度土壤养分的空间分布特征及其与土地利用的关系

以四川省资阳市松涛镇的响水村小流域为研究背景,以地理信息系统为技术手段,研究了小流域尺度土壤养分的空间分布特征,并结合数理统计的分析方法,进一步探讨了土地利用对土壤养分的影响。结果表明:研究区域土壤表层养分含量均呈现较明显的空间分布格局,总趋势大都具有条带状和斑块状的特点,旱地、果园、裸地的土壤全氮、有机质普遍缺乏,特别是处于坡顶的裸地,应成为今后的控制重点,此外,旱地、果园的水溶态养分高值分布区也应给予高度重视。方差分析与均值比较表明:土地利用对全氮、有机质、全磷、水溶性磷含量都有显著影响(P<0.01),其影响程度为有机质>全氮>全磷>水溶性磷,而全钾、硝态氮则不受土地利用的显著影响,究其原因可能是紫色土钾素含量更倾向于土壤母质中所含矿物的控制,而土壤硝态氮的情况比较复杂,可能有更为重要的因素(如施肥、降雨、径流)制约着硝态氮的含量。     

六道沟小流域地形序列土壤碳剖面分布特征及影响因素

为了更好地理解黄土高原植被恢复与生态重建过程对土壤碳循环过程的影响,研究选取位于黄土高原六道沟小流域的典型土壤地形序列(东北坡NE序列,西坡W序列),分析了不同坡向间及同一坡向内随植被类型变化土壤有机碳和无机碳的剖面分布特征及其影响因素。结果表明:六道沟小流域地形序列土壤有机碳含量在0—50cm土层内随土层深度增加而显著降低,50cm土层以下基本趋于稳定,且剖面上层(0—50cm)有机碳含量显著高于剖面下层(50—200cm,p0.05),但在同一深度土层(0—50,50—200,0—200cm)不同坡向林地和草地土壤有机碳平均含量均没有显著差异(p0.05)。与有机碳相比,无机碳含量相对较高并且主要在剖面下部(50cm以下)不同深度土层富集。NE序列林地和草地剖面无机碳平均含量接近(p0.05),而W序列林地剖面无机碳平均含量显著高于草地(p0.05);不同坡向草地剖面无机碳平均含量无显著差异(p0.05),但不同坡向林地剖面无机碳平均含量表现为W序列显著高于NE序列(p0.05)。0—50cm土层有机碳含量与pH、容重和土壤含水量均呈极显著负相关关系,而与土壤总孔隙度呈极显著正相关关系;50—150cm土层无机碳含量与pH和土壤总孔隙度均呈极显著负相关关系,而与容重、黏粒含量和土壤含水量均呈极显著正相关关系。NE序列和W序列2 m土体总碳密度相当,分别为15.2~47.4kg/m~2和18.3~51.3kg/m~2,其中无机碳密度占78%~94%,1—2m土层总碳密度占2m土体总碳密度的35%~74%。若只考虑土壤有机碳库或只考虑浅层1m土壤碳库,六道沟小流域2m土体总碳储量平均将被低估88%和51%。     

云南省土壤有机碳储量估算及空间分布

根据云南省第二次土壤普查资料,采用土壤类型法估算了云南省主要土壤类型的有机碳(SOC)密度和储量,并对云南省土壤有机碳密度的空间分布差异和影响土壤有机碳储量的主要因子进行了分析。结果表明,云南省0-20 cm土层平均SOC密度为59.77 t/hm²,SOC储量为2.30×10⁹ t;0-100 cm土层平均SOC密度为159.95 t/hm²,SOC储量为6.15×10⁹ t,占全国储量的7.28%,占全球陆地生态系统SOC储量的0.41%;其中SOC储量占前4位的土壤类型为红壤、黄棕壤、赤红壤、棕壤,不同深度下4者之和约占云南省总储量的60%。在土壤有机碳密度空间分布上,SOC密度分布最高的区域为云南省西北部和东北部地区,其次是西部的横断山脉和东部的云南高原地区,而以紫色土为主的中北部地区SOC密度则最低。由于降雨量、温度、海拔和土地利用类型的共同影响,导致了区域内的SOC密度分布不均,其中降雨量、温度和海拔等自然因素是影响SOC密度分布的主要因子。     

区域土壤有机碳空间分布特征与尺度效应

结合当前土壤属性空间分布特征及其尺度效应研究进展和不足,综合采用变异函数理论、空间自相关理论、多重分形理论等方法从土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性、相关性和结构性等不同层面深入揭示不同尺度下SOC空间分布特征及其尺度效应。研究结果表明:除了15 km尺度外,基于变异函数分析的其他尺度块基比均小于50%,结构性因素占主导,结构性因素主要包括土壤亚类、土地质地、土地类型等,随机部分带来的空间变异性随着尺度的增加呈现减少趋势;不同尺度下的莫兰指数随着分离距离的增加由完全正值逐渐变小,过渡到正负交替出现的格局,最后完全变为负值,标准化统计量均大于1.96,每个尺度均具有良好的空间结构;不论是瑞利谱图,还是多重分形谱,随着尺度的增加,图谱越来越接近,研究区不同尺度下的SOC在空间上的分布是典型的分维数体;无论何种尺度,基于多重分形克里格法的实测值与预测值特异值空间吻合程度较高,特异值覆盖比率均在85%以上。联合了变异函数、空间自相关、多重分形和多重分形克里格等方法能够从空间变异性、空间相关性、空间结构性等更加深入全面地揭示研究区SOC空间分布特征。研究成果可为相对平坦农业区域土壤有机碳空间分布特征研究提供方法支撑。     

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。     

东北红松阔叶林土壤有机碳空间分布异质性研究

红松阔叶林是北方森林系统的一种典型类型,在北方森林结构与功能中占有重要的地位。为了解红松阔叶林土壤有机碳空间分布规律,试验采用样线法调查了红松阔叶林土壤有机碳在剖面层次、坡向以及海拔高度方面的异质性。结果表明,红松阔叶林土壤有机碳存在明显的剖面、坡位垂直分异性和坡向水平分布异质性。随剖面深度加深有机碳含量逐渐减少,腐殖质层土壤有机碳对剖面土壤有机碳贡献率达44.2%~68.4%;土壤有机碳含量受山体坡位和坡向综合影响,阳坡腐殖质层和淀积层有机碳含量分布按坡位由高到低为:坡中部坡上部坡下部,而阴坡腐殖质层有机碳含量则在坡下部最高,坡中部最小;阳坡有机碳密度表现为坡中部坡下部坡上部,而阴坡有机碳密度随海拔升高呈显著下降趋势。     

福建省土壤有机碳储量估算的尺度效应研究

土壤有机碳储量的准确估算对于研究全球碳"源/汇"动态变化至关重要,但目前使用大、中、小系列比例尺土壤数据库对我国亚热带土壤有机碳储量估算的影响并不清楚。基于此,选择位于亚热带地区的福建省作为研究区,系统分析1∶5万、1∶20万、1∶50万、1∶100万、1∶400万、1∶1 000万6种目前我国常用制图尺度土壤数据库对有机碳储量估算的影响。结果表明:6个制图尺度下表层土壤(0~20 cm)的有机碳储量为:552、637、573、573、614和549 Tg C;剖面土壤(0~100 cm)的有机碳储量为1 396、1 502、1 321、1 395、1 508和1 532 Tg C。不同土壤类型下受制图尺度影响最大的是粗骨土,表层和剖面的有机碳储量相对偏差分别达到8.88×10~5%和8.13×10~5%。不同行政区下表层和剖面受制图尺度影响最大的分别是厦门市和福州市,表层和剖面的有机碳储量相对偏差分别为26.44%和27.97%。总体而言,制图尺度的不同将会对福建省土壤有机碳储量估算造成很大影响,这也进一步说明了亚热带地区选择适宜的制图尺度是十分必要的。     

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。     

黄土丘陵区纸坊沟小流域土壤有机碳储量研究

通过野外调查和室内分析,研究了黄土丘陵区纸坊沟小流域不同土地利用方式下土壤有机碳的剖面变化特征及土壤有机碳储量。结果表明,该流域各层土壤的有机碳含量为中等变异,土壤有机碳含量随土层深度的增加而减少。0—60 cm土层有机碳储量为4.73×104t,天然草地和林地的储量较高,占总储量的80%。不同土地利用方式下,流域内的土壤有机碳含量差异显著,表现为:天然草地>灌木林地>乔木林地>川坝地>梯田>坡耕地>撂荒地>果园。     

山东省土壤有机碳密度和储量估算

农业土壤有机碳密度和储量是全球变化及碳循环研究的重要问题。采用山东省第二次土壤普查数据,以土种为单位,对山东省土壤有机碳密度和总量进行了估算。土壤有机碳密度变化范围为38.50-0.77kgm-2,平均6.00kgm-2,低于全国平均水平;土壤有机碳总量为5.97×108t,约占全国总量的0.65%。土壤有机碳较高的土种基本上集中分布在山前平原、山间平原、山地平原交界处、滨海(湖)低平地等地质大循环过程中的物质堆积部位,土壤有机碳密度较低的土种分布在低山丘陵顶部、上部土壤侵蚀强烈的地形部位。     

红壤小流域不同利用方式水土流失和有机碳流失特征研究

研究了红壤小流域不同利用方式的试验区水土流失和有机碳流失的特征 ,结果表明 :径流、泥沙及有机碳流失主要集中在 5月、6月及 8月份 ,其间径流流失量占全年流失量的 68.8%～ 73 .1 %,泥沙流失量和有机碳流失量占全年流失量的 90 %以上。径流量和泥沙流失量的大小顺序均为无保护性措施、侵蚀严重的试验区 5>粗放经营利用的试验区 1 >保护性经营利用试验区 2 >保护性经营利用试验区 4>恢复保护性植被试验区 3 ;流失的泥沙主要为推移质 ,有机碳流失量的大小顺序为粗放经营利用的试验区 1 >保护性经营利用的试验区 2 >保护性经营利用的试验区 4>无保护措施、侵蚀严重的试验区 5>恢复保护性植被的试验区 3 ,径流流失的有机碳和推移质流失的有机碳基本接近。从保护资源角度来看 ,恢复保护性植被试验区 3的利用方式控制水土流失和有机碳的效果最好。从农林利用角度来看 ,以有保护性经营利用综合性措施 (等高梯田、植被篱笆、农林间作等措施 )的试验区 2和试验区 4利用方式 ,既有利于水土保持 ,又有利于防止土壤肥力下降     

制图尺度对CO_2浓度升高情景下旱地土壤有机碳模拟的影响

基于土壤数据库的动态模型预测未来二氧化碳(CO_2)浓度升高下农田有机碳变化是实施农业固碳的基础,但目前基于不同制图尺度土壤数据库对旱地有机碳模拟结果的影响尚不清晰,一定程度上增加了农业管理措施制定的风险性。基于此,选择江苏北部(简称"苏北地区")3.90×10~6 hm~2旱地为例,运用生物地球化学过程模型(Denitrification and Decomposition,DNDC)模拟未来CO_2浓度升高下该地区1:5万、1:25万、1:50万、1:100万、1:400万、和1:1000万制图尺度的土壤有机碳变化。结果表明:2010—2039年间CO_2浓度在目前正常增加速率(1.9ppm a~(-1))的基础上提高0.5倍、1倍和2倍,苏北旱地数据最详细的1:5万尺度年均固碳速率分别为357 kg hm~(-2)、360 kg hm~(-2)和365 kg hm~(-2)。但进一步从其他制图尺度来看,由于使用的土壤数据库不同导致有机碳模拟结果差异很大。以1:5万尺度年均固碳速率为基准,3种CO_2浓度情景处理下1:25万~1:1000万尺度的模拟误差分别在0.89%~60.55%、0.81%~60.71%和0.15%~61.02%之间,这说明未来CO_2浓度升高的大背景下我国旱地土壤有机碳模拟中选择适宜的制图尺度非常重要。     

样点数量与空间分布对县域尺度土壤属性空间预测效果的影响

明确样点数量和空间分布对土壤属性空间预测的影响,有助于科学制定土壤采样策略、有效提高土壤空间预测精度。从5 403个土壤样点中随机抽取验证数据集以及包含不同样点数量的训练数据子集(每个子集包括五种样点空间分布实例),在研究区表层土壤有机质含量普通克里格(Ordinary Kriging,OK)和反距离加权(InverseDistanceWeighted,IDW)插值结果的基础上,分析和探讨样点数量与空间分布对土壤空间预测效果的影响。结果显示,当样点数量从5000降至39个时,OK和IDW插值图的局部变异信息逐渐减少,基于20和10个样点的插值图存在失真畸变。当样点数量从5 000降至1 250个时,OK插值精度相近(r变幅为0.55～0.59、RMSE变幅为3.03～3.15);从样点数量减少至625个开始,OK插值精度明显下降,同一训练子集不同样点空间分布的插值精度分异明显。IDW插值精度随样点数量与空间分布的变化与OK插值相似,不同的是从1 875个样点开始出现插值精度的明显下降和不同空间分布插值精度的明显分异。在插值图发生失真畸变之前,OK平均插值精度大于IDW。研究结果表明,样点数量及空间分布均可在不同程度上影响土壤属性空间预测结果,当样点数量足够多时,样点数量和空间分布对预测结果的影响非常有限;当样点数量减少至一定程度时,随着样点数量的减少,空间预测图的局部变异信息逐渐减少,预测精度逐渐下降,同时样点空间分布对预测结果的影响开始凸显;在空间预测结果发生失真畸变之前,与OK相比,IDW插值精度较低且更早响应样点数量和空间分布的变化。