Pedogenic carbonate recrystallization assessed by isotopic labeling: a comparison of 13C and 14C tracers

The C isotopic composition (δ¹³C) of pedogenic carbonates reflects the photosynthetic pathway of the predominant local vegetation because pedogenic (secondary) CaCO₃ is formed in isotopic equilibrium with soil CO₂ released by root and rhizomicrobial respiration. Numerous studies show the importance of pedogenic carbonates as a tool for reconstructing paleoecological conditions in arid and semiarid regions. The methodological resolution of these studies strongly depends on the time scale of pedogenic carbonate formation, which remains unknown. The initial formation rate can be assessed by ¹⁴C labeling of plants grown on loess and subsequent incorporation of ¹⁴C from rhizosphere CO₂ into newly formed carbonate by recrystallization of loess CaCO₃. We tested the feasibility of ¹⁴C and ¹³C tracers for estimating CaCO₃ recrystallization rates by simultaneous ¹⁴C and ¹³C labeling and comparison with literature data. ¹⁴C labeling was more efficient and precise in assessing recrystallization rates than ¹³C labeling. This is connected with higher sensitivity of ¹⁴C liquid scintillation counting when compared with δ¹³C measurement by IRMS. Further, assessment of very low amounts of incorporated tracer is more precise with low background signal (natural abundance), which is true for ¹⁴C, but is rather high for ¹³C. Together, we obtained better reproducibility, higher methodological precision, and better plausibility of recrystallization rates calculated based on ¹⁴C labeling. Periods for complete CaCO₃ recrystallization, extrapolated from rates based on ¹⁴C labeling, ranged from 130 (125–140) to 240 (225–255) y, while it was ≈ 600 (365–1600) y based on the ¹³C approach. In terms of magnitude, data from late‐Holocene soil profiles of known age provide better fit with modeled recrystallization periods based on the ¹⁴C approach.     

天然降雨下红壤坡地氮磷流失过程与特征分析

利用江西省水土保持生态科技园的野外实测资料,对天然降雨条件下南方红壤区自然坡面的氮磷流失过程与特征进行了分析。结果表明,在自然条件下,由于降雨强度的时间变化不稳定,且不连续,自然坡面产流—产沙过程也是不稳定和不连续的,呈现出一峰或多峰的特性;同一场降雨下自然坡面的产沙过程与产流过程基本一致,累积产沙量和累积径流量随时间的延长呈现出先小幅增长后快速增加,最后趋于平稳的变化趋势。坡面径流中总磷的输出浓度始终小于总氮输出浓度,且总磷变化稳定,总氮波动较大;侵蚀泥沙中均存在养分富集现象,且总氮富集比要小于总磷富集比。     

基于视觉里程计和自然信标融合的移动机器人定位算法

针对未知室内环境下移动机器人的定位问题,提出了一种基于单目视觉和自然信标融合的移动机器人定位算法。该方法采用普通摄像头和全景摄像头结合的方式进行定位。采用普通摄像头提取天花板特征,进行视觉里程计定位。全景普通摄像头提取周边环境及天花板信息,采用Harris-SIFT构建自然信标库,并且进行自然信标检测与识别。在两者的基础上,移动机器人进行实时定位。利用自然信标定位时,提出方向滤波器结合视觉里程计和惯导系统估计旋转角度,利用自然信标求取定位特征点,两者结合进行定位。该方法有效地结合了相对定位的快速性和绝对定位的准确性。在室内环境进行试验,其中自然信标定位在x,y方向的平均误差分别为38.66和31.54 mm。相比视觉里程计而言,结合自然信标定位的平均误差分别减小了32.53%和68.68%。融合视觉里程计的自然信标定位运算速度相比仅靠自然信标定位而言提高了约6倍左右,同时与视觉里程计定位处于同一数量级。试验结果表明相对于视觉里程计而言,所提算法大大提高了定位精度,同时不影响算法的实时性。     

西北地区种植甘草对土壤次生盐渍化的影响

[目的]研究西北地区植被特征指标与土壤表层盐含量、碱性间的相互关系,为该区土壤次生盐渍化防治工作提供科学依据。[方法]以甘草(Glycyrrhiza uralensis)植被和其下部土壤为研究对象,通过测定甘草植被的盖度、高度、地上生物量和其下部土壤表层(0—5cm)的含水率、pH值、电导率、盐含量等指标,并利用SPSS统计软件进行分析。[结果]甘草植被的盖度、高度、地上生物量和其下部土壤的含水率均随甘草生长年限的增加呈显著升高的趋势(p0.05),而土壤的pH值、电导率、盐含量正好相反,均表现出显著降低的趋势(p0.05);相关分析结果显示,耕地表层土壤的pH值、盐含量与甘草植被特征指标间呈显著的负相关关系,相关系数的大小顺序均为:植被盖度植株高度地上生物量;回归分析显示,土壤pH值和盐含量与甘草植被的这3个性状指标间均表现为负线性函数关系,甘草植被的盖度、高度、地上生物量每提高1个单位,可使土壤表层的pH值分别下降0.012,0.011和0.002,盐含量分别降低0.108,0.107,0.015g/kg。[结论]西北干旱地区耕地中种植甘草对其下部土壤表层的盐含量和碱性(pH值)影响显著,其中植被的盖度对表层土壤的盐碱影响最大;从耕地表层抑盐角度考虑,应优先选择种植枝叶稠密、植株高大的作物。     

黄土丘陵沟壑区人工林地的土壤抗蚀性评价

以延安、安塞、吴旗的人工刺槐林、柠条林为研究对象,选取同一地区的自然恢复草地和坡耕地为对照,通过对5个表征土壤抗蚀性的指标即>0.25 mm水稳性团粒含量、>0.5 mm水稳性团粒含量、平均重量直径、团聚状况和团聚度的比较分析,对人工刺槐林、人工柠条林相对于自然恢复草地和坡耕地改善土壤抗蚀性的效果进行了评价,同时分析了不同林龄人工林土壤抗蚀性的变化.研究表明,人工林地相对于坡耕地,显著提高了土壤抗蚀性,但不及自然恢复草地,尤其在安塞和吴旗表现更明显;随着林龄的增长,人工林地土壤抗蚀性能增强,并趋于稳定.并通过对样地的聚类分析,也得出与上述相似的结果.综合分析表明,封禁条件下的植被自然恢复是黄土丘陵沟壑区比较适宜的植被恢复方式和控制土壤侵蚀的有效措施.     

沈阳市天然降雨雨滴特征研究

采用滤纸色斑法对沈阳市天然降雨雨滴进行观测,通过计算并运用回归分析对沈阳地区天然降雨雨滴特性进行研究。结果表明:沈阳地区天然降雨雨滴的大小分布遵守Best函数分布式;雨滴中数直径及降雨动能同降雨强度关系显著,呈幂函数关系。     

桂西北喀斯特人为干扰区植被自然恢复与土壤养分变化

为促进桂西北喀斯特退化生态系统的恢复与重建,采用全面调查和样方调查方法,以自然保护区的顶级群落为对照,研究了桂西北喀斯特人为干扰区自然恢复22a后植被的演替规律与土壤养分变化。结果表明,干扰区物种丧失严重,种类仅有自然保护区的26.6%,随着群落由草丛→草灌丛→灌丛→藤刺灌丛→乔灌丛→顶级群落的顺向演替和发展,群落的高度、生物量和物种多样性、土壤有机质、养分、阳离子交换量和硅、铁、铝、钛等矿质全量逐步增加,钙、镁全量显著减少,pH值降低,土壤质量随着植被的恢复呈波折性提高。     

河龙区间水沙变化特点及减水减沙量分析

研究计算了河口镇—龙门区间水土保持治理后和近期的降雨、天然径流量、实测水沙量以及降雨径流关系、水沙关系的变化。结果表明:各因子普遍减小,近期的减幅大于治理后;对于近期,降雨量的减幅最小,沙量的减幅最大;各因子的减少主要发生在汛期,更集中在主汛期;主汛期降雨径流关系未发生显著变化,而近期同样实测水量条件下沙量明显减少。根据水文法初步估算了各因素的减水减沙量,分析了降雨和人类活动因素对减水减沙的作用及其随研究时期的变化规律。     

不同治理措施对流动沙地天然植被恢复效果的影响

流动沙地采取不同治理措施7 a后,天然植被恢复效果不同。①生态垫阻断了天然植被的正常演替规律,植被盖度和物种丰富度只有4.31%和3种。同期营造的人工林中,小叶锦鸡儿和侧柏林地的植被盖度和物种丰富度最高,均大大超过同期封育的流动沙地,新疆杨和欧美杨84林地的植被盖度和物种丰富度最低,沙枣和榆树林地居于中间位置。②新疆杨和欧美杨84林地植被一年生草本占绝对优势,榆树和沙枣林地多年生草本和灌木数量有所增加,侧柏和小叶锦鸡儿林地物种生活型结构已趋于多样化。③集沙观测表明,生态垫、侧柏和小叶锦鸡儿林地均无风蚀现象,欧美杨84和新疆杨林地风蚀较为严重,榆树和沙枣林地风蚀较轻。     

中国5种典型土壤的侵蚀泥沙粒径分布特征

通过天然降雨试验,研究我国5种典型土壤的侵蚀泥沙团粒和单粒粒径分布以及泥沙各级团粒的机械组成特征。2013—2014年汛期(6—9月),监测红壤、紫色土、黄绵土、褐土和黑土径流小区的降雨产流事件,收集侵蚀泥沙样品,利用湿筛法和吸管法测定其团粒和单粒粒径分布;同时,筛选出泥沙各级团粒样品,进一步测定其单粒粒径组成。结果表明:(1)侵蚀泥沙粒径分布是土壤质地和降雨强度综合作用的结果,团粒粒径分布更适合作为表征泥沙输移的指标;(2)5种土壤的侵蚀泥沙皆表现出粉团(0.002~0.05mm)和黏团(0.002mm)的明显富集;(3)在泥沙单粒粒径分布方面,除红壤的粉粒(0.002~0.05mm)和黏粒(0.002mm)有轻微富集外,其余4种土壤的各级单粒均无明显富集;(4)红壤侵蚀泥沙粉团(0.002~0.05mm)中的黏粒含量最多,其余4种土壤侵蚀泥沙机械组成和各级团粒的机械组成均与原土接近。