广东山区土壤有机碳空间变异的尺度效应

研究土壤有机碳的尺度效应能够为区域生态环境保护和确定合理的土壤取样间距提供科学依据。采用土壤类型法估算了广东山区表层(0-20 cm)和全剖面(0-100 cm)土壤有机碳密度,选择4条采样带,获取采样间距为250 m的土壤有机碳密度序列,并利用离散小波变换工具对其进行多尺度分解,得到2×250 m、2²×250 m、2³×250 m、2⁴×250 m、2⁵×250 m和2⁶×250 m 6个分解尺度上的小波信息,计算小波信息方差。结果表明:土壤有机碳密度具有较强的空间异质性,其空间异质性的大小受控于不同尺度下土壤有机碳密度分布格局的主导因子影响程度;整体上在大于等于1 km的尺度,其空间异质性较强;各个样带特征尺度的差异与各样带的土壤和植被类型、地貌特征以及土地利用方式、耕作管理方式等人类活动干扰强度有关。     

渗透胁迫下不同抗旱性小麦幼苗氨同化差异

在渗透胁迫下,测定了不同抗旱性小麦（抗旱性强的品种洛旱6号和抗旱性弱的品种周麦18）幼苗氨同化酶及相关参数的变化.结果表明:小麦生物量在渗透胁迫下明显降低,且抗旱性弱的周麦18降幅较大.铵态氮含量随胁迫程度的增加而增加,且周麦18增加较明显;谷氨酰胺合成酶(GS)活性在不同抗旱性品种间表现不同,抗旱性强的洛旱6号在低渗透胁迫下显著增加,在高渗透胁迫下明显降低,而周麦18随胁迫程度的增加逐渐降低;依赖还原型辅酶Ⅰ的谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)活性随胁迫程度的增加逐渐加大,低渗透胁迫下周麦18增加较明显,高渗透胁迫下洛旱6号增幅较大;依赖氧化型辅酶Ⅰ的谷氨酸脱氢酶(NAD^+-GDH)和依赖氧化型辅酶Ⅱ的异柠檬酸脱氢酶(NADP-ICDH)活性均随胁迫程度的增加而增加,周麦18的NAD^+-GDH活性、洛旱6号的NADP-ICDH活性增幅较大.表明小麦抗旱性的提高与铵态氮同化的增强有关,低渗透和高渗透胁迫下分别依赖GS和NADH-GDH活性的增加.     

全球和生物群系尺度土壤有机碳分布控制因子及其分异规律

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳库的核心组成部分,其动态平衡受气候、土壤、植被、地形及人类活动等的影响,但在不同的空间尺度上,这些影响因素的相对重要性和差异还不明确。为阐明不同尺度和不同土层深度土壤有机碳密度(SOCd,kg/m³土壤)的环境影响因子差异,选用全球113571个土壤剖面SOCd测量数据以及38个环境协变量数据,利用数据挖掘方法,分析了全球尺度和生物群系尺度不同土层深度SOCd的控制因子,并量化了空间自相关对相关结果的影响。研究结果表明:仅空间自相关就能解释全球尺度不同土壤深度13%-20%的SOCd空间变异,但是随土壤深度的增加,空间自相关的解释率降低。在剔除空间自相关的影响后,分析结果表明:全球尺度上,气候因素对SOCd空间变异的解释率最高,但只能解释17%-20%,这种解释率在不同土层之间没有显著差异。在生物群系尺度上,除北方森林地区,气候因素能够解释SOCd空间变异的24%-37%;而在北方森林地区,地形是影响SOCd空间变异的重要因素,对SOCd的解释率为21%-43%。这些结果表明,SOCd的控制因子在不同的尺度上明显不同。无论是在全球尺度上,还是生物群系尺度上,如果不考虑空间自相关,地形的影响会被低估,其他环境因素的影响被严重高估。为了准确计算全球与生物群系尺度上各土层SOCd分布的控制因子及其分异情况,空间自相关必须被考虑。     

基于小波变换的NDVI与地形因子多尺度空间相关分析

以西藏高原生态系统的NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）及其地形影响因子为分析对象,使用小波变换揭示了其多尺度空间格局。通过小波方差尺度图可以辨识出,在研究区域内NDVI及其地形因子存在着4、12km和25km等多尺度变异格局。小波多尺度相关分析是对普通相关的一种拓展,使用小波系数分尺度计算了NDVI及其影响因素的相关系数,并与普通相关进行了比较。结果表明,4种地形因子（海拔高度、坡度、坡向和CTI）不论是正相关还是负相关,在较小尺度上与NDVI的相关系数都比较小,一般情况是尺度增大,相关性增大。这反映了地形因子作为大的宏观制约因素对NDVI起作用。实践证明,小波分析对于揭示自然要素的多尺度空间结构和各向异性是一种强有力的工具。     

土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤表层有机碳对土地利用和环境因子的变化非常敏感,并具有尺度变异特征。研究不同尺度上表层土壤有机碳的空间分布及其与土地利用与环境因子的关系对于评价黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳状况具有重要意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和集水区内典型小流域——沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上,表层土壤有机碳的分布特征及其与土地利用、环境因子的关系。结果表明:(1)土地利用方式对有机碳的影响在不同尺度上差异明显,对于不同利用方式下的有机碳含量,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地灌木林地耕地,安塞集水区则依次为林地灌木林地耕地荒草地;(2)对于不同利用方式下的土壤有机碳密度,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地耕地灌木林地,安塞集水区则是林地耕地荒草地灌木林地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区两个尺度上,坡向、坡度和植被盖度均与有机碳含量和有机碳密度正相关,而相对海拔、土地利用与有机碳密度负相关;(4)在小流域尺度上,海拔高度、坡位、土地利用与有机碳含量负相关,坡位与有机碳密度负相关,但是在集水区尺度上,相关性则与此相反。     

农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子

土壤有机碳(SOC)的数量和质量在很大程度上与维持和提高土壤肥力密切相关。农田生态系统土壤碳库研究一直是农业、生态和环境领域的一个主要方向。土地利用、耕作、作物类型、种植密度、灌溉、施肥以及其他人为活动等,对农田生态系统土壤有机碳库的变化均能产生影响。本文综合评述了农田生态系统土壤有机碳库及其影响因子,土壤碳截获潜力,维持和提高土壤有机碳库的措施,以及农田土壤碳截获在温室气体减排及气候变化中的潜在作用等,最后提出了农田生态系统土壤有机碳库研究的主要方向。     

广东省桉树人工林土壤有机碳密度及其影响因子

研究了广东省粤北、粤东、粤西和珠江三角洲4个地区桉树人工林土壤有机碳含量和有机碳密度,以及土壤有机碳密度的主要影响因子.结果表明:土壤A层和B层有机碳含量分别为(23.94±2.97)g·kg-1和(9.68±1.05)g·kg-1,二者差异显著;A层和B层有机碳密度分别为(27.64±7.72)t·hm-2和(108.36±9.37)t·hm-2,有显著差异;0～50 cm土层有机碳密度为(66.72±6.53)t·hm-2,略高于同一地区马尾松和杉木人工林.有机碳密度与海拔、A层和B层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量和全氮含量呈显著正相关;土壤毛管孔隙度、毛管持水量和pH值是影响有机碳密度的主导因子.     

基于小波变换的NDVI区域特征尺度

尺度是生态环境研究领域的热点问题。以福州市为研究区,选择6个生态样线,提取NDVI(Normalized DifferenceVegetation Index),以小波变换为工具进行尺度分解,得到21×900 m2、22×900 m2…28×900 m2系列尺度上的NDVI信息。以小波细节信息方差和小波细节信息熵为特征尺度的度量指标,得到6个生态样线的NDVI特征尺度,进一步得到区域特征尺度。研究发现福州地区纬度方向的特征尺度域为24×900m2…26×900m2,纬度对生态样线的NDVI特征尺度影响较小,不同纬度生态样线的NDVI特征尺度与样线的景观多样性和受人类活动干扰的程度有关;经度方向的特征尺度域为25×900m2…27×900m2尺度,不同经度NDVI特征尺度域自西向东存在明显的递增梯度,该梯度与DEM、坡度和地形起伏度梯度相吻合;NDVI生态样线的特征尺度域大小受控于研究区北北东-南南西走向的地质构造体系,该因素导致NDVI样线特征尺度的空间变异范围为21×900m2…23×900m2。     

基于结构方程的云冷杉阔叶混交林土壤有机碳影响因子

植被、凋落物、地形以及土壤属性都是土壤有机碳(SOC)变化的驱动因素,而多个驱动因素如何同时作用于SOC的研究较少。本文以云冷杉阔叶混交林为对象,通过样地调查、采样以及实验测定获得200组数据,包括不同土层土壤、植被以及不同分解层凋落物的数据,并通过遥感技术获得了地形数据。采用相关分析以及结构方程模型量化这些因子对SOC的影响。基于相关分析结果构建了5个潜变量,包含植被、地形、凋落物归还特征、土壤属性以及SOC含量和土壤有机碳密度(SOCD),选取了15个观测变量进行建模。结构方程模型的各项检验系数基本通过,且多元平方系数值为0.94,表明方程构建合理且效果较好,模型的收敛效度达标。4个预测潜变量对SOC含量和SOCD均有显著正效应,总效应从大到小表现为土壤属性(0.938)>地形(0.383)>植被(0.131)>凋落物归还特征(0.099),可解释部分效应贡献占比分别为60.5%、24.7%、8.4%和6.4%,其中高程、20～40 cm土壤全磷、20～40 cm土壤全氮、0～20 cm土壤全氮、20～40 cm土壤含水率为效应贡献前五位,对SOC含量和SOCD有...     

基于HNSOTER的海南岛土壤有机碳储量及空间分布特征分析

基于海南岛1∶200 000土壤 地体数字化数据库（HNSOTER）,在GIS系统的支持下,对海南岛土壤有机碳储量及分布特征进行了探讨.结果表明,1）标准剖深下（0～100 cm）,海南岛土壤有机碳储量为2.78×10⁸ t.2）0～20 cm剖深土壤有机碳密度变幅在0.3～18.8 kg·m^-2之间,其中1.0～5.0 kg·m^-2密度区占总分布面积的81.2%,按面积加权均值为3.3 kg·m^-2.0～100 cm剖深的土壤有机碳密度变幅在1.0～32.1 kg·m^-2 之间,其中2.0～14.0 kg·m^-2密度区面积比重占89.7%,按面积加权均值为8.4 kg·m^-2.不同地形、岩性及土壤类型中,土壤有机碳密度分布有较大变异.3）从中部山地向外至沿海平原,土壤有机碳密度总体上呈递减趋势,但不同剖深下其分布格局仍有一定差异.0～20 cm剖深下土壤有机碳密度高值区（丰富度指数大于1）主要分布于山地以及北部玄武岩台地,0～100 cm剖深下,有机碳密度高值区（丰富度指数大于1）趋向集中于中东部山地、台地区,且其分布重心较前者明显的向东偏移.     

火烧迹地不同恢复方式土壤有机碳分布特征

以大兴安岭1987年重度火烧后恢复的兴安落叶松人工林、樟子松人工林、人促杨桦林和天然次生杨桦林为对象,研究不同恢复方式林分土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳的分布特征.结果表明: 4种恢复方式林分的土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳分别为9.63～79.72 g·kg^-1、33.21～186.30 mg·kg^-1和200.85～1755.63 mg·kg^-1,且随土层深度增加而降低.不同恢复方式间土壤有机碳、土壤可溶性有机碳和土壤微生物生物量碳差异显著,以人促杨桦林最高,兴安落叶松人工林和天然次生杨桦林次之,樟子松人工林最低.各恢复方式林分的土壤微生物熵为1.1%～2.3%,以人促杨桦林最高,樟子松人工林最低,不同林分土壤微生物熵的垂直分布特征不同.土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤可溶性有机碳含量均呈显著正相关.人促杨桦林土壤有机碳活性高于其他林分,火烧迹地采用人工促进天然恢复的方式较人工恢复和天然恢复的土壤碳循环能力更强.     

河南省土壤有机碳分布空间自相关分析

运用空间自相关方法,对河南省1958年(第1次土壤普查)和1985年(第2次土壤普查)两个时间段土壤有机碳储量分布状况进行了研究.结果表明:空间自相关指标能够比较清楚地描述河南省2次土壤普查土壤有机碳储量的地理空间变化.1958年和1985年河南省土壤有机碳总储量分别约为54·93×108t和69·65×108t,年均增长率达1%.土壤有机碳密度时空分布总趋势为豫东南角及豫西高于豫东,豫北及豫中介于两者之间;豫东南角单位面积土壤有机碳储量损失较快,最快损失速率达到年均1·57%;豫东单位面积土壤有机碳储量增加较快,最大增长速率达到年均5·27%.河南省单位面积土壤有机碳储量的时空变化与土壤初始含碳量密切相关,土壤初始含碳量越高,有机碳损失越快.     

Daycent模型模拟不同农作管理措施下华北地区土壤有机碳的变化

基于华北地区3个长期定位试验站点（河南郑州、山东禹城和河北曲周）的试验数据,用站点实测作物产量和土壤有机碳（SOC）双标准对Daycent模型进行校验和验证.结果表明： 模型参数组合对作物产量和SOC的长期变化动态拟合效果良好,表明Daycent模型可较好地模拟作物产量和SOC的动态变化.用校验和验证了的模型对3个站点在气候情景RCP 4.5下4种不同管理措施（单施化肥NPK、化肥+有机肥MNPK、秸秆还田SNPK、免耕+秸秆NT）下SOC的变化动态进行模拟.结果表明： 郑州站点NPK、MNPK、SNPK处理中,MNPK处理的SOC相对年平均增幅最高,2001—2050年间的SOC年增幅达1.7%,其次为SNPK处理（年均增幅为1.3%）和NPK处理（年均增幅为0.8%）,从长远角度看,增施有机肥对灌溉轻壤土有机碳的增加有明显效果.在禹城站点,研究期间,MNPK处理的SOC年均增幅（0.4%）高于NPK处理（0.3%）,由于该站点土壤有轻度盐化特征,因此各措施下SOC的增幅较低.在曲周站点,NT处理更有利于SOC的增加,研究期间的SOC年均增幅达1.3%,远高于SNPK处理（0.7%）和NPK处理（0.4%）.华北地区气温适宜、灌溉条件好、具备秸秆还田及免耕机械条件,免耕+秸秆还田是该地区增加SOC的较好农作管理措施.     

两个基因型水稻利用有机磷的差异及其与根系分泌酸性磷酸酶活性的关系

以低磷条件下根系分泌酸性磷酸酶活性有显著差异的两个基因型水稻中部51和Azucena为材料,通过琼脂培养试验研究它们在无菌条件下利用植酸钠（IHP）的情况以及接种土壤微生物对水稻利用植酸钠能力的影响.结果表明：以植酸钠为磷源生长的中部51和Azucena的植株地上部干物质量、吸磷量和磷浓度均显著低于以无机磷为磷源生长的植株,植酸钠处理的水稻植株地上部吸磷量和磷浓度也均显著高于无磷处理植株,表明无菌培养条件下水稻能部分利用植酸钠.低磷条件下两个基因型水稻根系分泌酸性磷酸酶活性显著高于正常供磷处理,且低磷条件下中部51根系分泌的酸性磷酸酶活性较高,这可能是无菌条件下中部51利用植酸钠的能力高于Azucena的机理之一.高水平植酸钠处理（0.96 mmol P·L^-1）下两个基因型水稻植株地上部干物质量、磷含量及磷浓度均显著高于低水平植酸钠处理（0.16 mmol P·L^-1）,表明底物有效性可能是影响水稻利用植酸钠能力的限制因素之一.在低水平和高水平植酸钠处理下,接种土壤微生物对两个基因型水稻植株的地上部干物质量、磷含量及磷浓度均没有显著影响,表明在本试验中接种土壤微生物并不能显著提高水稻利用植酸钠的能力.     

上海崇明东滩两种典型湿地土壤有机碳汇聚能力差异及成因

通过分析上海崇明东滩南部冲刷带芦苇型砂壤土(A区)和东北部淤涨带芦苇/米草型粘土(B区)的有机碳含量和植被输入量,研究了异质性湿地土壤的有机碳汇聚能力,并从异质型土壤的微生物活性和理化性质的差异角度分析了造成土壤有机碳汇聚能力差异的主要原因.结果表明：A区土壤平均总有机碳含量仅为B区的46.10%(P<0.05),而A区地上部分的年均植物量仅比B区低9.16%,说明A区湿地土壤有机碳的输出量大于B区.A区细菌总数比B区高3.82倍(P<005),过氧化氢酶和转化酶活性分别比B区高4681%和3433%(P<0 05),且土壤微生物呼吸强度也高于B区.说明A区土壤的微生物碳代谢能力较强是导致其土 壤有机碳保留能力较弱的重要原因.A区砂壤土粒间孔隙较大、土壤通气透水性较好、含水 率与含盐量较低,有利于微生物生长,促进了土壤有机碳的分解;而B区的芦苇/米草型粘 土的含水量和含盐量高、微生物活性弱,有机碳氧化分解能力较低,具有较高的有机碳汇聚 能力.     

河南封丘县域农田土壤固碳速率空间变异特征及其影响因素

农田土壤固碳速率是评价土壤固碳效应和潜力的重要指标,精确估算区域农田土壤固碳速率对土壤地力及环境效应均具有重要意义.本研究选取黄淮海平原典型潮土区河南省封丘县为研究区域,按照土壤利用-土壤类型联合单元布点法,于2011年采集了70个耕层土样,测定了土壤有机碳含量、机械组成、容重、pH,并与全国第二次土壤普查(1981年)数据进行对比分析,结合地统计方法和GIS技术研究了该地区近30年农田土壤固碳速率的空间变异特征,利用显著性检验、回归分析、方差分析等方法定量分析了该区域农田土壤固碳速率的影响因素.结果表明: 近30年封丘县域土壤固碳速率平均值为0.33 t C·hm^-2·a^-1,变异系数为74%,属于中等变异性;土壤固碳速率的变化在东西方向上表现为西高东低、中部高南北低,呈片状分布,区域结构性因素是引起农田土壤固碳速率空间分布差异的主导因素,如土壤类型、机械组成、容重、pH,可解释空间变异的59.5%,其次是随机性因素,如秸秆还田量、施肥量,可解释空间变异的40.5%.     

稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一.为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析.结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P＜0.05),2.69倍(P＜0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草＞鸡粪＞猪粪＞化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO4氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低.由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一.     

不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征

作为土壤结构的基本单元和土壤肥力的重要组成部分,土壤团聚体对土壤的物理、化学和生物特性均有重要影响。试验选取了雅安市名山区中峰乡生态茶园区12—15a、20—22a、30—33a和50a的茶园,研究其土壤团聚体及其有机碳总量、储量和活性组分的分布特征,探究植茶年限对土壤团聚体及其有机碳分布的影响。结果表明:(1)研究区土壤以2 mm粒级团聚体为主,约为70%—80%,且在0—20 cm土层植茶20—22a土壤团聚体含量最高;(2)茶园土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的减小而增加,最大值出现在0.25 mm粒级团聚体,且在植茶50a时达最高值,0—20 cm土层团聚体有机碳含量均高于20—40 cm,土壤团聚体水溶性有机碳和微生物生物量碳随植茶年限的延长呈先增加后降低的变化趋势,植茶30—33a时含量最高,且小粒级团聚体水溶性有机碳含量较高而微生物量碳较低;(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有70%来自2 mm粒级团聚体,团聚体有机碳储量随植茶年限延长呈增加的趋势,不同植茶年限0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层,且以0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高。研究结果在一定程度上揭示了不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳的分布特征,可为改善区域土壤质量及实施退耕还茶工程提供理论指导。