基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测

为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子（地形因子和植被覆盖指数）和邻近信息[w（有机质）与w（速效钾）],构建OK法（普通克里金法）、RK1法（仅基于环境因子的回归克里金法）以及RK2法（基于环境因子和邻近信息的回归克里金法）对齐埠镇耕地表层（0~20 cm）土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w（有机质）平均值为35.03 g/kg,w（速效钾）平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w（有机质）、w（速效钾）预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w（有机质）、w（速效钾）空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.      

太湖西岸湖滨带沉积物氮磷有机质分布及评价

采集了太湖西岸湖滨带的表层沉积物,研究了沉积物中氮、磷和有机质的空间分布并进行评价.结果表明,表层沉积物氮、磷和有机质含量基本上呈由近岸向远岸递增的趋势,各点表层沉积物有机质平均含量7 124.00 mg.kg-1,介于2 261.78～11 963.10 mg.kg-1;总氮平均含量819.20 mg.kg-1,介于343.20～1 390.12 mg.kg-1;总磷平均含量379.39 mg.kg-1,介于197.46～570.85 mg.kg-1.沉积物中C/N值为9.5.沉积物中有机质及营养盐来源于湖中藻类和水生高等植物.采用有机指数和有机氮评价太湖西岸湖滨带沉积物的环境质量,有机指数平均为0.037,有机氮为0.044%,总体上属于尚清洁范畴.远岸端点位沉积物有机指数及有机氮含量均较高,存在转为有机污染的风险.     

基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的土壤有机质空间分布预测

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标,提高区域有机质空间分布预测精度十分必要.利用黄河流域卫宁平原采集的1 690个土壤表层（0~20 cm）有机质及自然环境、人类活动数据,通过1 348个点采用经典统计学、确定性插值、地统计插值和机器学习的方法分别建立了土壤有机质空间分布预测模型,以342个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度.结果表明,卫宁平原土壤表层ω（SOM）的平均值为14.34 g·kg^-1,1 690个采样点土壤有机质变异系数为34.81%,为中等程度变异,呈现出东北部、西南地区含量低,中间黄河左右岸和地势平缓的黄河阶地相对含量高的空间分布趋势.4类方法的预测精度大小为：机器学习法>地统计插值方法>确定性插值方法>经典统计学方法.通过对比,基于改进麻雀搜索算法优化的BP神经网络预测精度最好,改进后的麻雀搜索算法具有更优的收敛精度,避免了陷入局部最优,防止了数据过拟合,具有较好的预测能力,该优化算法可以提高土壤有机质含量预测精度,在土壤属性预测上有良好的应用前景.     

黄土丘陵沟壑区地形和土地利用对深层土壤有机碳的影响

研究地形和土地利用对深层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的影响,对准确评估土壤固碳潜力和土壤碳循环具有重要意义.以3种地形(峁顶、峁坡、沟底)和7种土地利用类型(农田、果园、天然草地、人工与天然灌木林、人工与天然乔木林)为对象,在黄土丘陵沟壑区燕沟流域采集53个0～1m土壤剖面中6个层次,898个土壤样品,研究了地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域深层SOC含量和分布影响.结果表明,地形、土地利用方式、土层深度及其两两交互作用对流域深层SOC空间分布有极显著影响(p0.01).深层(10～100cm)与表层(0～10cm)SOC在3种地形的分布不同.对于表层土壤(0～10cm),峁坡SOC含量(10.7g·kg-1)最高,其次是沟底(8.9g·kg-1),峁顶最低(4.4g·kg-1);对深层土壤有机碳,沟底最高(5.6g·kg-1),峁坡次之(4.5g·kg-1),峁顶最低(3.2g·kg-1).深层SOC空间分布因土地利用方式存在显著差异.与农田相比,果园0～40cm土层SOC含量降低21%,但80～100cm土层SOC含量提高13%;天然灌木林40～100cm平均含量(5.3g·kg-1)较农田高66%(p0.05);但天然乔木林40～100cm与其它土地利用方式差异较小.沟底深层(20～100cm)SOC储量(5.04kg·m-2)最大,占1m剖面SOC储量的71.4%;峁坡占63.6%;峁顶占72.3%.深层(20～100cm)SOC储量天然灌木林最高,为6.01kg·m-2,占1m剖面SOC储量的64.7%,天然乔木林深层相对储量最小,仅占49.7%;农田和果园深层相对储量均达到70%以上.     

庙岛群岛南五岛土壤性质空间分布及其影响因子

土壤是海岛生态系统的基底,对维持海岛生态系统活力具有重要意义。独特的自然环境条件和日益增强的人类活动使得海岛土壤性质受到复杂因素的影响。以庙岛群岛南五岛为研究区,通过现场调查和遥感技术,从样地尺度和海岛尺度分析土壤性质的空间分布特征及其影响因子,结果显示:（1）庙岛群岛南五岛土壤含水量、pH、含盐量、有机质、总碳、总氮、速效磷和速效钾的平均值分别为18.98%、6.53、0.088%、20.75 g/kg、15.05 g/kg、1.23 g/kg、3.83 mg/kg和85.87 mg/kg。土壤性质在海岛之间和海岛内部均表现出了一定的空间分异性。（2）样地尺度上,地表覆盖类型和植被生长状况是海岛土壤性质的主要影响因素,地形主要通过影响地表覆盖类型进而影响土壤性质,离岸距离对土壤性质空间分布影响较小;海岛尺度上,土壤性质对各影响因子的响应较不灵敏。     

瓦埠湖流域庄墓镇农田土壤氮磷分布及流失风险评估

为揭示瓦埠湖流域庄墓镇农田土壤氮磷含量、分布及其流失风险状况,在该镇下辖的10个行政村,采集农田表层土壤样162份.在对不同形态氮、磷含量分析测试的基础上,采用氮磷指数法量化土壤氮磷流失风险,并以基于ArcGIS的Kriging插值技术,对全氮全磷含量、生物有效性氮磷含量及氮磷指数值进行空间插值模拟.结果表明,该镇土壤全氮含量平均值为1.67 g·kg-1,全磷为0.71 g·kg-1;生物有效性氮磷含量平均值分别为0.26 g·kg-1和0.33 g·kg-1,分别占全氮全磷含量的14.93%和47.30%.全氮含量较高的采样点主要散布在侯集村、杨湾村、刘浅村;全磷含量较高的采样点主要集中在侯集村、杨湾村、枣林村.整个庄墓镇土壤氮、磷指数平均值分别为2.11和2.13.10个行政村氮、磷总指数大小排序为:杨湾村>庄墓村>薛桥村>刘浅村>李庄村>金桥村>枣林村>张圩村>侯集村>徐岗村.总体上,庄墓镇土壤氮流失以中、低风险为主,高风险区仅零星出现在杨湾村局部地方;磷流失风险也以低风险为主,中等以上风险也主要集中在杨湾村.     

东营市孤岛地区土壤中类二噁英类PCBs的污染特征

2011年4月采集了东营市孤岛地区20个表层土壤样品,采用索氏提取-弗罗里土柱净化-气相色谱-电子捕获检测器检测的方法对采集的样品进行测定,揭示了该地区表层土壤中类二英类PCBs(dioxin-like polychlorinated biphenyls,DL-PCBs)的污染特征.结果表明,DL-PCBs的含量范围为1.4～7.4μg·kg-1,平均含量为(3.5±1.7)μg·kg-1;DL-PCBs的毒性当量为1.2～31.8 ng·kg-1,平均值为5.4 ng·kg-1,超过了加拿大土壤环境质量标准(4.0 ng·kg-1).各采样点间DL-PCBs的同系物组成相似,均以四氯联苯和五氯联苯为主,两者之和超过DL-PCBs总量的80%;从孤岛城镇到郊区,DL-PCBs的含量逐渐降低,这与许多化工厂分布在城镇周围有关.相关性分析显示,土壤中DL-PCBs的含量与土壤有机碳含量与黏粒含量显著正相关(R2分别为0.732和0.687,P<0.01),而与土壤砂粒含量负相关(R2=-0.438,P<0.05).     

青藏高原中东部表层土壤中多环芳烃的分布特征、来源及生态风险评价

2013年7~8月采集了青藏高原中东部地区55个表层土壤样品,对土壤中多环芳烃(PAHs)的分布特征、来源等进行了研究,并对表层土壤中的PAHs进行了生态风险评价.土壤样品进行超声萃取,HLB固相萃取小柱净化后,采用GC-MS对土壤中美国EPA优先控制的16种PAHs进行了检测分析.研究区域土壤中16种PAHs的总量为40.47~1 276.40μg·kg-1,平均值为267.97μg·kg-1.以2~3环的PAHs为主,占PAHs的质量分数为47.15%~88.51%,平均值为70.90%,其中菲所占质量分数最高.用比值法和主成分分析法进行来源解析,结果显示青藏高原中东部土壤中PAHs主要来源于石油燃烧和生物质的燃烧.土壤中苯并(a)芘的毒性当量浓度TEQBa P范围为3.73~79.32μg·kg-1,平均值为12.84μg·kg-1.有4%的采样点超过荷兰土壤标准目标值(33.00μg·kg-1),青藏高原中东部少部分表层土壤存在潜在的生态风险.     

黄土丘陵区不同有机碳水平侵蚀坡面土壤微生物量碳的分布特征

通过分析5种不同有机碳水平侵蚀坡面上土壤微生物量碳的空间分布特征及其影响因素,探究了不同土壤有机碳水平下侵蚀和土壤微生物量碳的"压力-响应"关系.结果表明:10~20 cm土层土壤微生物量碳含量随土壤有机碳水平的增加而增加.0~10 cm土层土壤微生物量碳含量比10~20 cm土层更易受坡面有机碳背景的影响,且对侵蚀的响应较敏感;2土壤微生物碳含量随着土层深度的加深而减少,当坡面有机碳水平为5.68 g·kg-1时,土壤微生物量碳的剖面分布差异最大.土壤微生物量碳的水平分布表现为沉积区对照区侵蚀区,当坡面有机碳含量在4.92~5.65 g·kg-1范围内,其水平分布差异较大.即在中等有机碳水平的侵蚀坡面上,土壤微生物量碳的空间分布差异较大,对侵蚀的响应较敏感;3土壤微生物量碳的空间分布主要受坡面土壤有机碳水平的影响;其次受坡位、土壤平均含水量、土壤容重等的影响.     

川中丘陵县域土壤氮素空间分布特征及其影响因素

根据四川仁寿县555个表层土壤样点数据,采用地统计学和回归分析方法,对该区土壤全氮和碱解氮的空间变异特征进行分析,并探讨了不同因素对其空间变异的影响程度.结果表明,研究区土壤全氮(TN)含量在0.34~2.57 g·kg-1之间,平均值为1.12 g·kg-1,处于中等水平;碱解氮(AN)含量在25.86~184.17 mg·kg-1范围内,平均值为74.35 mg·kg-1,处于较缺乏水平.土壤TN和AN的块金效应分别为0.608和0.790,TN具有中等空间相关性,受结构因素与随机因素共同影响,而AN则主要受随机因素影响.空间上,TN和碱解氮均表现出北高南低趋势.成土母质可独立解释6.3%和1.0%的TN和AN空间变异;土壤类型对研究区TN和AN的空间变异的独立解释能力分别在26.5%~36.1%和27.7%~28.7%之间;地形条件对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为5.5%、6.1%;土地利用方式对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为37.7%、40.0%.土地利用方式对氮素空间变异的独立解释能力最高,是引起研究区土壤氮素空间变异最主要的因素.     

不同施肥处理对红壤丘陵区水稻土养分状况的影响

研究依托千烟洲生态站,利用1998年建立的红壤稻田长期定位施肥试验,研究不同施肥处理对水稻土土壤碳及养分的影响。结果表明:①施用有机肥有利于提高土壤碳、 氮、 磷含量,土壤总有机碳(SOC)含量达到16.8 g·kg^-1,全氮(TN)含量达到1.5 g·kg^-1,速效氮(AN)含量达到153.8 mg·kg^-1,速效磷(AP)含量达到43.3 mg·kg^-1,而土壤速效钾(AK)含量仅达到23.0 mg·kg^-1,低于施用化肥的各个处理;②施用氮、 磷、 钾肥减缓了红壤水稻土酸化趋势,显著增加土壤AP(12.3~47.1 mg·kg^-1)、 AK(22.3~54.5 mg·kg^-1)含量;③秸秆还田可以提高稻田红壤SOC(10.8 g·kg^-1)、 TN(1.1 g·kg^-1)含量。因此,建议在红壤稻田施入适量有机肥,提倡秸秆还田,提高土壤碳含量,同时配合施用钾肥,满足作物对养分的需求;化肥、 有机肥施用量需要考虑其对水体氮、 磷污染的潜在风险。     

植被对黄土高原沟壑区坡地土壤有机碳的影响

选取高原沟壑区王东沟流域内典型的治理坡段,研究不同植被条件下土壤有机碳、氮的含量变化和坡面分布特征。结果表明:与荒草(白羊草)群落相比,油松群落条件下,土壤有机碳含量提高9.3%(P>0.05),而果园土壤有机碳含量降低40.1%(P<0.05)。沙棘、侧柏和刺槐群落下,土壤有机碳含量虽低于荒草群落,但尚未达到显著水平(P>0.05)。果园和刺槐群落下坡面有机碳变化趋势不明显;杏树群落下表现为坡中部含量高,上部和下部低;白羊草群落下坡面有机碳含量从上到下逐渐增加。不同植被条件下土壤全氮与土壤有机碳存在极显著(R²=0.925)的相关关系。     

气候变暖对四川盆地水稻土有机碳含量变化的影响

气候变暖会提高土壤温度从而导致土壤碳释放,但也可以通过提高初级生产力增加土壤有机碳.农田土壤被认为具有巨大的固碳潜力,然而大区域尺度上气候变暖如何影响农田土壤有机碳变化尚缺少直接观测.水稻土是我国重要的耕作土壤之一,基于1980～1985年全国第二次土壤普查获得的2 217个样点数据和2017～2019年2 382个实地采样数据,分析了四川盆地水稻土表层土壤有机碳含量的变化特征,并探究了水稻土有机碳含量变化与气温、降雨量、农田利用方式、施肥强度和粮食产量的关系.结果表明,近40年间四川盆地水稻土表层有机碳含量从13.33 g·kg^-1上升到15.96 g·kg^-1,增长了2.63 g·kg^-1,呈“碳汇”效应;不同地貌区和不同二级流域水稻土有机碳含量变化幅度不同.水稻土有机碳含量增加量与年均气温呈正相关关系,与年均降雨量呈负相关关系,与年均施肥量及其增长速率、年均粮食产量及增长率则均呈先增加后降低的抛物线关系.不同农田利用方式下水稻土有机碳含量增加量与年均气温增长率关系不同,年均气温增长率的增加仅在水旱轮作下对有机碳增长...     

渭北生草果园土壤有机碳矿化及其与土壤酶活性的关系

通过短期(31 d)室内培养法测定苹果园清耕、苹果∕白三叶间作、苹果∕小冠花间作这3种管理模式下土壤有机碳矿化动态和4种土壤酶活性,探讨了渭北果园不同生草条件下土壤有机碳矿化规律及其与土壤酶活性的关系.结果表明,在培养过程中,3种管理模式下土壤有机碳日矿化率均表现出先升高后降低,后期保持低且比较稳定的趋势.培养31 d后,与对照处理土壤有机碳矿化累积量为367 mg·kg-1相比较,白三叶处理最大为590 mg·kg-1、小冠花处理为541 mg·kg-1,并且3个处理在垂直方向上有机碳累积矿化量均随土层深度增加而减小.由一级动力学方程拟合发现,生草果园土壤有机碳矿化碳潜力(Cp)和矿化速率常数(k)值分别为0.252~2.74 g·kg-1和0.019~0.051 d-1,果园生草处理Cp值与对照处理Cp值差异显著,并且土壤蔗糖酶和纤维素酶与土壤有机碳矿化有较高的相关性.     

不同火烧强度林火对大兴安岭北坡兴安落叶松林土壤化学性质的长期影响

大兴安岭地区是林火多发区,论文比较了未火烧兴安落叶松林与火烧20 a后兴安落叶松(轻度、中度、重度火烧兴安落叶松林)土壤pH值、土壤养分以及土壤养分比值之间的差异。研究结果表明:重度、中度、轻度火烧森林土壤的pH值为4.79、4.76、4.63,高于对照森林土壤的pH值(4.53);重度、中度、轻度火烧森林土壤的C含量(55.19、84.63、127.91 g.kg-1)、N含量(2.32、3.97、5.27 g.kg-1)、P含量(0.22、0.21、0.25g.kg-1)和K含量(31.97、32.56、34.65g.kg-1)都低于对照森林土壤(137.67、5.61、0.27、37.96g.kg-1);重度、中度、轻度火烧森林土壤的C/N值(23.68、21.54、24.27)也低于对照土壤(24.63);轻度火烧土壤的C、N含量与中度、重度火烧土壤的C、N含量差异明显。说明了火烧20 a后,其森林土壤与对照森林土壤之间仍然有差异。     

水淹频率增加对闽江口湿地土壤有机碳及其活性组分的影响

研究河口湿地土壤有机碳及其活性组分对水淹频率的响应,对认识海平面上升背景下湿地土壤碳循环具有重要意义.本文以闽江河口湿地为研究区,测定了区内6、7和8月高潮滩(偶尔水淹,H样地)和中潮滩(频繁水淹,M样地)表层土壤有机碳(SOC)及其活性组分-微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)及可溶性有机碳(DOC)的含量,并进一步通过原位培养方法(H样地植物-土壤移动到M样地进行培养)分析了水淹频率增加对SOC及其活性组分的影响.结果表明:H样地SOC、EOC、MBC和DOC含量平均值分别为45.11 g·kg-1、30.21 g·kg-1、385.29 mg·kg-1和749.98 mg·kg-1,总体显著高于而M样地SOC、EOC、MBC和DOC含量(p0.05),高出的比例分别为161.81%、136.2%、200.6%和710.86%;野外培养90 d后,SOC和EOC均无显著变化,而MBC和DOC随培养时间延长,影响逐渐增大,90 d培养后,两者均显著下降,下降比例分别为28.21%和93.84%;此外,SOC及其活性组分在一定程度上受到土壤理化性质的影响,除EOC外,SOC、MBC和DOC均与p H、TN和TP呈显著相关(p0.01).这些结果表明,在较长时间尺度,水淹频率可以直接影响SOC及其活性组分,也可能通过影响p H、TN和TP等因子,间接影响SOC及其活性组分.     

西南地区紫色水稻土活性碳库的季节动态

以西南大学农业部紫色土生态环境重点野外科学观测试验站试验田为研究对象,探讨了土壤有机碳(soil organiccarbon,SOC)、易氧化有机碳(readily oxidized carbon,ROC)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)的季节变化。结果表明,在油菜生长季,紫色水稻土SOC、ROC及MBC含量具有相似的季节变化特征,表现为在油菜生长初期和末期含量高,而在生长中期含量低;三者的含量均在生长末期达到最高,分别为16.20g.kg-1、3.58 g.kg-1及309.70 mg.kg-1.DOC含量的季节变化模态为单峰型,在植物生长中期达到最高值37.64 mg.kg-1.各活性有机碳组分的分配比例与其含量的季节变化趋势大致相同,ROC、DOC分配比例以及微生物商的季节变化范围分别为15.49%～23.93%、0.11%～0.32%和1.44%～2.06%.SOC及ROC含量主要取决于地下5 cm处温度、土壤N含量及pH值,MBC含量的主要影响因子为地下5 cm处温度、根系生物量及根系C、N含量,DOC含量主要受土壤水分含量的限制.     

基于遥感与随机森林算法的陕西省土壤有机质空间预测

遥感数据作为反映土壤组成结构及植被生长状况的数据源,借助辅助环境因子的土壤属性预测在数字土壤制图中日益受到重视。论文运用随机森林（Random Forest,RF）算法,基于AWIFS（分辨率56 m）和MODIS（分辨率250 m）遥感数据及501个实测样点数据对陕西省土壤有机质空间分布状况进行预测,并对预测精度进行估算。结果表明陕西省土壤有机质含量以南部的秦岭山地区和大巴山区为最高,土壤有机质含量大于25 g·kg^-1,黄土高原南部处于中等水平,大部分在16~25 g·kg^-1之间,关中平原和汉中低山丘陵区含量偏低,大部分在13~25 g·kg^-1,而黄土高原北部和风沙滩区含量大部分低于10 g·kg^-1。基于AWIFS影像的预测效果要优于MODIS影像,成像日期对有机质预测的影响不大。基于RF模型的土壤有机质预测精度在设定的不同抽样百分比条件下,独立验证数据集的平均误差大部分不超过3 g·kg^-1,预测值与实测值的相关系数在0.7以上。高程是影响土壤有机质预测的最重要因子,当影像的分辨率降低时,样点分布的地理经纬度和坡度对土壤有机质预测的影响上升,植被因子的影响程度下降。     

1981—2010年内蒙古草地土壤有机碳时空变化及其气候敏感性

草地土壤有机碳储量巨大,其较小幅度的波动即可能显著反馈于气候变化. 基于1981—2010年内蒙古自治区境内及其周边共计92个气象台站气候要素插值数据,采用空间化的生物地球化学模型——CENTURY 4.5,模拟分析近30年来内蒙古草地表层(0~20 cm)土壤有机碳的空间格局与动态变化特征,并通过构建气候变化情景探讨其对主要气候要素的敏感性. 结果表明:近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度平均值约为1.99 kg/m2(以C计),在空间上呈由东北向西南逐渐减少的分布特征. 近30年来内蒙古草地表层土壤有机碳密度略有增加,年均增幅约0.22%,其中草甸草原的增速〔14.25 g/(m2·a)〕最大,荒漠草原的增速〔1.36 g/(m2·a)〕最小. 草地表层土壤有机碳密度年际变化差异明显,1980s至1990s的增加较为缓慢,1990s至2000s的增幅约为前者的2倍,其中草甸草原和典型草原土壤有机碳增幅较大. 气候敏感性分析结果显示,区域降水量变化可能是近30年内蒙古草地表层土壤有机碳密度变化的主要影响因素,但不同草地类型表层土壤有机碳密度对气候变化的敏感性存在较大差异;典型草原与草甸草原表层土壤有机碳变化主要受控于降水量变化,荒漠草原则主要受控于温度变化.