中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (8): 1517-1532.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.08.008
冯晓琳1(), 张楚天1, 许晨阳1,2(
), 耿增超1,2(
), 胡斐南3,4, 杜伟1,2
收稿日期:
2023-05-30
接受日期:
2023-07-17
出版日期:
2024-04-16
发布日期:
2024-04-24
通信作者:
联系方式:
冯晓琳,E-mail:fxl20170901@163.com。
基金资助:
FENG XiaoLin1(), ZHANG ChuTian1, XU ChenYang1,2(
), GENG ZengChao1,2(
), HU FeiNan3,4, DU Wei1,2
Received:
2023-05-30
Accepted:
2023-07-17
Published:
2024-04-16
Online:
2024-04-24
摘要:
【目的】土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用,然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据。【方法】收集陕西省1980s和2010s两期的65个和142个土壤样本以及相关的地形因素、气候条件、土地利用类型、植被状况和土壤性质数据,采用方差分析和随机森林(Random Forest,RF)模型分析土壤无机碳含量的时间和空间分布特征,并探讨土壤无机碳含量变化的影响因素。【结果】陕西省1980s各区域的土壤无机碳含量表现为:陕北>关中>陕南;与1980s相比,2010s陕北土壤无机碳含量下降了31.5%,关中地区基本保持不变,陕南小幅度上升。1980s到2010s,0—100 cm剖面上不同土层无机碳含量的降幅范围为20.6%—27.7%,其中以0—20和80—100 cm土层降幅最大。随机森林模型分析表明,年平均降水量、容重、pH是影响1980s和2010s土壤无机碳含量变化的重要因素,在年平均降水量450—650 mm时土壤无机碳含量最高;土壤无机碳含量随着pH的增加而增加;低容重土壤无机碳含量高于高容重土壤。【结论】总体来看,陕西省土壤无机碳含量呈现从北向南逐渐降低的趋势。与1980s相比,2010s陕西省表层土壤和陕北地区整个土壤剖面无机碳含量显著下降,1980s和2010s陕西省土壤无机碳含量主要受年平均降水量、pH、容重的调控。
冯晓琳, 张楚天, 许晨阳, 耿增超, 胡斐南, 杜伟. 陕西省土壤无机碳的时空分布特征及影响因素[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1517-1532.
FENG XiaoLin, ZHANG ChuTian, XU ChenYang, GENG ZengChao, HU FeiNan, DU Wei. Spatiotemporal Distribution Characteristics and Influencing Factors of Soil Inorganic Carbon in Shaanxi Province[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(8): 1517-1532.
表1
陕西省1980s和2010s样点土壤无机碳含量及各因素描述性统计"
因子 Factor | 时期 Period | 最小值 Min | 最大值 Max | 平均值 Mean | 标准差 SD | 峰度 Kurtosis | 偏度 Skewness | 变异系数 CV(%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
土壤无机碳含量 SIC (g·kg-1) | 1980s | 0.14 | 36.24 | 9.17 | 6.46 | 3.34 | 1.01 | 70.4 |
2010s | 0.14 | 29.62 | 6.88 | 6.19 | 0.88 | 0.97 | 90.0 | |
海拔 Altitude (m) | 1980s | 256.00 | 2875.00 | 878.31 | 462.18 | 4.30 | 1.50 | 52.6 |
2010s | 318.00 | 2499.00 | 908.74 | 413.67 | 0.70 | 0.83 | 46.0 | |
坡度 Slope (°) | 1980s | 0.20 | 18.37 | 5.29 | 4.99 | -0.45 | 0.95 | 94.4 |
2010s | 0.37 | 32.38 | 6.44 | 6.21 | 1.73 | 3.17 | 97.0 | |
坡向 SD | 1980s | 0.00 | 349.79 | 157.06 | 93.21 | -0.92 | 0.03 | 59.4 |
2010s | 6.34 | 357.88 | 166.63 | 105 | 0.32 | -1.07 | 63.0 | |
曲率 Curvature | 1980s | -0.39 | 0.65 | 0.03 | 0.20 | 1.27 | 0.68 | 703.3 |
2010s | -1.14 | 1.34 | -0.04 | 0.28 | -0.04 | 6.51 | 700.0 | |
年平均降水量 MAP (mm) | 1980s | 373.31 | 1448.37 | 658.62 | 205.24 | 2.62 | 1.18 | 31.2 |
2010s | 337.06 | 993.64 | 645.23 | 170.67 | 0.28 | -0.78 | 26.0 | |
年平均温度 MAT (℃) | 1980s | 4.90 | 15.83 | 10.98 | 2.51 | -0.83 | -0.13 | 22.8 |
2010s | 4.72 | 16.78 | 12.51 | 2.68 | -0.20 | -1.02 | 21.0 | |
归一化植被指数 NDVI | 1980s | 0.28 | 0.97 | 0.64 | 0.24 | 0.05 | -0.66 | 38.7 |
2010s | 0.19 | 0.88 | 0.63 | 0.16 | -0.70 | -0.40 | 26.0 | |
容重 BD (g·cm-3) | 1980s | 1.28 | 1.37 | 1.35 | 0.02 | 3.07 | -1.60 | 1.4 |
2010s | 1.14 | 3.88 | 1.50 | 0.24 | 75.93 | 7.44 | 15.7 | |
pH | 1980s | 6.1 | 9.2 | 8.1 | 0.63 | 1.77 | -1.35 | 7.7 |
2010s | 5.7 | 9.9 | 8.3 | 0.73 | 1.68 | -1.26 | 8.8 |
[1] |
doi: 10.1016/j.ecolind.2021.107633 |
[2] |
doi: 10.1111/gcb.14054 pmid: 29341449 |
[3] |
doi: 10.1126/science.1160232 |
[4] |
doi: 10.1016/S0168-1923(02)00231-9 |
[5] |
doi: 10.1016/j.catena.2020.104831 |
[6] |
doi: 10.1038/ngeo339 |
[7] |
许文强, 陈曦, 罗格平, 蔺卿. 土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望. 干旱区地理, 2011, 34(4): 614-620.
|
|
|
[8] |
pmid: 11822713 |
[9] |
doi: 10.1016/j.catena.2019.104104 |
[10] |
doi: 10.1016/j.still.2019.104461 |
[11] |
涂夏明, 曹军骥, 韩永明, 沈振兴, 张宝成. 黄土高原表土有机碳和无机碳的空间分布及碳储量. 干旱区资源与环境, 2012, 26(2): 114-118.
|
|
|
[12] |
党珍珍, 王凯博, 周正朝, 张晓艳. 黄土丘陵区人工刺槐林恢复对土壤碳库动态的影响. 干旱区研究, 2015, 32(6): 1082-1087.
|
|
|
[13] |
张力. 黄土丘陵沟壑区不同植被恢复下土壤有机碳和无机碳动态变化研究[D]. 北京: 中国科学院大学 (中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心), 2018.
|
|
|
[14] |
陕西省统计局, 国家统计局陕西调查总队. 陕西统计年鉴-2022. 北京: 中国统计出版社, 2022.
|
Shaanxi Provincial Bureau of Statistics. Survey Office of the National Bureau of Statistics in Shaanxi. Shaanxi Statistical Yearbook. Beijing: China Statistics Press, 2022. (in Chinese)
|
|
[15] |
陕西省土壤普查办公室. 陕西土种志. 西安: 陕西科学技术出版社, 1993.
|
Soil Census Office of Shaanxi Province. History of Shaanxi Soil Species. Xian: Shaanxi Science and Technology Press, 1993. (in Chinese)
|
|
[16] |
郭兆元, 黄自立, 冯立孝. 陕西土壤. 北京: 科学出版社, 1992.
|
|
|
[17] |
常庆瑞, 齐雁冰, 刘梦云. 中国土系志·陕西卷. 北京: 科学出版社, 2021.
|
|
|
[18] |
姜赛平, 张认连, 张维理, 徐爱国, 张怀志, 谢良商, 冀宏杰. 近30年海南岛土壤有机质时空变异特征及成因分析. 中国农业科学, 2019, 52(6): 1032-1044. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.06.007.
|
|
|
[19] |
doi: 10.1002/jame.v5.2 |
[20] |
申哲, 张认连, 龙怀玉, 徐爱国. 基于机器学习方法的宁夏南部土壤质地空间分布研究. 中国农业科学, 2022, 55(15): 2961-2972. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.15.008.
|
|
|
[21] |
郭洋, 李香兰, 王秀君, 王家平, 王旭峰, 马明国, 谢先红, 孙敏敏. 干旱半干旱区农田土壤碳垂直剖面分布特征研究. 土壤学报, 2016, 53(6): 1433-1443.
|
|
|
[22] |
张瑞. 黄土高原土壤无机碳密度分布、储量及影响因素[D]. 北京: 中国科学院大学 (中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心), 2012.
|
|
|
[23] |
潘根兴. 中国干旱性地区土壤发生性碳酸盐及其在陆地系统碳转移上的意义. 南京农业大学学报, 1999, 22(1): 51-57.
|
|
|
[24] |
doi: 10.1007/s11104-017-3310-1 |
[25] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.154087 |
[26] |
|
[27] |
doi: 10.1111/gcb.2008.14.issue-10 |
[28] |
doi: 10.1016/S0016-7061(01)00059-3 |
[29] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.155463 |
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
doi: 10.1016/j.catena.2019.104366 |
[33] |
崔丽峰, 刘丛强, 涂成龙, 李龙波, 丁虎. 黄土地区不同覆被下土壤无机碳分布及同位素组成特征. 生态学杂志, 2013, 32(5): 1187-1194.
|
|
|
[34] |
doi: 10.1016/j.catena.2015.01.028 |
[35] |
doi: 10.1016/j.catena.2012.02.012 |
[36] |
doi: 10.1016/j.agee.2008.10.020 |
[37] |
doi: 10.1016/j.agrformet.2010.01.002 |
[38] |
doi: 10.2135/cropsci2015.06.0342 |
[39] |
|
[40] |
周建斌, 陶静静, 赵梦真, 崔娇娇, 刘占军, 陈竹君. 农业生产对石灰性土壤无机碳库损失的影响. 土壤学报, 2022, 59(3): 593-602.
|
|
|
[41] |
李小涵, 李富翠, 刘金山, 郝明德, 王朝辉. 长期施氮引起的黄土高原旱地土壤不同形态碳变化. 中国农业科学, 2014, 47(14): 2795-2803. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.14.010.
|
|
[1] | 张英, 原青云, 任芳, 胡国君, 范旭东, 董雅凤. 葡萄浆果内坏死病毒RT-qPCR检测技术建立及其在葡萄砧木中的时空分布规律[J]. 中国农业科学, 2024, 57(14): 2771-2780. |
[2] | 曹鹏, 许建建, 李楚欣, 王新亮, 王春庆, 宋晨虎, 宋震. 柑橘黄化花叶病毒的实时定量PCR检测及其在寄主植株中的时空分布规律[J]. 中国农业科学, 2023, 56(18): 3574-3584. |
[3] | 熊淑萍, 高明, 张志勇, 秦步坛, 徐赛俊, 付新露, 王小纯, 马新明. 基于GIS的河南省小麦产量及产量构成要素时空差异分析[J]. 中国农业科学, 2022, 55(4): 692-706. |
[4] | 米晓田,石磊,何刚,王朝辉. 陕西省小农户作物生产的减肥潜力及经济效益评价[J]. 中国农业科学, 2021, 54(20): 4370-4384. |
[5] | 张振华,丁建丽,王敬哲,葛翔宇,王瑾杰,田美玲,赵启东. 集成土壤-环境关系与机器学习的干旱区土壤属性数字制图[J]. 中国农业科学, 2020, 53(3): 563-573. |
[6] | 丁怡博,徐家屯,李亮,蔡焕杰,孙亚楠. 基于SPEI和MI分析陕西省干旱特征及趋势变化[J]. 中国农业科学, 2019, 52(23): 4296-4308. |
[7] | 李世景, 徐萍, 张正斌, 卫云宗. 黄淮旱地冬小麦农艺性状与生育期气象因子的时空分布特征及互作关系[J]. 中国农业科学, 2019, 52(10): 1686-1697. |
[8] | 郭尔静,杨晓光,王晓煜,张天一,黄晚华,刘子琪,Tao Li. 湖南省双季稻产量差时空分布特征[J]. 中国农业科学, 2017, 50(2): 399-412. |
[9] | 赵双进, 唐晓东, 赵鑫, 冯燕, 赵聪聪, 张孟臣. 大豆开花落花及时空分布的观察研究[J]. 中国农业科学, 2013, 46(8): 1543-1554. |
[10] | 董朝阳1, 杨晓光1, 杨婕1, 解文娟12, 叶清13, 赵锦1, 李克南1. 中国北方地区春玉米干旱的时间演变特征和空间分布规律[J]. 中国农业科学, 2013, 46(20): 4234-4245. |
[11] | 王静, 杨晓光, 吕硕, 刘志娟, 李克南, 荀欣, 刘园, 王恩利. 黑龙江省春玉米产量潜力及产量差的时空分布特征[J]. 中国农业科学, 2012, 45(10): 1914-1925. |
[12] | 同延安, Ove Emteryd, 张树兰, 梁东丽. 陕西省氮肥过量施用现状评价[J]. 中国农业科学, 2004, 37(08): 1239-1239 . |
[13] | 许春霞, 李向民, 王星, 张一平. 陕西不同地区银杏叶能量及热解特性研究[J]. 中国农业科学, 2004, 37(06): 896-896 . |
[14] | 王振营,何康来,文丽萍,张广义,郑礼. 第四代棉铃虫卵在华北夏玉米田的时空分布[J]. 中国农业科学, 2001, 34(2): 153-156 . |
|