中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (6): 1145-1158.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.06.008
吴欣珈1(), 薛玮2, 严翊丹1, 聂莹莹1, 叶立明3, 徐丽君1(
)
收稿日期:
2024-05-14
接受日期:
2024-11-11
出版日期:
2025-03-25
发布日期:
2025-03-25
通信作者:
联系方式:
吴欣珈,E-mail:15975592102@163.com。
基金资助:
WU XinJia1(), XUE Wei2, YAN YiDan1, NIE YingYing1, YE LiMing3, XU LiJun1(
)
Received:
2024-05-14
Accepted:
2024-11-11
Published:
2025-03-25
Online:
2025-03-25
摘要:
【目的】 分析中国呼伦贝尔土壤有机碳(SOC)含量的时空分布特征及其驱动因素,以期为土壤碳储量管理和生态系统服务提供科学依据。【方法】 采用点对点采样调查方法,收集1980年(历史数据)和2022年的土壤有机碳实测数据,涉及农田、草原、森林和湿地4种土地利用类型。利用回归克里金方法,结合温度、降水、坡度、海拔和归一化植被指数(NDVI)等环境变量,对SOC含量及其变化进行空间预测。【结果】 (1)1980年SOC含量受这5个因子显著影响(P<0.05),而2022年SOC含量主要受海拔、坡度、降水量和NDVI的显著影响,温度影响不显著(P=0.07)。两个时期的模型拟合精度分别为R 2=0.60和R 2=0.63,表明预测模型具有一定的可靠性。(2)空间预测数据显示,1980年呼伦贝尔SOC平均含量为40.29 g·kg-1,而2022年降为31.75 g·kg-1。两个时期土壤SOC含量在空间上的变化趋势相似,表现为中部地区含量较高,西部和东部地区含量较低。(3)不同土地利用方式下SOC含量的变化存在差异。近40年间,农田、草原、森林和湿地土壤的SOC含量分别下降了4.59 g·kg-1(13.3%)、6.08 g·kg-1(18.7%)、11.16 g·kg-1(23.0%)和7.20 g·kg-1(24.4%)。【结论】 呼伦贝尔地区SOC含量的空间分布,1980年与2022年保持一致,且不同土地利用方式下的SOC含量均呈现下降趋势。土地利用方式的转变是影响SOC空间分布变化的关键因素。此外,环境变量对SOC变化的预测存在不确定性,未来的研究需考虑其动态变化特性。在呼伦贝尔地区,森林-草原过渡带和森林-农田过渡带具有碳汇潜力,而草原、中部高海拔森林区域和农田区域则可能是碳源区域。
吴欣珈, 薛玮, 严翊丹, 聂莹莹, 叶立明, 徐丽君. 呼伦贝尔土壤有机碳时空变异特征及其影响因素[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1145-1158.
WU XinJia, XUE Wei, YAN YiDan, NIE YingYing, YE LiMing, XU LiJun. Temporal and Spatial Variation Characteristics of Soil Organic Carbon in Hulunbuir and Its Influencing Factors[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(6): 1145-1158.
表1
1980年和2022年影响土壤有机碳含量的GAM模型因素选择"
年份 Year | 影响因素 Influence factor | 标准化系数 Standardized coefficient | 显著性 Significance | 拟合度 R2 |
---|---|---|---|---|
1980 | 海拔Elevation | 14.134 | <0.001 | 0.72 |
坡度Slope | 1.601 | <0.001 | ||
温度Temperature | -13.709 | <0.001 | ||
降水量Precipitation | 0.240 | <0.05 | ||
归一化植被指数Normalized difference vegetation index | 8.280 | <0.05 | ||
2022 | 海拔Elevation | 0.024 | <0.001 | 0.71 |
坡度Slope | 1.102 | <0.01 | ||
降水量Precipitation | 5.758 | <0.001 | ||
归一化植被指数Normalized difference vegetation index | 2.785 | <0.05 |
表2
构建土壤有机碳含量不同模型的拟合效果"
年份 Year | 编号 Number | 模型函数 Model function | 块金值 Nugget value | 偏基台值 Partial abutment value | 平均值误差 ME (g·kg-1) | 均方根误差 RMSE (g·kg-1) | 平均绝对误差MAE (g·kg-1) | 拟合度 R2 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1980 | 1 | 指数函数Exponential function | 1.02 | 0.00 | -0.04 | 5.28 | 5.04 | 0.48 |
2 | 指数函数Exponential function | 1.51 | 0.00 | -0.04 | 5.28 | 6.12 | 0.48 | |
3 | 高斯函数Gauss function | 1.02 | 0.00 | -0.06 | 5.37 | 4.99 | 0.47 | |
4 | 指数函数Exponential function | 0.10 | 0.00 | -0.04 | 5.28 | 1.58 | 0.48 | |
5 | 指数函数Exponential function | 1.02 | 0.00 | -0.06 | 5.48 | 4.97 | 0.46 | |
6 | 指数函数Exponential function | 1.02 | 0.00 | -0.19 | 5.60 | 4.67 | 0.45 | |
7 | 高斯函数Gauss function | 1.68 | 0.16 | -0.06 | 5.37 | 6.70 | 0.47 | |
8 | 高斯函数Gauss function | 1.02 | 0.00 | -0.01 | 5.20 | 5.07 | 0.48 | |
9 | 高斯函数Gauss function | 1.02 | 0.00 | -0.06 | 5.37 | 5.61 | 0.47 | |
10 | 指数函数Exponential function | 43.33 | 0.00 | 0.08 | 5.24 | 6.72 | 0.48 | |
11 | J-Bessel | 0.02 | 1.68 | -0.01 | 0.81 | 0.22 | 0.65 | |
2022 | 1 | 指数函数Exponential function | 0.88 | 0.12 | 0.00 | 1.04 | 4.57 | 0.48 |
2 | 指数函数Exponential function | 1.00 | 0.10 | 0.02 | 4.92 | 4.49 | 0.47 | |
3 | 指数函数Exponential function | 1.29 | 0.12 | 0.01 | 4.80 | 5.22 | 0.48 | |
4 | 高斯函数Gauss function | 1.24 | 0.34 | 0.01 | 4.92 | 5.68 | 0.47 | |
5 | 指数函数Exponential function | 1.02 | 0.00 | 0.00 | 4.81 | 4.58 | 0.48 | |
6 | 高斯函数Gauss function | 1.34 | 0.00 | 0.04 | 4.95 | 5.17 | 0.46 | |
7 | 稳定Stable | 1.01 | 0.00 | -0.01 | 4.72 | 4.64 | 0.49 | |
8 | 稳定Stable | 1.01 | 0.00 | 0.00 | 4.68 | 4.64 | 0.49 | |
9 | 多项式5 Polynomial 5 | 0.27 | 0.33 | 0.02 | 0.99 | 0.78 | 0.62 | |
10 | 指数函数Exponential function | 27.33 | 0.00 | 0.10 | 4.80 | 5.32 | 0.48 | |
11 | 孔洞效应Hole effect | 22.25 | 5.29 | 0.22 | 5.25 | 5.59 | 0.43 | |
12 | J-Bessel | 20.49 | 6.66 | 0.11 | 4.63 | 5.25 | 0.50 | |
13 | 稳定Stable | 24.29 | 3.18 | 0.11 | 4.81 | 5.33 | 0.48 |
表4
1980—2022年呼伦贝尔地区各土地利用类型SOC含量的变化"
土地利用方式 Land use patterns | 1980 SOC (g·kg-1) | 2022 SOC (g·kg-1) | SOC变化 SOC change (g·kg-1) | 变化率 Rate of change (%) | 面积 Area (km2) |
---|---|---|---|---|---|
农田Farmland | 34.64 | 30.05 | -4.59 | -13.3% | 19815.80 |
草原Grassland | 32.46 | 26.38 | -6.08 | -18.7% | 122530.40 |
森林Forest | 48.48 | 37.32 | -11.16 | -23.0% | 95727.30 |
湿地Wetland | 29.53 | 22.33 | -7.20 | -24.4% | 11461.50 |
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