北京理加聯(lián)合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服務(wù)熱線: 13910499761 010-51292601

English

企業(yè)郵箱

應(yīng)用支持 Application Support

News 應(yīng)用支持

您現(xiàn)在的位置：首頁 → 應(yīng)用支持 → 應(yīng)用文獻 > 光譜應(yīng)用

華北和東北地區(qū)土地利用和氣候變化對土壤有機碳的影響

日期： 2020-05-15

瀏覽次數(shù): 82

土壤有機碳（SOC）源和匯之間的平衡會影響溫室氣體以及全球氣候。SOC儲量的微小變化會影響碳循環(huán)，并可能顯著增加或降低大氣中的碳濃度。土壤碳的變化受氣候和土地利用的影響，并且在不同土壤中也會發(fā)生變化。為了更好地理解土壤有機碳的動力學(xué)及其驅(qū)動因子，作者收集了華北和東北地區(qū)1980年代和2000年代的數(shù)據(jù)，其中2000年代的樣品利用ASD Fieldspec ProFR vis–NIR光譜儀進行了漫反射光譜的測定用于土壤碳的預(yù)測，并對各個時期土壤有機碳的空間變化進行了數(shù)字土壤制圖。在1980年代，在30公里的方格中采集了585個土壤樣品，并在2003年和2004年對該區(qū)域進行了重新采樣（1062個樣品）。該地區(qū)土地利用類型主要是農(nóng)田，森林和草地。土地利用，地形因素，植被指數(shù)，可見近紅外光譜和氣候因素作為預(yù)測因子，使用隨機森林預(yù)測土壤有機碳濃度及其時間變化。1985年平均土壤有機碳濃度為10.0 g kg^-1，而2004年為12.5 g kg^-1。在這兩個時期中，土壤有機碳變化相似且從南到北增加。據(jù)估計土壤有機碳儲量在1985年為1.68 Pg，在2004年為1.66 Pg，但是不同土地利用下土壤有機碳變化是不同的。在過去的20年中，平均氣溫升高，大面積森林和草原轉(zhuǎn)化為農(nóng)田。農(nóng)田土壤有機碳增加了0.094 Pg（+9％），而森林和草地土壤有機碳分別損失了0.089 Pg（?25％）和0.037 Pg（?25％）。結(jié)論是，土地利用是該地區(qū)土壤有機碳變化的主要驅(qū)動力，而氣候變化在不同地區(qū)的貢獻則不同。在土地利用的轉(zhuǎn)換下，土壤有機碳損失顯著，而農(nóng)田具有土壤有機碳封存的巨大潛力。

1 結(jié)果

1.1?土壤有機碳濃度

2004年樣品的總SOC平均濃度為12.5 g kg^-1，略高于1985年的SOC濃度（10.0 g kg^-1）（表2）。在1985年，各土地利用類型表現(xiàn)為農(nóng)田（8.3 g kg^-1）＜裸地（10.0 g kg^-1）＜草地（15.1 g kg^-1）＜沼澤（16.0 g kg^-1）＜森林（17.1 g kg^-1）。在2004年表現(xiàn)為裸地（11.1 g kg^-1）＜農(nóng)田（12.2g kg^-1）＜森林（12.7g kg^-1）＜草地（13.3g kg^-1）＜沼澤（20.8 g kg^-1）。隨著時間的變化，農(nóng)田，沼澤和裸地土壤的SOC增加了，而森林和草地降低了。1985年的土壤由于較高的標(biāo)準(zhǔn)偏差而顯示出比2004年更高的變化（表3）。

華北和東北地區(qū)土地利用和氣候變化對土壤有機碳的影響

1.2 土壤有機碳濃度空間模型

表4總結(jié)了預(yù)測模型的校準(zhǔn)和獨立驗證，其中1985年樣品的校準(zhǔn)LCCC為0.91（0.90–0.92），2004年為0.97。1985年獨立驗證LCCC為0.65（0.39-0.90），2004年為0.84（0.77-0.90）。在校準(zhǔn)和驗證水平，1985年的RMSEs均高于2004年。由于樣品密度較高，LCCC和RMSE較低，因此2004年的模型比1985年的模型更穩(wěn)定。

圖2顯示了環(huán)境協(xié)變量在1985年和2004年預(yù)測模型中的重要性。在這兩個時期一些協(xié)變量重要性相似，例如坡度，TWI，MBI，溫度，降水和土地利用。植被和氣候因素是重要的預(yù)測指標(biāo)，尤其是溫度，降水，NDVI和VNDVI。坡向，曲率和MBI對2004年SOC預(yù)測的貢獻不大，且坡向是兩個時期中最不重要的因素。2004年土壤樣品光譜的PCA在預(yù)測模型中表現(xiàn)出很高的重要性。從PC1到PC3重要性依次降低。

1.3 土壤碳的空間變化

圖3預(yù)測了1985年和2004年0-20 cm表土中SOC濃度。1985年研究區(qū)的SOC濃度從南到北增加。在南部，SOC濃度大部分在8g kg^-1以下。中部海拔較高，其SOC濃度高于南部。在北部，SOC濃度隨緯度顯著增加。兩個時期SOC的空間分布是相似的。在南半部，SOC濃度在8至10 g C kg^-1之間，高于1985年。在北部，SOC濃度隨緯度增加。

由于樣品數(shù)量和地點的不同，兩個時期的不確定性也有所不同（圖4）。北部地區(qū)預(yù)測不確定性最低。1985年SOC預(yù)測的高度不確定性發(fā)生在海拔較高的中部和南部邊緣。2004年的高度不確定性發(fā)生在樣品密度較低的中北部地區(qū)。

華北和東北地區(qū)土地利用和氣候變化對土壤有機碳的影響

1.4 土壤有機碳的變化

在1985年至2004年之間，除農(nóng)田外，所有土地利用的平均SOC濃度均下降。農(nóng)田是研究區(qū)最大的土地利用類型，其SOC濃度增加了0.5 g kg^-1（表4）。在森林土壤中，SOC減少量最大，為8.8 g kg^-1（-38％）。草地上的SOC濃度降低了21％。

研究發(fā)現(xiàn)，SOC濃度發(fā)生了顯著變化，并且在初始濃度較高的地區(qū)，SOC的降低幅度更大。SOC的降低主要發(fā)生在研究區(qū)域的北部（中國東北）。減少量超過6 g kg^-1。?相反，初始SOC相對較低的南部地區(qū)（華北地區(qū)）SOC有所提高。

1985年和2004年土壤有機碳總儲存量分別為1.68 Pg和1.66 Pg。在不同的土地利用類型中，農(nóng)田含有最多的有機碳，而森林和草地的有機碳含量遠(yuǎn)少于農(nóng)田。二十年來森林土壤SOC損失了約25％（表5），但農(nóng)田土壤有機碳卻增加了9％。草地土壤有機碳以25%速率增加了0.013 Pg。

1.5 土地利用和氣候變化對土壤有機碳變化的影響

在華北和東北地區(qū)，土地利用對SOC變化的貢獻超過溫度和降水變化（圖5）。在整個地區(qū)，對SOC變化的貢獻中土地利用占38％，溫度變化約占9％，而降水變化僅占5％。東北地區(qū)（42％）比華北地區(qū)（33％）的土地利用占比更大。整個研究區(qū)域，特別是東北和華北地區(qū)，溫度變化對SOC均無顯著影響。華北地區(qū)降水變化對SOC動態(tài)的影響很?。?/span>17％），而東北地區(qū)幾乎沒有影響。溫度對東北地區(qū)的SOC變化沒有顯著影響，而華北地區(qū)占20％。華北地區(qū)氣候變化對SOC變化的總貢獻達(dá)到了35％，而土地利用為33％，但在總變化中共有19％的相互作用。

2 結(jié)論

研究估計了1985年至2004年之間0–20 cm表層土壤有機碳濃度和儲存量的變化。數(shù)字土壤制圖方法利用隨機森林模型中的環(huán)境協(xié)變量預(yù)測了兩個時期SOC的空間變化。結(jié)果為：

（1）?隨機森林可以在大尺度上有效地預(yù)測SOC空間變化。在這兩個時期中，SOC濃度具有相似的趨勢，東北地區(qū)的SOC較低，華北平原的SOC較高。華北地區(qū)土壤碳增加，而大多數(shù)東北地區(qū)則減少。

（2）?SOC的總體儲存量穩(wěn)定。農(nóng)田土壤中的碳儲量增加0.094 Pg，增長率為9％。森林和草原土壤中發(fā)生顯著的碳損失，均為-25%。

（3）?在中國華北和東北地區(qū)，土地利用變化是SOC變化的主要驅(qū)動因子。與土地利用變化相比，氣候變化對SOC變化的貢獻相似，而東北地區(qū)的貢獻較小。

Land use and climate change effects on soil organic carbon in North and Northeast China.pdf

上一篇：高光譜遙感監(jiān)測水稻缺水脅迫的各種建模方法的比較下一篇：基于分?jǐn)?shù)階微分優(yōu)化光譜指數(shù)的土壤電導(dǎo)率高光譜估算

News / 相關(guān)新聞 More

土壤呼吸 | 森林中溶解有機物的移動在解凍期間影響下游土壤的二氧化碳通量

2024 - 12 - 02

森林約占全球土壤碳庫的70%，是調(diào)節(jié)大氣CO2濃度的關(guān)鍵因素。濕地作為陸地和水生系統(tǒng)的過渡區(qū)，通常地下水位接近地表。全球變暖導(dǎo)致北方低地森林被濕地取代，造成景觀破碎化，并可能改變碳通量。土壤CO2通量占大氣碳的20-38%，其主要來源是土壤呼吸，包括自養(yǎng)和異養(yǎng)呼吸。異養(yǎng)呼吸受溫度、濕度和溶解有機物（DOM）影響。低分子量化合物（LMW）更易降解，促進微生物活動和土壤呼吸。解凍期雨雪事件可將DOM輸送至濕地，影響土壤CO2通量。本研究假設(shè)，解凍期森林濕地集水區(qū)的土壤CO2通量受DOM運動的影響，目標(biāo)是分析CO2通量變化，確定DOM的影響，并探索微生物在其中的作用。圖們江位于中國、朝鮮和俄羅斯的交界處，最終流入日本海，地處中高緯度地區(qū)，范圍為北緯41.99°到44.51°（圖1(a)）。布爾哈通河是圖們江的重要支流，其上游流域面積為1560平方公里。該流域以山地...

More

ASD | LabSpec地物光譜儀在反演土壤水分特征曲線方面的應(yīng)用

2024 - 11 - 07

對地表入滲和蒸發(fā)通量的分配，以及準(zhǔn)確量化不同空間尺度下土壤與大氣之間的質(zhì)量和能量交換過程，都需要了解土壤的水文性質(zhì)（如土壤水分特征曲線和導(dǎo)水率特征曲線）。土壤水分特征曲線（SWRC）描述了在基質(zhì)勢下土壤水分含量的平衡情況，是重要的水文特性，與土壤孔隙的大小分布和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，受土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機物和粘土礦物等因素的影響。傳統(tǒng)測量SWRC的實驗室方法繁瑣，數(shù)據(jù)往往不完整，且只覆蓋有限的水分含量范圍。近年來，近程和遙感技術(shù)得到了廣泛關(guān)注，特別是在光學(xué)域內(nèi)的土壤反射光譜已被用于獲取土壤礦物學(xué)和化學(xué)成分、有機物含量、粒度分布及水分含量等信息。這些研究為衛(wèi)星遙感提供了大尺度測繪的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)方法主要依賴光譜轉(zhuǎn)移函數(shù)，盡管能有效推斷土壤水力特性，但需大量數(shù)據(jù)進行模型校準(zhǔn)。本文提出了一種新的實驗室方法，通過水分含量依賴的短波紅外（SWIR）土壤反射光譜直接估計SWRC，利用最近開發(fā)的前向輻射傳輸模型，僅...

More

LI-2100 | 基于水分利用策略和植物性狀確定坡耕地玉米種植適宜土壤厚度

2024 - 10 - 29

水資源在糧食生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)中的關(guān)鍵作用，特別是在頻繁出現(xiàn)的高溫、干旱等極端天氣條件下，威脅糧食生產(chǎn)，加速土地退化。研究指出，中國作為人均水資源低于世界平均水平的國家，農(nóng)業(yè)用水已占全國總用水量的60%以上，但整體用水效率較低且區(qū)域差異顯著。尤其在山區(qū)和丘陵地區(qū)，土壤侵蝕和厚度減少嚴(yán)重影響了蓄水能力，加劇了干旱頻發(fā)和作物減產(chǎn)的風(fēng)險。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文強調(diào)了通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)管理實踐，提高用水效率，以緩解干旱脅迫，維持作物產(chǎn)量的重要性。本次田間試驗在中國科學(xué)院鹽亭紫色土農(nóng)業(yè)生態(tài)站進行，該站位于中國四川盆地中北部，海拔400-600m（東經(jīng)105° 27’，北緯 31°16’）（圖 1）。該地區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候，平均氣溫 17.3℃。年平均降水量為826mm，蒸發(fā)量為680 mm。降雨分布不均，約70%的年降水發(fā)生在夏秋季，季節(jié)性干旱頻繁，主要發(fā)生在春季和初夏。圖1...

More

Resonon | Pika IR+高光譜成像儀在考古學(xué)方面的應(yīng)用

2024 - 10 - 29

考古學(xué)雖然常與發(fā)掘相關(guān)，但許多遺址仍需通過地表上的文物和其他特征來進行識別。對這些地表考古記錄的分析不僅可以揭示不同定居時期的信息，還能展示土地的農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)或儀式用途，以及景觀中人、物、思想的流動模式。本文介紹了一種利用機載高光譜短波紅外 (SWIR) 圖像的新方法，用于記錄和分析地表考古材料。SWIR 光可以區(qū)分不同類型的巖石、礦物和土壤，地質(zhì)學(xué)家經(jīng)常利用這一原理繪制地質(zhì)圖。Resonon Pika IR+高光譜成像儀能夠以優(yōu)于10厘米的空間分辨率收集SWIR圖像，從而識別并表征地表文物。本文探討了在NASA Space Archaeology 資助下進行的實驗，展示了這項技術(shù)的潛力和挑戰(zhàn)，特別是在成功定位和表征單個文物方面，同時指出了未來發(fā)展的關(guān)鍵方向。作者團隊將 Resonon Pika IR+高光譜成像儀安裝在 DJI M600上（圖 1）。還在機身頂部安裝了額外的 GPS 天線桿...

More

【關(guān)閉窗口】【打印】