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兴隆山自然保护区不同植被类型土壤碳含量特征研究

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甘肃林业科技 2024年第2期49卷 1-9页

作者：张红勇王寒冰欧涛王建辉甘肃兴隆山国家级自然保护区管护中心甘肃榆中730117 中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心山东烟台264000 黄河流域(兰州段)水-土-生资源作用与效应野外科学观测研究站甘肃兰州730070

为研究甘肃兴隆山国家级自然保护区内不同植被类型(高寒草甸、灌丛、落叶松人工林)的土壤碳含量特征,采用对角线五点取样法收集0—60 cm土层样本,分析了土壤总碳(TC)、土壤有机碳(SOC)和土壤无机碳(SIC)含量。结果显示,SOC在各植被类型... 详细信息

为研究甘肃兴隆山国家级自然保护区内不同植被类型(高寒草甸、灌丛、落叶松人工林)的土壤碳含量特征,采用对角线五点取样法收集0—60 cm土层样本,分析了土壤总碳(TC)、土壤有机碳(SOC)和土壤无机碳(SIC)含量。结果显示,SOC在各植被类型土壤TC含量中占绝大比重,且在0—20 cm土层含量最高,随土层深度增加而减少;不同植被类型间,落叶松人工林的TC和SOC含量普遍高于高寒草甸和灌丛,表明落叶松人工林对土壤碳储存贡献显著;不同植被类型的SIC含量均很小,且在不同植被类型间表现出差异性,灌丛在0—40 cm土层中SIC含量较高,而落叶松人工林在整个土层中SIC含量相对稳定。本研究探析了自然保护区内不同植被类型对土壤碳储存功能的影响,为评估生态系统碳循环及制定保护措施提供科学依据。

关键词：兴隆山自然保护区土壤碳含量高寒草甸灌丛落叶松人工林

土壤源热泵夏季制冷对土壤碳含量影响的实验研究

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河北建筑工程学院学报 2024年第2期42卷 103-107页

作者：吉文丽季朝阳张忠涛师涌江河北建筑工程学院河北张家口075000 张家口市可再生能源储热装备与利用重点实验室河北张家口075000 张家口市可再生能源供热工程技术研究中心河北张家口075000 河北省储能供热技术创新中心河北张家口075000

通过搭建土壤源热泵夏季制冷向土壤输送热量实验台,使土壤温度升高,当土壤热扩散半径为1m、2m时,取1m、2m处土样测单位质量土壤有机碳含量、总碳含量和无机碳含量,分别与对照组即同时间段且没有人为加热自然状态下的土壤样品的有机碳含... 详细信息

通过搭建土壤源热泵夏季制冷向土壤输送热量实验台,使土壤温度升高,当土壤热扩散半径为1m、2m时,取1m、2m处土样测单位质量土壤有机碳含量、总碳含量和无机碳含量,分别与对照组即同时间段且没有人为加热自然状态下的土壤样品的有机碳含量、总碳含量和无机碳含量做对比,得出土壤作为空调冷源温度升高时土壤碳含量下降、且对土壤有机碳含量的影响比对土壤无机碳含量的影响显著的结论。

关键词：土壤源热泵土壤升温土壤碳含量双碳

砒砂岩区不同生态修复措施对土壤碳含量的影响

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陕西师范大学学报（自然科学版） 2022年第4期50卷 125-135页

作者：李学峰饶良懿马凯北京林业大学水土保持学院北京100083 水土保持国家林业局重点实验室北京100083

土壤碳含量是反映土壤碳封存能力的关键因素之一,阐明生态脆弱地区生态修复措施对土壤碳含量的影响,有助于推动生态系统碳汇能力提升和碳达峰碳中和的实现。以内蒙古鄂尔多斯砒砂岩地区为例,选取单因子(油松纯林(Pt)、山杏纯林(As)、沙... 详细信息

土壤碳含量是反映土壤碳封存能力的关键因素之一,阐明生态脆弱地区生态修复措施对土壤碳含量的影响,有助于推动生态系统碳汇能力提升和碳达峰碳中和的实现。以内蒙古鄂尔多斯砒砂岩地区为例,选取单因子(油松纯林(Pt)、山杏纯林(As)、沙棘纯林(Hr))和双因子(水平沟油松(PdPt)、水平沟山杏(PdAs)、水平沟沙棘(PdHr))6种典型的生态修复措施,并以荒草地(CK)作为空白对照,探究不同生态修复措施对不同深度下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、土壤无机碳(soil inorganic carbon,SIC)、土壤全碳(total carbon,TC)含量的影响。结果表明:(1)0~60 cm土层,双因子措施比单因子措施更能有效提高SOC、TC含量;相较于对照CK,双因子措施提高SOC含量25.34%~134.50%,提高TC含量8.03%~49.70%;相较单因子措施,双因子措施下SOC含量增加2.42%~30.74%,TC含量提高3.08%~15.27%。(2)0~40 cm土层,双因子措施SIC含量比CK低6.00%~17.54%,比单因子措施低7.43%~14.34%;而40~100 cm土层,双因子措施SIC含量比CK高2.06%~25.26%,比单因子措施高3.12%~21.76%。(3)不同生态修复措施未改变SOC、SIC、TC含量的垂直分布趋势;在0~40 cm土层,SOC与SIC呈显著负相关性,SOC含量随深度增加逐级下降(降幅84.29%~88.96%),SIC含量则随深度增加而升高(增幅16.53%~40.14%);土壤TC含量趋势则与SOC一致(降幅45.84%~58.83%)。

关键词：生态修复措施土壤碳含量砒砂岩内蒙古鄂尔多斯

基于卷积神经网络的近红外土壤碳含量分析模型研究

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基于卷积神经网络的近红外土壤碳含量分析模型研究

作者：黄海霞东北林业大学

学位级别：硕士

在碳中和、碳达峰的双碳背景下,森林生态系统的碳汇功能备受关注,而森林土壤是森林生态系统的一个重要组成部分,估算森林土壤碳含量是研究森林土壤碳汇能力的基础。近红外光谱（NIRs）技术可以利用物质的光谱特征鉴别物质的种类或测量... 详细信息

在碳中和、碳达峰的双碳背景下,森林生态系统的碳汇功能备受关注,而森林土壤是森林生态系统的一个重要组成部分,估算森林土壤碳含量是研究森林土壤碳汇能力的基础。近红外光谱（NIRs）技术可以利用物质的光谱特征鉴别物质的种类或测量物质的化学组成,具有快速、高效、无损等优点。将NIRs技术应用到土壤碳含量的无损检测中,可以大量降低土壤碳含量信息获取的成本。为实现土壤碳含量信息的快速预测,本文以小兴安岭地区带岭林业实验局东方红林场的森林土壤为研究对象,将近红外光谱技术与卷积神经网络（CNN）中的深度残差网络（ResNet）和轻量型网络（MobileNet）相结合来实现森林土壤碳含量的快速预测。（1）基于深度残差网络的土壤碳含量近红外预测模型。对输入数据的维度、神经网络深度和批量进行优选,最终确定,把47×47二维光谱数据作为模型的输入,批量的大小为15,选择18层的深度残差网络（ResNet18）进行训练。为消除因背景、颗粒不均匀等产生的噪声,采用单一的预处理方式（SG卷积平滑、导数等）和组合预处理方式(一阶导数(1D)+SG卷积平滑、标准正态变量变换（SNV）+去趋势（DT）等)对土壤的光谱数据进行预处理,结果显示,采用1D+SG卷积平滑预处理的方法,模型的性能最优,其验证集的均方根误差（RMSE）和决定系数（R）分别为7.146 0和0.820 9。将ResNet18模型与传统的BP神经网络（BPNN）和偏最小二乘回归（PLSR）模型以及卷积神经网络模型VGG19进行对比分析发现,ResNet18模型的R对比VGG19、PLSR和BPNN分别提高了0.33%、14.73%和39.90%,训练时间比VGG19的训练时间减少58.56%。（2）基于MobileNetV1卷积神经网络模型的土壤碳含量近红外预测模型。构建了基于MobileNetV1的土壤碳含量近红外预测模型并与ResNet18、PLSR和BPNN进行对比分析。结果显示,MobileNetV1模型的R要分别比PLSR和BPNN提升3.68%和26.50%,比ResNet18深度残差网络模型低9.64%。为了利用MobileNetV1训练时间短的优势,尝试增加训练集的样本量来提升模型的精度,结果发现,当训练集的样本量占总样本量的百分比为90%时,MobileNetV1模型的性能最优,其RMSE和R分别为5.490 2和0.819 1。对比训练集样本量对不同模型性能的影响,结果显示,当训练集的样本量占总样本量的百分比为90%时,MobileNetV1模型的性能要远优于PLSR和BPNN,略微优于ResNet18,且训练时间要比ResNet18减少63.2%。研究表明,输入光谱数据维度为47×47,预处理方式为1D+SG卷积平滑,批量大小为15,ResNet18模型可获得很好的预测精度,其验证集R为0.820 9。当训练集样本量占总样本量的百分比为90%时,MobileNetV1模型可获得很好的预测精度,其验证集R为0.8191,且可大大缩短训练时间。该研究可为森林土壤碳含量的快速检测提供理论依据。

关键词：轻量型结构网络卷积神经网络土壤碳含量近红外光谱深度残差网络

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用近红外光谱预测土壤碳含量的研究

红外与毫米波学报 2010年第1期29卷 32-37页

作者：沈掌泉王珂 Xuewen Huang 浙江大学环境与资源学院浙江杭州310029 密歇根州立大学作物与土壤科学系密歇根东兰辛48824；美国

以田间行走式设备获取的近红外光谱数据为基础,利用最小二乘回归法(PLSR)建立了应用近红外光谱数据预测土壤碳含量的校正模型,与利用原始光谱数据建立的模型相比,应用经比值或归一化差值处理的光谱数据建立的校正模型可以提高预测精度.... 详细信息

以田间行走式设备获取的近红外光谱数据为基础,利用最小二乘回归法(PLSR)建立了应用近红外光谱数据预测土壤碳含量的校正模型,与利用原始光谱数据建立的模型相比,应用经比值或归一化差值处理的光谱数据建立的校正模型可以提高预测精度.精度提高的原因可能是光谱数据经过波段算术组合处理后,能降低模型建立过程中产生过配的风险,使模型能包括更多的成分和信息.研究结果表明,利用偏最小二乘回归法,可以有效地建立田间近红外光谱与土壤碳含量之间的校正模型;同时,应用比值或归一化差值这些波段算术组合方法来处理近红外光谱数据,可以进一步提高模型的预测精度.因此,应用行走式设备获取的近红外光谱数据来快速测定田间土壤中碳的含量是可行的.

关键词：近红外光谱土壤碳含量行走式测定波段算术组合偏最小二乘回归法

不同氮水平下秸秆和酚类、有机酸对土壤碳含量的影响

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环境科学研究 2009年第1期22卷 71-76页

作者：马红亮朱建国谢祖彬刘钢曾青福建师范大学地理科学学院、福建省亚热带资源与环境重点实验室福建福州350007 中国科学院南京土壤研究所、土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008

利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO2浓度下导致作物生物量增加和更多酚类、有机酸输入对土壤碳含量的影响.结果表明,CO2浓度升高时,通过根系分泌的酚类... 详细信息

利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO2浓度下导致作物生物量增加和更多酚类、有机酸输入对土壤碳含量的影响.结果表明,CO2浓度升高时,通过根系分泌的酚类、有机酸对土壤各粒级分配的影响受秸秆加入和氮水平的调控.在有无秸秆加入条件下,酚类、有机酸的加入主要增加了粒径>250和土壤的碳含量.单位土壤各粒级的碳含量均增加,粒径>53μm增加幅度较大;在没有秸秆加入的常规氮水平与有秸秆加入的低氮水平下,碳含量变化幅度较大.表明来自高CO2浓度条件下秸秆和酚类、有机酸对土壤碳的固定具有重要的作用和意义.

关键词： CO2浓度酚类有机酸作物秸秆土壤颗粒土壤碳含量

基于NIR-PLS的土壤碳含量预测模型研究

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森林工程 2014年第1期30卷 5-8页

作者：汪洪涛李耀翔东北林业大学工程技术学院哈尔滨150040

以东北小兴安岭林区带岭林业局东方红林场的土壤为研究对象,对120个土壤样品近红外光谱做去噪、Savitzky-Golay平滑和多元散射校正预处理,利用偏最小二乘(PLS)法建立关于土壤碳含量和吸光度之间的定量分析模型,并进行模型校、验证及部... 详细信息

以东北小兴安岭林区带岭林业局东方红林场的土壤为研究对象,对120个土壤样品近红外光谱做去噪、Savitzky-Golay平滑和多元散射校正预处理,利用偏最小二乘(PLS)法建立关于土壤碳含量和吸光度之间的定量分析模型,并进行模型校、验证及部分预测集样品碳含量预测。结果表明:主成分数为4时,模型最优。校正模型的决定系数R2和均方根误差(RMSE)分别为0.784和5.752;验证模型的决定系数R2和均方根误差(RMSE)分别为0.621和7.521,预测集样品的实测值和预测值的决定系数R2达到0.735,均方根误差RMSE为7.202,预测标准差SEP为10.356。应用近红外技术可以实现对小兴安岭次生林土壤碳含量的有效预测,为大面积快速测定土壤碳含量提供理论依据与技术支撑,进而为林分土壤碳循环的相关研究提供新的思路。

关键词：近红外光谱技术小兴安岭土壤碳含量偏最小二乘法

非灌溉季节生物炭施用对滴灌棉田土壤团聚体及其碳含量的影响

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土壤通报 2023年第3期54卷 626-635页

作者：邹瑞晗王振华朱艳宗睿陈睿石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 现代节水灌溉兵团重点实验室新疆石河子832000

【目的】为探究非灌溉季节生物炭施用对滴灌棉田耕层土壤团聚体及碳含量的调控效应,确定滴灌棉田在非灌溉季节的最佳施炭量。【方法】以不施用生物炭(B0)为对照,探究非灌溉季节施用15(B1)、30(B2)、45(B3)和60 t hm^(−2)(B4)生物炭对新... 详细信息

【目的】为探究非灌溉季节生物炭施用对滴灌棉田耕层土壤团聚体及碳含量的调控效应,确定滴灌棉田在非灌溉季节的最佳施炭量。【方法】以不施用生物炭(B0)为对照,探究非灌溉季节施用15(B1)、30(B2)、45(B3)和60 t hm^(−2)(B4)生物炭对新疆滴灌棉田耕层(0~40 cm)土壤总碳、有机碳、微生物量碳、土壤呼吸速率、土壤团聚体及其结合态总碳和结合态有机碳的影响。【结果】施用生物炭处理与对照处理相比土壤总碳、团聚体结合态总碳和土壤呼吸速率随生物炭用量的增加而增加,增幅分别为6.85%~18.14%、6.15%~17.71%和13.52%~53.88%。>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体结合态有机碳、土壤有机碳和微生物量碳随生物炭用量的增加先增加后减少,增幅分别为11.80%~21.68%、12.64%~57.54、17.58%~55.27%和13.02%~46.96%。通过建立最小数据集计算土壤质量指数得出,土壤质量指数最高(0.4632)的为施用45 t hm^(−2)(B3)生物炭处理。【结论】生物炭在非灌溉季节施用有利于增加土壤大团聚体及其碳含量,但也会增加碳的排放。新疆滴灌棉田非灌溉季节生物炭最佳施用量为45 t hm^(−2)。

关键词：非灌溉季节生物炭土壤水稳性团聚体土壤碳含量土壤碳排放

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北方农牧交错带人工林土壤理化性质分布格局

中国沙漠 2024年第2期44卷 283-294页

作者：杨红玲姚博苏永中李玉霖中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

北方农牧交错带是继北方草原之后的中国第二大生态安全屏障,是典型的生态脆弱带。本研究以北方农牧交错带人工林为研究对象,通过野外调查和室内分析,在区域尺度上探讨了人工林土壤理化性质的空间分布格局,并结合气候因子和树种特征,阐... 详细信息

北方农牧交错带是继北方草原之后的中国第二大生态安全屏障,是典型的生态脆弱带。本研究以北方农牧交错带人工林为研究对象,通过野外调查和室内分析,在区域尺度上探讨了人工林土壤理化性质的空间分布格局,并结合气候因子和树种特征,阐述了乔木林和灌木林土壤理化性质差异以及人工林土壤理化性质随气候梯度的变化规律。结果表明:(1)农牧交错带人工林土壤整体呈弱碱性,电导率153.55±3.02μS·cm^(-1)、土壤容重0.53~2.28 g·cm^(-3)、土壤含水量12.54%±0.62%,土壤全碳和全氮含量分别为13.74±0.61 g·kg^(-1)和0.88±0.05 g·kg^(-1)。(2)农牧交错带人工林土壤自西向东酸性增强、容重下降、含水量增加、全碳含量下降、全氮含量增加。(3)在气候梯度上,人工林土壤pH、电导率、容重与降水量显著负相关,而土壤含水量、全碳和全氮含量与年降水量显著正相关;人工林土壤全碳和全氮含量与年均气温和干燥度指数均显著负相关。(4)区域尺度上,乔木林土壤pH显著低于灌木林土壤,灌木林土壤全碳和全氮含量均高于乔木林。

关键词：人工林农牧交错带土壤碳含量土壤理化性质

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