《土壤有机碳时空变异模拟研究取得进展》

  • 来源专题:长江流域资源与环境知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: changjiang
  • 发布时间:2018-11-20
  • 受限于土壤样点的时间维属性,一般的土壤制图只能获得固定时间的“静态”土壤图,描述目前或过去状态的格局。但是,土壤在不同土地利用条件下未来如何演变,在不同的气候变化情景下呈现怎样的时空变化特征?这是土壤时空变化预测的重要主题。 中国科学院南京土壤研究所张甘霖课题组副研究员宋效东以土地利用变化频繁的太湖周边地区为例,深入研究了土壤有机碳含量空间变异的主导因素,提出了基于土壤发生理论的启发式元胞自动机模型,模拟土壤有机碳含量在土地利用与气候变化条件下未来 60 年内的时空变异特征。有别于常规的元胞自动机模型,该方法不仅能够有效集成影响土壤有机碳含量的静态 / 动态环境变量,还能够根据土地利用类型(旱地 / 水田)动态地度量有机碳富集对临近区域有机碳水平迁移的影响范围。鉴于土地利用类型的重要性,根据历史土地利用图层制作了研究区未来 60 年的土地利用变化图。模拟结果表明:研究区土壤表层有机碳含量在未来 60 年内随着气温、降雨的升高与城镇化进程的推进将呈现持续上升的趋势。研究提出的预测模型为土壤属性的时空变异模拟提供了新的解决方案与思路。 该研究成果发表在 Agriculture, Ecosystems and Environment 上。研究得到国家重点研发计划( 2017YFA0603002 )、科技基础性工作专项( 2008FY110600 )、国家自然科学基金( 41571130051 和 41771251 )的资助。(来源:中国科学院南京土壤研究所) Heuristic cellular automaton model for simulating soil organic carbon under land use and climate change: A case study in eastern China Abstract The concentration of soil organic carbon (SOC) is one of the most important soil properties, and its spatio-temporal variability greatly affects the global climate and agroecology. To investigate the effects of land use and climate change on SOC, a heuristic cellular automaton (HCA) model was proposed and applied to a plains area in eastern China with a high population density and rapid urbanization rate. The HCA model was designed to simulate the geographical variation in SOC dynamics over the long term (2080), and lateral carbon (C) migration is represented by revised neighbourhood variables at the macro scale. Three widely used soil mapping techniques were applied for comparison: multiple linear regression (MLR), support vector machine (SVM) and kriging with external drift (KED). The HCA model enhanced the accuracy of the predicted SOC by 15.27% over MLR, 12.31% over SVM and 10.98% over KED. Future land use maps were produced using legacy land use data and artificial neural network-based cellular automata (CA), and the simulation results showed the rapid urbanization of this area, where the percentage of cropland declined by 23.75% and that of village/urban areas increased by 22.90% from 2010 to 2080. The overall SOC concentrations are anticipated to increase by 2080 given the rising mean annual air temperature and mean annual precipitation. Our results also suggested that land use change clearly influenced the change in soil C, with village/urban areas exhibiting higher SOC than cropland. To provide stakeholders with accurate soil information, it is important to understand the comprehensive impacts of land use and climate change on soil evolution; this study illustrates the value of integrating pedogenetic information in soil C simulation models. 原文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880918304237 .

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  • 《南京土壤所在病毒调控土壤有机碳积累机制研究中取得进展》

    • 来源专题:耕地与绿色发展
    • 编译者:张毅
    • 发布时间:2025-06-04
    • 微生物是陆地碳循环的主要驱动者,控制着土壤有机质中的碳储存与向大气释放的CO?之间的平衡。土壤病毒作为土壤碳循环的重要组成部分,通过侵染作用显著影响微生物群落动态和功能。然而,病毒如何调控农田土壤有机碳积累的机制尚不清楚。 中国科学院南京土壤研究所张佳宝院士团队通过华北平原长期秸秆还田定位试验发现,病毒通过裂解与溶原两种生活方式动态调控碳循环。在秸秆还田土壤中(高碳条件),93%的病毒处于裂解状态,通过分解宿主细菌释放大量有机质,加速微生物周转,促进矿物结合态有机碳和微生物残体碳的形成。相反,在秸秆移除土壤中(低碳条件),21%的病毒选择溶原状态,携带多糖水解酶等辅助代谢基因,帮助宿主降解难分解有机物,提升碳利用效率。病毒携带的辅助代谢基因可定向优化宿主代谢路径:低碳条件下,病毒的辅助代谢基因主要参与碳降解,如糖苷水解酶(GHs)基因;而高碳条件下,病毒则富集碳固定相关基因(如rbcL、tktA),通过卡尔文循环增强宿主固碳能力。研究揭示了病毒对农田土壤有机碳调控的“双重机制”。 该研究表明,秸秆还田配合氮肥施用可促进裂解病毒主导的“病毒分流”效应,通过释放宿主养分和塑造微生物残体,显著提升土壤有机碳含量。研究成果为精准调控农田土壤固碳技术路径、制定科学施肥与秸秆还田方案提供了理论依据。相关成果近日发表在Advanced Science上,此项研究得到国家重点研发计划、国家小麦产业体系等项目支持。
  • 《自然资源部第一海洋研究所在海岛海岸带空间模拟与生态评估研究领域取得系列进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:熊萍
    • 发布时间:2025-05-08
    • 近期,自然资源部第一海洋研究所海岸带中心(自然资源部海岸带科学与综合管理重点实验室)不断强化学科协作,坚持调查监测-基础研究-实践应用的全链条工作,在海岛海岸带空间模拟与生态评估研究领域发表多篇文章,取得了系列科学进展。 研究人员针对海岛生态要素之间的多尺度空间耦合关系,以舟山群岛为研究区,基于海岛现场调查数据,构建了“岛群与子区域双广度+海岛与样点双粒度”的多尺度分析框架,利用回归分析、典范对应分析和结构方程模型等方法,辨识了不同尺度下植物多样性与土壤有机碳相互关系的主控因子,阐明了岛群中“群落-景观-区域”尺度上植物多样性和土壤有机碳的空间耦合关系。进而,提出了“优化植物群落-减少景观破碎化-建立治理体系”的岛群植被-土壤系统多尺度管理策略。研究成果以“Spatial interrelationships between soil organic carbon and plant diversity at multiple scales within China’s largest archipelago”为题发表于《Plant and Soil》。此外,研究人员聚焦自然植被对气候变化的响应机制,采用近20年归一化植被指数、太阳诱导叶绿素荧光、干枯燃料指数量化了我国自然植被的绿化和褐化趋势,剖析了自然植被时空演变对气候变化的响应,并重点关注海岸带自然植被的演变机制,为海岸带植被修复评估提供了数据支撑。研究成果以“Driving mechanism of natural vegetation response to climate change in China from 2001 to 2022”为题发表于《Environmental Research》。 海岸带空间模拟是获取各类生态要素时空数据的重要手段。科研团队针对大尺度海岸带空间模拟的尺度效应问题,以我国山东-江苏沿海县级行政单元为研究范围,融合大量现场调查、多光谱遥感影像和地表覆盖数据,阐明了海岸带空间模拟中尺度效应对模拟精度与结果的影响。结果显示,粗分辨率会均质化模拟结果,是一种成本较低、难度较小的相对可行选择;细分辨率能够揭示不同分析范围内的空间异质性和丰富细节,是开展海岸带精细化空间模拟的必要选择。研究成果以“Scale effects on the accuracy and result of soil nitrogen mapping in coastal areas of northern China”为题发表于《Journal of Environmental Management》。进而,面向大尺度海岸带土壤盐渍化精细化制图需求,精确绘制了山东-江苏海岸带土壤盐度空间分布图,并生成研究区全域及沿海各市的土壤盐渍化高分辨率专题图件。该研究揭示了土壤盐渍化沿不同类型、不同区域海岸线的梯度性分布格局,明确了植被修复在土壤盐渍化治理中的重要作用并提出了对策建议。研究成果以“Zoning the soil salinization levels in the northern China’s coastal areas based on high-resolution soil mapping”为题发表于《Ecological Indicators》。 围绕海岸带人类活动强度及生态效应,基于我国国土空间规划分区框架,科研团队选取了2010年和2020年两个时间节点,从数量和质量两个方面测度了山东-江苏海岸带生态保护、农业生产和城乡建设发展强度的时空演变特征,并量化了三种类型发展强度变化对土壤碳汇的贡献率。结果表明,人类活动发展强度的增加总体上带来了2010年至2020年间土壤碳汇的提升,生态保护、农业生产和城乡建设对土壤碳汇时空变化的贡献率分别为45.12%(+)、40.87%(+)和14.01%(?)。研究成果以“Land spatial development intensity and its ecological effect on soil carbon sinks in large-scale coastal areas”为题发表于《Remote Sensing》。此外,关注泰国西昌群岛布氏鲸分布对人类活动的响应,基于涵盖各类空间和生态要素的数据库,科研团队采用MaxEnt模型测度生境适宜性,揭示了不同季节鲸鱼出现的关键影响因素。研究成果以“Integrated Modeling Techniques for Understanding the Distribution and Impact of Human Activities on the Bryde’s Whale (Balaenoptera edeni) in the Sichang Islands, Thailand”为题发表于《Water》。 上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者工程和中国-东盟海上合作基金等的资助,主要作者为池源、张志卫、邢文秀、白雪莲和Wanchanok Umprasoet等。 论文链接: https://doi.org/10.1007/s11104-025-07324-7 https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121529 https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124233 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.113303 https://doi.org/10.3390/rs17071197 https://doi.org/10.3390/w17060889