生物炭对黑垆土土壤水分运移特征参数影响

为了了解生物炭施加对宁南山区黑垆土土壤水分运移特征参数影响,以宁南山区典型土壤黑垆土为研究对象,按0%,1%,2%和3%的比例将土壤改良剂生物炭施加到垂直和水平土柱中,探讨不同施加比例下入渗速率、饱和体积含水量、饱和导水率、饱和扩散率等土壤水分运移特征参数的变化.研究结果表明:生物炭施加比例1%,2%和3%的土壤体积含水量较0%增加了2.98%,6.45%和7.94%,生物炭施加减缓了土壤入渗速率,提高了土壤持水性能;Philip模型比Kostiakov模型更加能反映出不同比例生物炭施加下土壤水分入渗过程;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和体积含水量分别较0%增加了5.05%,8.33%和9.85%,饱和导水率分别减少了45.71%,62.86%和74.28%,生物炭施加提高了土壤持水能力;Van Genuchten中1%,2%,3%的参数a较0%分别减少了31.90%,29.25%,19.23%;n分别减少了0.28%,0.16%,0.66%;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和扩散率分别较0%减少了58.46%,77.96%和89.28%.生物炭施加改良了土壤结构,增加了土壤体积含水量,提高了土壤持水性能.

基于GIS和随机森林算法的宁东土壤饱和导水率分布与预测

为探明宁东土壤饱和导水率(Ks)的空间分布特征,在宁东采集136个原状土,采用经典统计和地统计方法分析土壤Ks的空间结构特征,并以地形因子、土壤属性等作为辅助变量,运用随机森林法(RF)、普通克里格法(OK)和逐步回归克里格法(RK)对区域土壤Ks进行预测并对3种方法的预测结果进行精度评价。结果表明:Ks介于0.05~7.13 mm/min,平均值为1.46 mm/min,变异系数为106.86%;Ks与容重、孔隙度、高程、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率在不同滞后距离下具有自相关关系和交互相关关系;土壤Ks块金值为38,表明随机因素引起的土壤Ks变异性较大,空间异质比为15.32%,在空间上呈现强变异性;RF法的预测精度最高,其平均相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)绝对值均为最小,相比OK和RK方法预测精度分别提高了5.53%和2.49%,且对局部细节的描述更准确、模拟效果最佳。RF法可以较为准确的预测宁东土壤Ks,为了解研究区土壤水文过程及林草植被建设提供数据参考。

基于多光谱和地理加权回归模型的石嘴山城市土壤有机碳空间分布研究

城市土壤有机碳(SOC)分布受城市建设、工业发展等人为因素的影响表现出明显的空间差异。为揭示石嘴山市SOC受城市化、工业化等人类活动的影响,分别利用普通克里格法(OK)、多元线性回归克里格法(RK)、遥感反演方法(RS)和遥感-地理加权回归克里格法(RGWRK)预测石嘴山市SOC空间分布。结果表明:石嘴山市SOC含量在1.31~66.92 g·kg^-1之间变化,其平均值为17.61 g·kg^-1。石嘴山市不同功能区SOC含量存在显著差异(p<0.05),具体表现为工业区>医疗区>商业区>道路>住宅区>公园>农田>科教区;SOC含量变异系数为66.27%,呈中等程度变异;其最佳拟合模型为高斯模型,C0/(C0+C)为0.02,属于强空间自相关。SOC与遥感影像波段DN值的差值(B1-B7、B3-B7、B4-B7)和地形因子(高程、坡度、起伏度)之间存在着极显著的相关性(p<0.01);通过对4种方法的结果进行对比可知以各波段DN值差值与地形因子为输入量,利用RGWRK预测的SOC精度最高,相比OK精度提高了10.05%,相比RK精度提高了8.79%,相比RS精度提高了8.92%;研究区SOC含量呈北高南低的趋势,工业区SOC含量是郊区农田SOC含量的1.92倍,表明城区SOC含量有富集的趋势。

宁南山区坡面不同土地利用方式下植被-土壤耦合关系评价

为实现宁南山区生态环境可持续发展,避免出现土壤干化及植被退化现象,以彭阳县王洼水保试验站坡面不同土地利用方式植被—土壤为研究对象,通过建立以11个植被因子和14个土壤因子为主的2级指标体系,采用层次分析法(AHP)和熵权法确定各植被、土壤因子的权重,以耦合、协调度模型评价二者间的协调程度,并用典型相关分析(CCA)确定了各因子之间的相关性。结果表明:林地、灌木地、弃耕地、草地和农地的协调度(D c)值分别为0.4460,0.4515,0.5059,0.5312,0.6046,植被—土壤耦合协调程度S(x)/P(y)的值分别为0.4908,0.5934,0.8212,0.8743,1.1874,即林地和灌木、弃耕地和草地、农地分别属于濒临失调、勉强协调、初级协调状态;濒临失调发展模式主要分布于坡面东北和西南部,勉强协调发展模式分布于坡面中西部,初级协调发展模式零碎状分布;CCA分析表明土壤系统中干燥化指数、水分亏缺指数、平均含水量、黏粒、容重等对植被系统的影响较大。综上,宁南山区农地、草地的耦合协调度优于林地、灌木地,合理的林草植被选取和搭配可确保区域植被—土壤系统的协调发展。

宁南山区不同土地利用类型下土壤水分分布及其干燥化特征

为明确宁南山区不同土地利用类型下土壤干层垂直分布特征和影响因子,本试验运用干层起始深度(Forming depth of desiccated soil layer,DSLFD)、干层厚度(Thicknesses of desiccated soil layer,DSLT)、干燥化指数(Soil desiccation index,SDI)及土壤水分相对亏缺指数(Compared soil water deficit index,CSWDI)对0~600 cm土壤干层状况进行定量评价,同时采用典型相关性分析确定影响土壤干层的主控因素。结果表明:宁南山区林地、灌木地、草地、弃耕地和农地0~600 cm平均土壤水分(Soil moisture content,SMC)含量分别为11.46%,11.79%,14.97%,14.52%和14.66%。草地、弃耕地和农地未出现土壤干层,林地和灌木地分别呈现中等和轻度干燥化,DSLT均为440 cm,干层内土壤平均含水量(Desiccated soil layer-soil moisture content,DSL-SMC)分别为9.10%和9.93%,林地土壤强烈干燥层、严重干燥层、中等干燥层和轻度干燥层厚度分别为40,200,180和20 cm,灌木地土壤严重干燥层、中等干燥层和轻度干燥层厚度分别为80、240和120 cm。不同土地利用类型下60~600 cm土层CSWDI均值呈现出林地(0.58)>灌木地(0.46)>弃耕地(-0.03)>草地(-0.08)。冗余分析(Redundancy analysis,RDA)分析表明土地利用类型、土壤、植被养分状况是影响土壤干燥化的主控因子。宁南山区不同土地利用类型下乔木和灌木存在土壤干层,应采取树体修剪、整地、控制种植密度等措施恢复土壤水分,以促进区域水土资源可持续利用和林草植被恢复。

宁南山区不同林龄杏树地土壤干层特征研究

【目的】分析宁南山区不同林龄杏树地土壤的干层特征,明确林龄对该地区杏树地土壤干层、干燥化程度的影响。【方法】以自然条件下农田为对照,分析比较宁南山区彭阳县王洼流域3,17,23,35年林龄杏树地土壤0~600 cm土层含水率、干层起始深度、干层厚度;采用土壤水分相对亏缺指数及干燥化指数对土壤干层程度进行定量评价,同时对土壤干层影响因素进行冗余分析。【结果】3,17,23,35年林龄杏树地土壤平均含水率分别为15.58%,12.79%,11.54%,11.24%,林龄越长的杏树地土壤含水率越低,3年林龄杏树地与其他林龄杏树地土壤含水率之间存在显著差异(P<0.05)。除3年林龄杏树地外,其他林龄杏树地土壤干层起始深度随林龄的增加而向表层发展,干层厚度随林龄的增加而增加;3,17,23,35年林龄杏树地剖面土壤水分相对亏缺指数均值分别为-0.16,0.29,0.45,0.53,林龄越长土壤水分亏缺越严重,除0~100 cm土层外,其余各层土壤水分亏缺均值均随林龄的增加而呈增大趋势。3,17,23,35年林龄杏树地的平均土壤干燥化指数分别为184.36%,99.87%,74.60%,59.15%,即林龄越长其干燥化程度越强。冗余分析表明,坡度及杏树林龄、胸径、冠幅、株高等是导致研究区土壤干燥化的主要原因。【结论】林龄越长的杏树地土壤干燥化程度也越强,建议对杏树林采取科学合理的修剪措施,并通过调整种植密度、结构等缓解土壤干层现象的发生。

宁南山区不同乔木林地土壤干层分布及干燥化特征

以宁南山区典型坡面不同人工林地为研究对象,分层采集0~600 cm土样,分析杏树(Armeniaca vulgaris)、杨树(Populus simonii)、榆树(Ulmus pumila)、刺槐(Robinia pseudoacacia)和松树(Pinus sylvestris var.mongolica)及农田(对照)土壤含水量垂直剖面分布特征,采用干燥化指数(SID)、土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)、干层起始深度(DSLFD)、干层厚度(DSLT)和干层内平均含水量(DSL-SWC)等指标对土壤干燥化强度和干层分布特征进行分析,利用冗余分析(RDA)确定相关环境因子对土壤干燥化和干层的影响,为黄土高原山区植被合理利用水土资源和生态恢复等提供数据支撑。结果表明:(1)杏树、杨树、榆树、刺槐、松树土壤水分均属中等变异,且0~600 cm平均土壤含水量与对照农田相比分别降低了31.17%、24.15%、23.19%、29.67%和18.35%。(2)不同人工林地干层起始深度、干层厚度及垂直剖面土壤水分分布明显不同,杏树、杨树、榆树、刺槐、松树和农田土壤干层起始深度分别为90、160、140、140、160和600 cm,干层厚度分别为510、460、480、480、460和0 cm。(3)杏树、杨树、榆树、刺槐和松树0~600 cm平均土壤干燥化指数分别为63.48%、91.88%、95.17%、73.97%和111.91%,土壤水分相对亏缺指数分别为0.68、0.59、0.52、0.63和0.41,其土壤水分干燥化强度及亏缺程度由高到低依次为杏树>刺槐>杨树>榆树>松树。(4)RDA分析结果表明,乔木类型、黏粒含量和地形条件是影响土壤干燥化的重要因素。

宁夏中宁枸杞林地粉壤土阳离子交换量空间分布预测方法对比

土壤阳离子交换量(CEC)是土壤施肥、改良的主要依据和土壤质量的评价指标,研究土壤CEC的空间分布及模型预测可为土壤养分监测、管理及精准农业实施提供科学依据。本研究以中宁枸杞林地粉壤土为对象,在自相关、交互相关等分析基础上,采用协同克里格(CoKriging)、普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)和随机森林(RF)模型对土壤CEC进行回归分析,比较了制图效果及模型预测精度。结果表明:中宁枸杞林地粉壤土CEC平均值为13.12 cmol·kg^-1,属中等肥力;土壤CEC的空间分布具有自相关性,并与土壤pH、有机质、黏粒和电导率在不同滞后距离上存在不同的空间相互关系;RF模型预测图避免了CoKriging、OLS和GWR模型预测图中土壤CEC图斑边界两侧破碎程度大、突变明显的缺陷,使土壤CEC在空间变化上表现为自然、平缓的过渡;RF模型RMSE值分别比CoKriging、OLS和GWR模型减少33.82%、20.55%和19.81%,R^2分别提高8.84%、51.92%和7.69%。RF模型考虑了样点空间位置,明显提高了插值精度且制图效果更加平缓。

腾格里沙漠湖泊群小气候特征及其对气候变化的响应

沙漠湖泊对气候变化的响应相较其他湖泊更敏感,同时湖泊也对局地气候有一定的反馈。当前国内对沙漠湖泊的研究主要在巴丹吉林沙漠,腾格里沙漠也存在诸多沙漠湖泊,然而相关研究较少。基于全球地表水体数据集分析腾格里沙漠湖泊区2001—2020年水体面积变化,结合该区域气温、风速、降水量、蒸发量等数据,利用趋势分析、灰色关联分析、皮尔逊相关性分析等方法,探究腾格里沙漠湖泊群对气候变化的响应机制及湖泊对局地气候的反馈作用。结果表明:(1)在2001—2020年,湖泊群面积处于波动状态,相对变率为10.05%~13.66%。(2)湖泊区年均气温和风速波动较小,年降水量和年蒸发量呈波动上升趋势。(3)湖泊对气候变化的响应表现为湖泊群面积与气温呈负相关,与降水量呈正相关;湖泊对局地气候的反馈表现为沙漠湖泊区的气温和降水量高于非湖泊区。

基于GIS和PMF模型的石嘴山市土壤多环芳烃空间分布及来源解析

随着城市化和工业化进程加速,城市土壤多环芳烃(PAHs)含量及污染状况受到广泛关注.以石嘴山市为例,分析8个城市功能区156个表层土壤(0~20 cm)样品PAHs含量的空间分布特征,运用单因子指数、内梅罗综合指数和终生癌症风险增量模型评价土壤PAHs污染状况,利用正定矩阵因子分解模型(PMF)对PAHs来源进行解析.结果表明,石嘴山市表层土壤PAHs总含量均值为489.82 ng·g^-1,除芘(Pyr)外的15种PAH单体变异系数均大于100%,属强变异;不同功能区土壤PAHs含量呈现出:交通区(1217.61 ng·g^-1)>工业区(809.58 ng·g^-1)>公园(273.66 ng·g^-1)>文教区(268.18 ng·g^-1)>商业区(240.05 ng·g^-1)>农业区(226.81 ng·g^-1)>医疗区(211.90 ng·g^-1)>居民区(183.49 ng·g^-1);内梅罗综合指数显示82.58%的样点不存在污染,轻微、轻度和中度污染占比分别为6.45%、4.52%和0.65%,5.8%的样点存在重度污染;健康风险评价结果表明,皮肤接触和误食是最主要的土壤PAHs暴露途径,其健康风险处于可接受水平;源解析表明石嘴山市土壤PAHs的主要来源为交通排放源、煤炭燃烧源、生物质/重油燃烧的混合源以及石油源,其贡献率分别为10.5%、36.6%、50.3%和2.6%,且高值大多分布在工业或煤炭生产区域.研究结果可为工业城市土壤污染研究提供参考,并对预防土壤污染、保障土壤环境质量及人体健康安全有积极作用.

银川鸣翠湖国家湿地公园香蒲、荷花、石菖蒲和芦苇生长区土壤有机碳及其组分含量对比研究

为了了解干旱区城市湿地公园不同植物生长区土壤的储碳能力,在宁夏回族自治区银川市鸣翠湖国家湿地公园中,在香蒲(Typha orientalis)、荷花(Nelumbo nucifera)、石菖蒲(Acorus tatarinowii)和芦苇(Phragmites australis)生长区,分别设置采样地,于2018年5月8日,采集0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm和40~60 cm深度的土壤样品,测定土样的有机碳及其组分含量,分析土壤有机碳及其组分含量与土壤其它理化指标的关系。研究结果表明,香蒲、荷花、石菖蒲和芦苇生长区0~60 cm深度各土层的土壤有机碳质量比平均值分别为20.85 g/kg、16.35 g/kg、7.23 g/kg和4.48 g/kg,土壤易氧化碳质量比平均值分别为6.17 g/kg、4.53 g/kg、2.57 g/kg和1.16 g/kg;与其它植物生长区对应深度的土壤有机碳和易氧化碳含量相比,香蒲生长区0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm深度土壤有机碳和易氧化碳含量显著偏高,荷花生长区40~60 cm深度土壤有机碳和易氧化碳含量显著偏高;与其它植物生长区对应深度的土壤颗粒有机碳含量相比,香蒲生长区0~10 cm、10~20 cm土壤颗粒有机碳含量显著偏高,荷花生长区20~40 cm和40~60 cm深度土壤颗粒有机碳含量显著偏高;荷花生长区各深度土壤可溶性有机碳含量显著高于其它植物生长区;各植物生长区土壤有机碳含量及其组分的含量与土壤砂粒含量、粉粒含量、全氮含量和pH显著相关。

基于PMF模型的宁南山区小流域土壤重金属空间分布及来源解析

为探明宁南山区小流域土壤重金属污染分布特征及主要污染源,确保土壤环境质量.采集并测定了260个表层(0~20 cm)土壤样品重金属Pb、Ni、Zn、Mn、Cu、Cr和Cd.基于宁夏土壤背景值,通过单因素和Nemera综合指数评价土壤重金属污染现状,使用潜在生态风险指数对生态环境风险水平进行评价,利用正定矩阵因子分析法(PMF)和Kriging插值相结合的方法分析土壤重金属空间分布及来源.结果表明,ω(Pb)、ω(Ni)、ω(Zn)、ω(Mn)、ω(Cu)、ω(Cr)和ω(Cd)均值分别为31.42、36.22、62.89、546.18、22.26、61.90和0.18 mg·kg^(-1),除Ni外,其他元素通常比宁夏土壤背景值高,但低于农业土壤污染风险选择标准和绿色食品环境质量标准背景值.Nemera综合指数表明,轻度、中度和重度重金属污染占比分别为71.92%、19.23%和1.54%.潜在生态风险以轻微风险为主,所占比例为98.85%,此外还存在极少量中等潜在生态风险等级样点,占总样点数1.15%.来源解析表明宁南山区小流域土壤重金属主要来源为施肥和工业排放混合源(12.6%)、农业活动源(23.5%)、自然母质源(27.6%)、农药使用和矿业开发排放混合源(17.7%)和大气沉降源(18.6%).

基于云模型的宁南山区小流域土壤养分综合评价

土壤养分受到各因素的综合影响,也是植被生长繁衍的基础。为了解宁南山区小流域土壤养分状况,文中基于260个采样点0~20cm土层实测数据,分析了土壤养分含量特征,选取pH值、电导率(EC)、有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)作为评价指标,运用熵权法确定权重,结合云模型对土壤养分质量进行评价。结果表明:SOM、TN、TP、TK、AN、AP和AK含量均值分别为12.56、0.74、1.82、20.97g/kg和148.16、13.28、228.61mg/kg;土壤养分状况由高到低占比依次为:0.62%、10%、31.71%、27.37%和30.3%,整体处于中等偏低水平,各地土壤养分状况为西部较好而东部较差;使土壤处于较低水平的主要限制性养分是AN,整体上AK和TP含量丰富但各地分布不均,应注意科学进行生态恢复。精确有效评估土壤养分状况有助于识别土壤不同属性特征,并指导合理种植以保持养分平衡,改善土壤养分质量。