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土壤有机碳时空变异模拟研究取得进展

日期: 2018-11-22
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土壤有机碳时空变异模拟研究取得进展


土壤有机碳时空变异模拟研究取得进展

土壤有机碳时空变异模拟研究取得进展

       

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(4157113005141771251)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.


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    土壤是一个复杂的三相(固、液、气)多孔介质,其物理结构(如团聚体、孔隙度)是一切生命活动的基础。微塑料的存在会改变孔隙结构、影响水分运移、影响气体交换等等,它可以吸附环境中的重金属、持久性有机污染物等,成为这些有毒物质的“载体”,改变它们在土壤中的分布和生物有效性,加剧复合污染。微塑料的测定方法主要有上述提到的光谱法、显微分析法和热裂解法等,如下是热裂解测定方法介绍。BAIHUI微塑料定性定量测定分析可测定12种主要微塑料!聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、丁苯橡胶(SBR)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU:MDI型)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙6(N6)、尼龙66(N66)01微塑料测定流程方法简述:称取过2 mm筛的风干土壤5 g于250 mL烧杯中,加入50 mL饱和氯化钠溶液,磁力搅拌30 min。静置3 h,悬浮上清液倒入250 mL烧杯。改用50 mL ZnCl2(密度约1.6 g/cm3)浮选一次,磁力搅拌30 min,静置3 h,上清液倒入前述250 mL烧杯。将250 mL烧杯中液体用不锈钢滤膜抽滤,收集滤膜,加30 mL过氧化氢,超声10 min, 60 ℃加热24 h。收集溶液,用不锈钢滤滤膜抽滤,收集滤膜,晾干备用。将滤膜放入烧杯,加有机溶剂,超声10 min,溶剂浓缩至1 mL。取50 μL至80 μL裂解样品杯,通风橱内挥干,加CaCO3稀释剂2 mg,少量玻璃棉覆盖,待测。校准曲线绘制称取以CaCO3稀释剂为基质的微塑料标准物质(12种微塑料),0.1、0.5、1.0、2.0、4.0 mg,加入至裂解样品杯中,少量玻璃棉覆盖,配制成标准系列。02测定结果展示03分析软件-F-Sear...
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    13C固体核磁共振方法简述为了提高固体核磁共振测定的精确度,土壤样品在进行核磁共振分析前先用氢氟酸(HF)进行预处理。预处理方法如下:称量8克土壤样品于100mL塑料离心管中,加50mLHF(体积分数10%)溶液,摇床上振荡1h(25℃,200r/min),离心机上3800 r/min离心5min,弃去上清液,残余物继续用HF溶液处理。共重复处理8次,摇床时间依次是:第1-4次1h,第5-7次12h,最后1次24h。处理过后的残余物用蒸馏水清洗后以除去其中的HF溶液,方法如下:加50mL蒸馏水,振荡10min,离心5min(3800r/min),去掉上清液,整个过程重复4次。残余物在40℃的烘箱中烘干,过60目筛后置于密室袋中,备NMR上机测定。数据示例点击放大查看红外光谱方法简述土壤样品的光谱特征使用傅立叶变换红外吸收光谱进行分析。将干燥的样品与干燥的KBr(样品:KBr = 1:80的比例)在玛瑙研钵中汇合均匀并研磨至粉末状(粒度 < 2 μm),压成透明薄片。用傅立叶变换红外光谱仪(Spectrum 100; PerkinElmer, MA, USA)扫描测定并记录其光谱。光谱数据进一步用Omnic 8.3软件(Thermo Nicolet Corporation, USA)分析。根据前人的研究,我们选择了4个波峰区域来分析土壤C官能团特征并计算峰面积比:alkyl-C(2985 - 2820 cm-1);aromatic C=C(1800 - 1525 cm-1); O-alkyl-C(1185 - 915 cm-1) and aromatic CH(855 - 740 cm-1)(Pengerud et al., 2013)。基于峰面积比,我们计算了土壤SOM的疏水性指数(HI,alkyl-C/SOC)和芳香度指数(AI,alkyl-C/O-alkyl-...
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    BAIHUI文献解读原名:Heavy metal contamination threats carbon sequestration of paddy soils with an attenuated microbial anabolism.译名:重金属污染威胁水稻土壤的碳封存,微生物分解代谢减弱。期刊:GeodermaIF:6.6发表日期:2025.8第一作者:熊丽 江西省农业科学院土壤与肥料及资源环境研究所(熊丽课题组)01背景耕地中的土壤有机碳(SOC)不仅是土壤肥力和生产力的基础,更在缓解气候变化中发挥着重要作用——仅表层1米的土壤中就储存着全球SOC总量的近10%。SOC的生态功能主要取决于其循环转化与长期存留能力,而这些过程极易受到重金属污染等环境压力因素的显著影响。近百年来人类活动的密集开发,使农田土壤重金属污染日益严重,已成为威胁土壤健康和粮食安全的全球性问题。作为土壤碳循环的主要调控者, 微生物如同“针眼”般精准调控着有机质碳的转化过程,且对重金属具有高度敏感性。因此,重金属污染对微生物介导SOC转化的影响正引发学界越来越多的关注。图1:研究区及沿县岔河13个采样点位置示意图02科学问题(1)重金属污染会降低微生物可利用碳元素(CUE)并加速生物量周转;(2)微生物合成代谢能力减弱将显著影响污染稻田土壤中有机碳的变化。03材料与方法(1)本次实地考察在自1934年开采至2020年关闭的小龙钨矿周边展开。属亚热带季风气候区,年均气温18.6℃,年均降水量1726毫米。 (2)水稻种植是该地区最主要的农业类型,采用典型的早稻-晚稻轮作制度。 (3)在河流上下游13个采样点采集土壤样本 (图1),每个采样点选取三块相邻的稻田作为三重复样本。每块稻田内设置五个2×2米样方,每个样方从表层(0-20厘米)随机采集五个直径2.5厘米的土...
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案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
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