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新疆主要草地土壤容重与有机碳含量关系模型构建

狄晓双 武红旗 贾宏涛 张文太 谷海斌 邵明轩 盛建东

狄晓双, 武红旗, 贾宏涛, 张文太, 谷海斌, 邵明轩, 盛建东. 新疆主要草地土壤容重与有机碳含量关系模型构建[J]. 土壤通报, 2021, 52(6): 1323 − 1329 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101203
引用本文: 狄晓双, 武红旗, 贾宏涛, 张文太, 谷海斌, 邵明轩, 盛建东. 新疆主要草地土壤容重与有机碳含量关系模型构建[J]. 土壤通报, 2021, 52(6): 1323 − 1329 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101203
DI Xiao-shuang, WU Hong-qi, JIA Hong-tao, ZHANG Wen-tai, GU Hai-bin, SHAO Ming-xuan, SHENG Jian-dong. Construction of Relationship Model between Soil Bulk Density and Soil Organic Carbon Content of Main Grasslands in Xinjiang[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(6): 1323 − 1329 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101203
Citation: DI Xiao-shuang, WU Hong-qi, JIA Hong-tao, ZHANG Wen-tai, GU Hai-bin, SHAO Ming-xuan, SHENG Jian-dong. Construction of Relationship Model between Soil Bulk Density and Soil Organic Carbon Content of Main Grasslands in Xinjiang[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(6): 1323 − 1329 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101203

新疆主要草地土壤容重与有机碳含量关系模型构建

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020101203
基金项目: NSFC-新疆联合基金重点项目(U1603235)和中科院战略性先导科技专项(XDA05050400)资助
详细信息
    作者简介:

    狄晓双(1994−),女,新疆哈密人,硕士,E-mail: dixiaoshuang1994@163.com

    通讯作者:

    E-mail: sjd@xjau.edu.cn

  • 中图分类号: S152.5

Construction of Relationship Model between Soil Bulk Density and Soil Organic Carbon Content of Main Grasslands in Xinjiang

  • 摘要: 土壤容重是反映土壤质量和土壤生产力水平的重要参数。由于测定土壤容重的方法(环刀法)费时、费力及需要现场采样,导致土壤容重样本数量有限,影响了土壤碳氮等物质储量的估算精度和精准调控。本研究利用新疆主要草地437个野外采样点获得的土壤容重和有机碳样本,分析了容重值和有机碳值的统计特征,构建了全疆及6个分区的土壤容重值与有机碳值的关系模型。结果显示:(1)新疆主要草地土壤的容重和有机碳的变化范围、均值及变异系数分别为0.24 ~ 1.99 g cm−3和0.01% ~ 24.51%、1.24 g cm−3和1.86%、23.15%和129.96%;(2)全疆尺度土壤容重值与有机碳值的最优关系模型为SBD = 1.3861e−0.0704 SOCR2 = 0.35,P < 0.0001);(3)相比于全疆尺度,阿尔泰山、塔城盆地和伊犁河谷等分区的最优关系模型精度有所提高。本文结果可以为准确评估新疆草地土壤碳储量等研究提供重要参数。
  • 图  1  研究区域地理位置和样本所在分区

    Figure  1.  Geographic location of the study area and the sampling points

    图  2  全疆尺度草地土壤容重最优预测模型

    Figure  2.  The optimal prediction model of soil bulk density in grasslands of Xinjiang

    图  3  验证集样本土壤容重实测值与模型预测值的比较

    Figure  3.  The comparison between measured soil bulk density and model prediction value

    图  4  各分区草地土壤容重值与有机碳值最优拟合模型

    Figure  4.  The optimal fitting model of soil bulk density in each region

    表  1  新疆主要草地分区域采样点特征统计

    Table  1.   Statistics of main grasslands’ sampling points in Xinjiang

    分区
    Region
    样地数
    Number
    分区自然地理的主要特点
    The main characteristics of physical geography
    阿尔泰山 62 山脉呈西北-东南走向,山脊高度3000 m以上,低山带年降雨量200 ~ 300 mm,中山带400 ~ 600 mm,山地垂直景观明显
    塔城盆地 38 地势东高西低,不利于承受西来湿润气流,年降水量250 ~ 300 mm,年均气温低于10 ℃
    伊犁河谷 53 北、东、南三面环山,气候温和湿润,年均降雨量250 mm左右,自然条件优越,天然草场总面积约2000多万公顷
    天山北坡 103 北坡气温低,年降水量400 ~ 500 mm,西段可达到900 mm,与南坡的水热条件有很大的差异
    天山南坡 117 南坡光照充足,年降水量300 ~ 500 mm,西段可达到800 mm,蒸发量大,气候干旱
    昆仑山 64 包括帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山和喀喇昆仑四部分,山脊平均海拔高度6000 m以上,气候干燥,荒漠景观明显,植被稀疏
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    表  2  新疆草地土壤容重和有机碳统计特征

    Table  2.   Statistical characteristics of soil bulk density and organic carbon in Xinjiang Grasslands

    土层 (cm)
    Soil Layer
    样点数
    Number
    容重
    SBD
    有机碳
    SOC
    最小值(g cm−3)
    Minimum
    最大值(g cm−3)
    Maximum
    平均值(g cm−3)
    Mean
    变异系数(%)
    CV
    最小值(%)
    Minimum
    最大值(%)
    Maximum
    平均值(%)
    Mean
    变异系数(%)
    CV
    0 ~ 5 396 0.28 1.99 1.19 27.37 0.02 24.51 2.97 124.91
    5 ~ 10 379 0.36 1.99 1.21 24.99 0.07 22.23 2.39 119.79
    10 ~ 20 371 0.24 1.99 1.22 24.28 0.04 17.05 1.95 113.07
    20 ~ 30 348 0.28 1.95 1.23 23.67 0.02 9.56 1.58 101.99
    30 ~ 50 309 0.35 1.93 1.26 21.98 0.05 10.15 1.34 100.32
    50 ~ 70 245 0.59 1.90 1.29 18.52 0.05 6.90 1.07 85.53
    70 ~ 100 214 0.59 1.77 1.31 15.85 0.01 4.99 0.85 81.97
    总体 2262 0.24 1.99 1.24 23.15 0.01 24.51 1.86 129.96
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    表  3  全疆尺度测试集土壤有机碳与土壤容重的回归分析

    Table  3.   Regression analysis of soil organic carbon and soil bulk density in Xinjiang

    回归分析
    Regression analysis
    模型
    Model
    R2P
    直线 SBD = −0.0647 SOC + 1.3517 0.33 < 0.0001
    指数 SBD = 1.3861 e−0.0704 SOC 0.35 < 0.0001
    对数 SBD = −0.16 ln(SOC) + 1.2436 0.33 < 0.0001
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    表  4  新疆草地分区土壤容重值的统计特征(g cm−3

    Table  4.   Statistical characteristics of soil bulk density of grassland in Xinjiang

    分区
    Region
    样本数
    Number
    最小值
    Minimum
    最大值
    Maximum
    平均值
    Mean
    标准偏差
    SD
    变异系数(%)
    CV
    阿尔泰山 248 0.39 1.99 1.32 0.30 22.52
    塔城盆地 162 0.53 1.93 1.35 0.25 18.37
    伊犁河谷 310 0.34 1.58 1.06 0.18 16.91
    天山北坡 518 0.24 1.99 1.30 0.29 22.38
    天山南坡 624 0.28 1.99 1.18 0.32 26.71
    昆仑山 400 0.52 1.81 1.28 0.21 16.26
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    表  5  回归PTFs分地区土壤有机碳值和容重值的拟和模型

    Table  5.   The simulated model of soil organic carbon and bulk density by regression PTFS

    分区
    Region
    样地数
    Number
    直线回归,R2
    Linear regression,R2
    指数回归,R2
    Exponential regression,R2
    对数回归,R2
    Logarithmic regression,R2
    阿尔泰山 164 SBD = −0.0836 SOC + 1.4868***,0.59 SBD =1.5251 e−0.0803 SOC***,0.60 SBD = −0.19 ln(SOC) + 1.3329***,0.52
    塔城盆地 205 SBD = −0.0752 SOC + 1.507***,0.39 SBD =1.501 e−0.061 SOC***,0.33 SBD = −0.15 ln(SOC) + 1.3839***,0.40
    伊犁河谷 107 SBD = −0.0509 SOC + 1.2247***,0.54 SBD =1.2463 e−0.0531 SOC***,0.55 SBD = −0.153 ln(SOC) + 1.1866***,0.53
    天山北坡 354 SBD = −0.0488 SOC + 1.3878***,0.17 SBD =1.4107 e−0.0513 SOC***,0.18 SBD = −0.126 ln(SOC) + 1.2995***,0.16
    天山南坡 426 SBD = −0.0656 SOC + 1.3042***,0.32 SBD =1.3438 e−0.0778 SOC***,0.34 SBD = −0.163 ln(SOC) + 1.1875***,0.28
    昆仑山 282 SBD = −0.111 SOC + 1.3806***,0.23 SBD =1.381 e−0.099 SOC***,0.25 SBD = −0.1537 ln(SOC) + 1.2263***,0.27
      注:***代表P < 0.0001
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-12
  • 修回日期:  2021-06-09
  • 刊出日期:  2021-12-08

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