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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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    2026 - 04 - 02
    土壤线虫是土壤生态系统中数量最丰富、功能多样性最高的后生动物类群之一。它们在土壤食物网中占据多个营养级位,涵盖植食性、食细菌性、食真菌性、捕食性及杂食性等多种营养类群,通过与植物根系、微生物及其他土壤动物之间的复杂互作,深度参与有机质分解、养分矿化、碳氮循环等关键生态过程。因其对土壤环境变化敏感,且形态特征与群落结构与土壤管理措施、污染胁迫等密切相关,土壤线虫常被用作指示土壤健康状况和评价生态系统可持续性的重要生物指标。01     提取步骤土壤线虫的提取采用贝尔曼漏斗分离法。具体步骤如下:(1)准备工作:准备足够数量的玻璃漏斗,固定在架子上;在漏斗口放置网筛,漏斗下端接橡胶管,并安装止水弹簧夹;(2)提取工作:称量新鲜土壤50 g,使用纸巾包裹,放置于网筛上,并缓慢添加清水浸没纸包,静置48小时; (3)固定工作:静置完成后,打开橡胶管的止水夹,用离心管接取7 mL左右的液体,放入到60℃水浴锅中加热3分钟,杀死土壤线虫;往离心管中添加7 mL甲醛溶液,使最后的甲醛浓度达到4%左右,以获得最佳保存效果,并做好记号备用。图1 提虫装置示意图02     鉴定步骤(1)计数:将离心管的液体摇匀,全部倒入细胞计数皿,在奥林巴斯CKX-44倒置显微镜下放大100倍进行计数,计数完成后倒回离心管,并用少量清水清洗计数皿,也倒回离心管,尽量回收样品中的所有线虫;(2)鉴定:计数完成后的离心管静置一晚,用移液枪吸走上清液,取最后一滴液体滴于载玻片中央,并用盖玻片盖上,使用中性树胶封片;制作好的临时玻片使用尼康Eclipse 80i生物显微镜放大100-400倍对线虫进行形态学鉴定;线虫数量少于100条时,全部鉴定,若大于100条,一般取最先遇到的前100条线虫进行鉴定。根据线虫的形态学特征,主要依据Bongers所著...
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    2026 - 03 - 20
    滨海湿地是全球重要的“蓝碳”储库,其来自陆海传输中形成的外源老化碳可占50%以上。然而,目前对于这些老化碳在滨海生态系统中储存机制尚不清楚,特别是矿物结合与微生物转化之间的协同作用仍是蓝碳科学中的关键短板,亟待建立相关机制模型以指导蓝碳的管理与评估。中国科学院烟台海岸带研究所李远副研究员、韩广轩研究员联合天津大学宋照亮教授、中国科学院南京土壤研究所骆永明研究员以及国内外多家单位,跨越20个纬度梯度对中国沿海36个红树林和盐沼湿地进行了系统调查。通过对表层土壤和1米深沉积柱的综合分析,结合14C同位素测年、生物标志物和模型解译,系统揭示了矿物-微生物协同作用对蓝碳周转与储存的联合调控机制。图1 海岸带红树林和盐沼研究点位及土壤有机碳特征分布研究发现,盐沼与红树林在碳周转时间上存在显著差异。具有高矿物沉积速率的盐沼湿地表现出比红树林更长的土壤有机碳周转时间(表层土壤平均为2200年 vs. 500年)。这一差异主要归因于盐沼中含有更高比例的老化碳(~50%)和化石碳(~20%)。在组分分配上,盐沼表层土壤的矿物结合态有机碳(MAOC)比例高达81.5%,显著高于红树林的66.6%,且盐沼含有更高比例的木质素酚(3.5% vs. 3.1%)和微生物残体碳(21% vs. 14%)。这表明在外源输入主导的生态系统中,SOC主要来自高降解的老化碳库。图2 基于14C的海岸带红树林和盐沼土壤有机碳组成和周转进一步应用线性混合效应模型和结构方程模型解析得出,矿物-微生物协同作用随深度发生显著转移:在表层土壤(0-20 cm)中,由于新鲜有机质输入丰富,微生物残体碳的积累是驱动碳周转的关键因素(影响系数 = 0.36);而在深层土壤(1 m)中,木质素的降解程度取代微生物生物量,成为决定有机碳千年尺度持久封存的主要预测因子(影响系数 = 0.45)。图3 海岸带红树林和盐沼表层和深层土壤有...
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    岗位一招聘岗位:技术支撑招聘人数:3人      综合月薪:7k-15k岗位职责1、项目前期对接(回复技术咨询,确认实验方案等);2、监督项目进度(与实验室对接检测要求,监督进度、确认数据);3、项目后期处理(追踪数据发放,协助处理项目结算等);4、老客户维护和新客户开发。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,微生物碳氮磷,有机氮组分、新污染物、代谢组学等),熟悉常规实验方法;3、熟悉相关实验室仪器设备(TOC仪,元素分析仪,液相等),具备相关实验数据的分析能力;4、性格外向,沟通能力强,能适应偶尔出差;岗位二招聘岗位:实验员招聘人数:8人      综合月薪:5k-10k岗位职责1、完成组内实验;2、完成领导安排的工作;3、进行实验的部分开发与验证。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历,优秀本科生亦可;2、有土壤、植物等理化实验经验;3、性格乐观开朗,主动性强;工作仔细耐心,有研究创新精神。岗位三招聘岗位:品牌经理招聘人数:15人     综合月薪:8k-20k岗位职责1、负责所在区域高校、单位的开拓推广工作,进入高校开展线下讲座、业务宣讲等活动;                                   2、定期拜访高校和企业相关重点客户,维持良好的检测合作关系;3、主动学习各种专业知识,关注行业动态及政策;4、负责完成上级领导布置的业绩目标。岗位要求1、生态学、农学、土壤学等专业硕士学历;2、有相关实验经验优先(氨基糖,木质素酚,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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