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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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    2024 - 07 - 25
    一、木质素酚实验流程:→氧化:CuO+Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O+2 M NaOH高温氧化。收集上清液→提取:纯水洗渣两次,合并上清液,调PH→衍生:吡啶+BSTFA衍生→上机:(GS-MS)图谱展示:二、角质、软木质实验流程:→水解:称取约1.0~2.0g的土样于四氟乙烯反应釜中,1mol/L甲醇化氢氧化钠3mL,沸水浴3h。→净化:a.酸化:待水解液冷却至室温后,用10ml甲醇:二氯甲烷(1:1)混合液冲洗水解管,超声15min。取上清液用HCl酸化至ph b.萃取:收集有机相于5mL衍生瓶中,于38°C下轻轻氮吹至干。→衍生:向吹干的衍生瓶中加入100uL吡啶和400uLBSTFA后盖紧。漩涡30s混匀,70°C反应3h,待冷却后上机。→上机:(GC-MS)图谱展示:三、脂类(游离态脂)实验流程:→萃取:称取约0.5~1.0g的土样于10mL离心管中,加入5mL丙酮:二氯甲烷(1:1)混合液超声萃取20min,离心收集上清液。重复两次合并上清液并氮气吹干,衍生后上机测试。→衍生:向吹干的样品和标准的衍生瓶中加入100uL吡啶和400uLBSTFA后盖紧。涡旋30s混匀,70°C反应3h,待冷却后上机。→上机(GC-MS)图谱展示:更多相关检测讯息so栢晖生物~
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    2024 - 07 - 24
    文献解读原名:Not all soil carbon is created equal: Labile and stable pools under nitrogen input译名:并非所有的碳都是相同的:氮输入下的易分解库和稳定库期刊:Global Change BiologyIF:10.8发表日期:2024.7.8第一作者:臧华栋 中国农业大学农学与生物技术学院背景人类活动提高了世界范围内的氮输入,由于农业活动和化石燃料的使用,人类氮输入比自然来源大30%-50%。鉴于碳氮之间的密切关系,活性氮输入水平将极大地影响全球碳循环,氮输入的增加刺激了土壤碳储存,因为氮的增加促进了植物生物量的产生和植物来源的碳输入,然而氮输入对不同周转时间的有机质(SOM)库影响仍存在争议,特别是其潜在机制。因此,探究有机质库对氮输入的响应对阐明全球C循环的复杂性至关重要。假设(1)通过方法组合可以有效地评价C池(从数年到数十年的周转率)对氮施肥的响应。(2)“碳限制”和“微生物氮开采”这两种机制都与SOM池相关,取决于它们的可用性,这代表这两种理论之间的联系。科学问题(1)分析不稳定到稳定有机质的矿化反应;(2)量化各种有机质库分解对氮输入的敏感性;(3)评估细菌和真菌群落变化,并阐明微生物群落的变化程度如何反映有机质分解对氮输入的响应。材料与方法方法:将有机质中的13C自然丰度与21年的C3-C4植被转换和长期孵化实验结合起来,估算氮输入对不稳定碳库和稳定碳库有机质矿化的影响。土壤取自霍恩海姆大学试验站0-10厘米深度(有机碳约2.4%,总氮含量0.25%,pH值5.1)和邻近草地(有机碳约2.5%,总氮0.21%,pH 5.1)。巨芒草作为一种C4植物,在21年前被引入到之前的C3草地土壤中,导致δ13C从−27‰转移到−17‰。δ13C中这种差异被用来区分新土壤和老土壤有机碳。C4-...
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    2024 - 07 - 15
    土壤氨基糖实验流程如下:一、实验方法及原理氨基糖在吡啶-甲醇溶液中,以 4-二甲氨基吡啶为催化剂的条件下与盐酸羟胺和乙酸酐发生糖腈乙酰酯反应, 所得衍生物可利用气相色谱测定。二、实验步骤2.1主要实验仪器   GC(毛细管分流进样口, FID检测器)鼓风烘箱(涵盖105℃,可定时8h)涡旋混合仪(2850rpm)离心机(50mL,3650rpm)冷冻干燥机水浴锅(45℃、80℃)旋转蒸发仪(100mL,65℃)离心机(5mL,8000rpm)2.2 实验步骤1、水解:称取约0.5~1.0g的土样于水解管中,沿管壁加入5 mL 6 mol/L盐酸,用氮气置换水解管中空气2min后密封。在烘箱中105℃放置8h水解。2、净化:a) 除酸:待水解液冷却至室温后,加入200μgN-甲基氨基葡萄糖(1mg/mL水溶液,200μL)。涡旋仪震荡30s混匀。取部分水解液于5mL离心管中,于8000rpm离心1min。取上清液2.5mL于50mL离心管中用氮气于65℃吹干。用25mL纯水溶解吹干后的残渣。加0.4mol/LKOH和0.01mol/LHCL调节pH至6.6~6.8。b) 除盐:离心管以3000rpm离心5min,转移出上清液于100mL茄型瓶中,于65℃,25rpm旋转蒸发至干。再加入10mL无水甲醇分两次溶解瓶中残渣。后转移至另一50mL离心管。氮吹至5mL以下,涡旋溶解管壁有机物后,以4000rpm离心5min,除盐。再将上清液转移到5mL衍生瓶中并加入100μg戊五醇(1mg/mL水溶液,100μL),于40℃氮气吹干。3、标准样品制备:同时准备3个标准样品。另取衍生瓶中加入100μL混标(1mg/mL的氨基葡萄糖、氨基半乳糖、氨基甘露糖,0.5mg/mL胞壁酸),100μgN-甲基氨基葡萄糖(1mg/mL水溶液,100μL),100μg戊...
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    2024 - 07 - 01
    原名:Conversion of SIC to SOC enhances soil carbon sequestration and soil structural stability in alpine ecosystems of the Qinghai-Tibet Plateau.译名:无机碳(SIC)向有机碳(SOC)的转化增强了青藏高原高寒生态系统的土壤固存和土壤结构稳定性。期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:9.7发表日期:2024.8(网络首发2024.5)第一作者:马云桥 青海大学高原生态与农业国家重点实验室(李希来课题组)一、背景陆地生态系统储存了大量的有机碳(SOC)和无机碳(SIC),土壤有机碳和土壤无机碳由非生物和微生物因素驱动具有潜在动态相互关系,对土壤结构和固碳有重要影响(图1)。同时青藏高原约占国土面积的五分之一,是我国巨大的碳库,因此对该区域生物和非生物因子介导的土壤有机碳和无机碳动态转化过程和机制研究显得尤为重要。图1 微生物驱动的有机碳和无机碳周转关系示意图二、科学问题(1)评估不同空间尺度下不同植被类型中聚集体的组成和稳定性;(2)量化SOC、MBC、DOC、SIC和碳水解酶酶活性(α-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶)的分布,以及不同植被类型不同土壤团聚体中细菌和真菌群落的组成和多样性;(3)分析调控团聚体内SOC和SIC动态转化的主要生物和非生物因子,以约束土壤团聚体形成与土壤碳库动态转化的关系。三、材料与方法(1)研究地点位于中国青海省河南-蒙古自治县(北纬34°05′-34°56′,东经100°53′-102°16′),海拔范围3400-4200米。(2)MS代表高寒草甸阳坡,SS代表高寒草甸阴坡,WR代表河滨湿地。每种地形的优势植物机水汽条件有所不同(...
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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:
2017 - 07 - 17
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