三江源冻土区浅层土壤有机碳及其氧化稳定性特征

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0165

摘要/Abstract

摘要：

土壤碳库作为全球碳循环中最为重要的组成部分，是陆地生态系统中最大的碳库。冻土区土壤碳库是对气候变化反应最为敏感的碳库，气候的微弱变化都会对其浅层土壤有机碳产成巨大的影响，进而影响着区域景观和生态。氧化稳定性作为反映土壤有机碳抗氧化能力的指标，影响着土壤有机碳的数量与质量，受制于气候因素影响，其变异在高寒冻土区具有一定的规律性。为探究冻土的土壤有机碳及其氧化稳定性分布特征，基于实验数据与2011—2019年的气候资料，采用随机森林模型对土壤有机碳含量、不同氧化难易程度土壤有机碳组分和土壤有机碳氧化稳定性系数，以及环境变量（年均降水量、年均日照时数、年平均气温、海拔）进行多要素数字化制图并分析其控制性因素。结果表明：模型对三江源冻土区浅层土壤有机碳的解释度在54%以上，数字化制图能较好地反映土壤有机碳的分布情况；土壤有机碳主要受降水和日照时数的影响，温度次之；不同氧化难易程度组分空间分布各异，但氧化稳定性具有北高南低的分布特征；冷、干利于冻土区浅层土壤有机碳氧化稳定性的提升。

关键词: 土壤有机碳, 氧化稳定性, 随机森林模型, 浅层土壤, 三江源

Abstract:

As the most important part of the global carbon cycle， soil carbon pool is the largest carbon pool in terrestrial ecosystems. Soil carbon pool in permafrost regions is the most sensitive carbon pool to climate change. Weak climate change will have a huge impact on the organic carbon production in the shallow soil， and then affect the regional landscape and ecology. As an indicator reflecting the antioxidant capacity of soil organic carbon， oxidation stability affects the quantity and quality of soil organic carbon， and its variation has a certain regularity in the alpine permafrost region under the influence of climatic factors. In order to explore the distribution characteristics of soil organic carbon and its oxidation stability in frozen soil， based on the experimental data and the climatic data from 2011 to 2019， the random forest model was used to conduct multi-factor digital mapping on soil organic carbon content， soil organic carbon components with different oxidation difficulty degrees， and soil organic carbon oxidation stability coefficient and environmental variables （average annual precipitation， average annual sunshine hours， average annual air temperature， and altitude） and analyze the controlling factors. The results showed that the model had an interpretation degree of more than 54% for the shallow soil organic carbon in frozen soil area of Three River Source Region， and the digital mapping could reflect the distribution of soil organic carbon well. Soil organic carbon was mainly affected by precipitation and sunshine duration， and temperature took second place. The spatial distribution of components with different oxidation difficulty is different， but the oxidation stability has the distribution characteristics of high in the north and low in the south. Cold and dry are conducive to improving the oxidation stability of organic carbon in shallow soil of frozen soil area.

Key words: soil organic carbon, oxidation stability, random forest model, shallow soil, Three River Source Region

中图分类号:

P642.14

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土壤有机碳	均值	最小值	最大值	方差	偏度	峰度
TOC	33.00	5.27	157.35	337.38	-0.64	0.13
F1	5.12	0.31	18.77	8.92	-0.36	0.36
F2	6.35	0.70	21.36	15.11	-1.12	0.17
F3	3.88	0.15	13.68	4.48	-0.51	0.55
F4	18.15	1.25	105.31	102.94	-0.51	0.23
Kos	1.41	0.44	2.92	0.14	1.38	1.25

环境变量	土壤有机碳
环境变量	TOC	F1	F2	F3	F4	Kos
年均降水量	0.51^**	0.44^**	0.46^**	0.35^**	0.47^**	-0.15^*
年均日照时数	-0.50^**	-0.43^**	-0.48^**	-0.35^**	-0.45^**	0.15^*
年均气温	0.36^**	0.29^**	0.43^**	0.17^*	0.33^**	-0.16^*
海拔	-0.31^**	-0.22^**	-0.31^**	-0.21^**	-0.29^**	0.08

土壤有机碳	一致性系数（CC）	平均误差（ME）	均方根误差（RMSE）	决定系数（R²）
TOC	0.79	-0.26	14.02	0.69
F1	0.78	-0.05	2.43	0.67
F2	0.81	0.01	2.90	0.73
F3	0.78	-0.07	1.84	0.72
F4	0.76	-0.18	9.18	0.66
Kos	0.58	-0.01	0.57	0.54

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