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[目的]探究利用改进垂直干旱指数(MPDI)的时间序列特征提升平原区土壤质地数字制图精度,为平原区土壤质地数字制图提供新的见解.[方法]本研究以河南省封丘县为研究区,将基于地表动态反馈(LSDF)方法构建的MPDI时间序列特征变量与地形因子、气候因子、植被因子常规变量相结合作为协变量,借助普通克里格、支持向量机、随机森林和卷积神经网络模型预测模型对土壤质地(黏粒、粉粒、砂粒质量百分比)进行数字制图,并运用SHAP方法解释变量重要性.[结果]研究结果显示,引入MPDI时间序列特征后,支持向量机、随机森林和卷积神经网络模型预测精度均有所提升.其中卷积神经网络模型预测结果最优,黏粒、粉粒、砂粒含量的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)最低,分别为4.937、6.344、0.296;5.363、6.677、0.266;10.007、12.215、0.228.黏粒、粉粒、砂粒质量百分比一致相关性系数(CCC)和决定系数(R2)最高,分别为0.343、0.227,0.268、0.143,0.312、0.189.同时SHAP重要性排序结果显示,MPDI时间序列特征变量在模型预测中具有重要作用,是土壤质地预测的关键变量.[结论]引入MPDI时间序列特征后,不同模型预测误差在不同程度上均有所降低,提高了土壤质地数字制图预测精度.
数字土壤制图土壤质地MPDI时间序列特征
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[目的]为明确凋落物与腐殖质厚度对土壤重金属富集的影响,并揭示重金属与土壤养分(有机质、全氮、全磷、全钾)的耦合关系,为森林土壤重金属污染治理及可持续管理提供依据.[方法]研究通过系统采集 427 个样点的土壤剖面样品,结合随机森林模型与 Pearson 相关分析开展研究:前者量化凋落物和腐殖质厚度对重金属富集的影响,后者挖掘重金属与土壤养分的关联特征.[结果]随机森林模型显示,凋落物和腐殖质厚度是重金属富集的核心影响因子,对 Hg 和 Pb 富集的解释度分别达 36.15%和 21.49%,对其他重金属亦有调控作用.Hg 与有机质、全氮极显著正相关.Cd、Cr 等 7 种重金属均与全磷极显著正相关(R=0.14～0.33);Cr 与全钾负相关,Pb、Cu 与全钾正相关.[结论]凋落物与腐殖质厚度是调控江门市森林土壤重金属富集的关键,重金属与养分的耦合关系受土壤理化性质、外源输入及母质背景共同影响.重金属积累已构成潜在生态风险,需针对性治理.建议采用"生物修复为主、物理化学方法为辅"的策略,强化政策监管与公众参与,构建多维度保护体系,实现森林土壤可持续管理.
林地土壤重金属土壤养分耦合关系
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[目的]林分树种组成差异可能改变土壤和微生物元素化学计量,进而影响土壤有机碳积累,但相关认识仍十分有限.研究不同马尾松混交林土壤养分和酶化学计量变化特征及其与土壤有机碳含量的关系,有助于揭示马尾松人工混交林树种组成影响土壤有机碳积累潜在机制.[方法]以浙江省龙泉市马尾松纯林、马尾松+杉木混交林、马尾松+杉木+木荷+枫香混交林为对象,分析3种林分表层(0～10cm)土壤养分和碳氮磷循环相关酶活性及其化学计量比的变化特征,进一步解析土壤养分和酶化学计量与土壤有机碳积累的关系.[结果]土壤有机碳、全氮、全磷、溶解性有机碳、溶解性总氮和有效磷含量均随混交树种增多呈增加趋势,马尾松+杉木和马尾松+杉木+木荷+枫香混交林土壤碳/磷比分别比马尾松纯林降低17.58％和22.94％,土壤溶解性有机碳/有效磷比值分别比马尾松纯林降低24.90％和55.82％.三种林分土壤β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶活性随混交树种增多而升高;马尾松+杉木和马尾松+杉木+木荷+枫香混交林土壤亮氨酸氨基肽酶活性分别比马尾松纯林增加了61.52％和48.61％;三种林分土壤酶的碳/氮比和氮/磷比之间无显著差异,马尾松+杉木和马尾松+杉木+木荷+枫香混交林土壤酶的碳/磷比显著高于马尾松纯林.矢量分析发现,随混交林树种组成增加,微生物碳限制逐渐增大;混交林树种组成变化并没有改变土壤微生物氮限制状况.土壤有机碳含量与氮磷有效性、β-葡萄糖苷酶活性及酶的碳/磷比均呈显著正相关,而与土壤碳氮磷化学计量比没有显著相关性.土壤有机碳含量变异主要受土壤氮磷有效性及碳代谢酶活性的调控.[结论]营造马尾松混交林增加了土壤有机碳含量及氮磷有效性,改变了土壤养分和酶的碳氮磷化学计量比,但土壤有机碳含量增加主要受混交林树种组成变化导致的养分有效性提升和碳代谢微生物活性增大的影响.研究结果不仅有助于深化混交林土壤有机碳积累的调控机制认识,还为马尾松人工林林分结构优化和提升土壤固碳潜力提供重要参考.
马尾松混交林化学计量土壤有机碳土壤肥力养分限制
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通过分析四川省凉山州甘洛县森林防火林带的建设与火灾防控效果,阐释甘洛县森林资源概况及高火险特征,论证防火林带建设的生态必要性,并评估全县450 km 防火林带的建设现状.效果评估显示,林带覆盖区(≥68.00%)内火灾发生次数降低 45.10%,过火面积减少 62%,火势蔓延阻隔率达85%;林带网络的建设显著提高巡护效率 40%,降低可燃物载量 18%,并产生水土保持和经济增收等协同效益,为西南高山峡谷区防火工程提供参考.
防火林带火灾防控效果网格化布局阻火树种甘洛县
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[目的]本文通过分析侧柏的生长、生态学、生物学特性,制定了一套包括选地、整地、施肥、种子收集、育苗技术、病虫害防治以及容器育苗技术等环节的详细优化育苗方案.[方法]从生态多样性、水土保持能力以及碳固定和气候调节等方面评估了侧柏种植对森林生态系统的影响.[结果]研究发现,虽然侧柏种植在一定程度上有助于提升生物多样性、改善土壤结构、促进水土保持,并显著增加碳固定量,但其单一林分的大面积扩展也可能导致生态系统复杂性下降和地下水位降低等负面影响.[结论]本研究提出的侧柏优化育苗方案可有效提升育苗成效与苗木质量,推广种植时需注重优化林分结构,规避单一纯林的生态风险.
侧柏育苗技术优化森林生态影响
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[目的]构建黑河中游土壤盐渍化易发风险预测模型,揭示多层级驱动下的盐渍化形成机制,为区域盐渍化精准防控提供量化支撑.[方法]将压力—状态—响应(PSR)模型与随机森林算法耦合,引入区域机理修正构建预测模型,收集气象、水文、土壤类共14项影响因子搭建三级评价体系,经区域背景值修正指标权重后划分风险等级,通过实地采样验证模型精度.[结果]研究区盐渍化风险评价体系中,压力、状态、响应层权重分别为51.3%,34.9%,12.9%,核心驱动因子为蒸散量、农田灌溉用水量、地下水位埋深,工程措施抑盐效果优于农业措施;盐渍化风险呈南低北高、沿水系与低洼区汇聚的分布特征,极高风险区占研究区总面积11.4%;模型整体准确率达87%,Kappa系数0.8,预测可靠性良好.[结论]本模型实现了自然驱动—人为压力—治理响应的系统动态关联,突破了传统机理模型的局限,可为西北干旱半干旱区土壤盐渍化防控提供量化框架,为黑河中游土地退化防治提供科学参考.
黑河中游土壤盐渍化PSR模型随机森林风险预测
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[目的]凋落物碳水化合物组成对黄土高原人工林土壤碳储量具有显著影响,但该区域在水热梯度变化下,人工林乔灌草碳水化合物组成的空间分布及其对凋落物碳水化合物储量的影响尚不明确.[方法]对比了黄土高原3个植被带刺槐人工林乔灌草各器官(叶、枝、根)非结构性碳水化合物(NSC)与结构性碳水化合物(SC)的储量差异,并分析其对地上凋落物碳水化合物储量的影响.[结果]各植被带刺槐人工林碳水化合物储量以乔木层为主导,贡献比例达92%.乔灌草碳水化合物组成均以SC为主,但灌草SC储量仅为乔木的3%~8%.人工林地下碳水化合物储量显著高于地上,其中乔木和灌木的地上碳水化合物储量均随水热条件改善而显著增加,地下部分仅乔木SC储量和灌木NSC储量呈显著增加趋势.不同植被带对比表明,草原区受水分胁迫限制,碳水化合物总储量最低,森林草原区储量显著提升,森林区在水热与土壤养分协同作用下,碳水化合物总储量达到最高水平.草本地上NSC及乔灌草地上SC储量是驱动不同植被带地上凋落物碳水化合物储量变化的关键因子,可显著促进表层土壤有机碳的积累.[结论]水热梯度可通过调控乔灌草碳水化合物分配策略,改变凋落物碳输入结构,进而调控土壤有机碳积累.
黄土高原刺槐人工林复层植被结构性碳水化合物非结构性碳水化合物凋落物
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[目的]针对东北黑土区日益严重的切沟侵蚀问题,利用机器学习模型开展沟蚀风险的精准识别研究及在黑土区不同地理单元下的跨流域泛化能力研究,为制定差异化的水土流失防治策略及保障国家粮食安全提供科学依据与决策支持.[方法]以鹤北流域和双山流域为研究区,其中鹤北流域用于模型跨流域适用性验证,双山流域为训练区,构建跨流域预测范式.首先,通过文献计量法筛选出文献中使用最多的随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和逻辑回归(LR)3种模型;然后,基于地形、水文及人类活动等15个因子构建预测模型,并采用跨流域特大降雨年后验证的方法,系统评估模型性能与跨流域适用性.[结果]1)随机森林模型表现最优(AUC为0.96),中等敏感等级以上的区域面积占比达78.7%;2)基于2019年与2021年2次特大降雨年的新增切沟验证表明,新增切沟与高风险区吻合区域面积超过52.0%;3)集水区面积、距河流距离与河网密度是核心驱动因子,人类活动与自然因子的交互作用显著促进切沟发育.[结论]通过引入跨流域建模和极端事件验证机制,研究结果可为东北黑土区切沟防治与土地可持续管理提供科学依据.
东北黑土区切沟侵蚀敏感性分析文献计量法机器学习
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松材线虫病是严重危害我国森林生态系统的毁灭性病害,山地松林因立地条件复杂、防控难度大而受害尤为严重.传统的化学防治与疫木清理策略在山地环境中存在成本高、效率低、环境污染等突出问题,亟需探索可持续的生态调控路径.本文从森林培育视角出发,系统分析山地松林生态系统结构与松材线虫病灾害发生的关联机制,阐明寄主抗性、林分结构、生物多样性、土壤环境等生态因子对病害的调控作用,并提出以抗性品种选育、林分结构调整、天敌保护利用、健康森林构建为核心的生态调控策略.研究表明,通过增强森林生态系统自身抗性和调节能力,可实现松材线虫病的可持续控制,为山地松林病虫害综合管理提供理论依据和技术支撑.
山地松林松材线虫病森林培育生态调控生物防治
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在地势陡峻、地形条件复杂的山区修建森林防火通道时形成众多的填土边坡,造成了原始植被的破坏.本文以珠海市南山森林防火通道为例,根据填土边坡的不同综合坡率,从基材配比、苗木选择、施工工艺等方面选择不同类型的方案进行生态修复,生态修复后形成了稳定固坡的自然植物群落,极大地改善了生态环境,防治水土流失,有效预防崩塌、滑坡地质灾害的发生,生态修复效果明显.
森林防火通道填土边坡生态修复地质灾害
