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松嫩平原北部地表基质表层土壤有机碳密度空间分布及影响因素OA

Spatial distribution of topsoil organic carbon density and its affecting factors in the ground substrate of the Northern Songnen Plain

中文摘要英文摘要

[研究目的]松嫩平原北部是中国黑土资源核心分布区和重要的商品粮基地,本文系统解析该地区表层(0~20 cm)土壤有机碳密度的空间分布特征及其影响因素,为区域土壤碳循环研究提供数据支撑,对于该地区实现"双碳"目标及维持农业经济可持续发展具有重要意义.[研究方法]以黑龙江五大连池市和嫩江市为研究区域,基于 2022-2023 年调查采集的1174 件土壤样本,利用地统计学方法和 ArcGIS 空间分析方法,系统研究松嫩平原北部表层土壤有机碳密度、储量及空间分布特征,并结合皮尔逊相关分析和随机森林模型分析方法,对各类影响因素与表层土壤有机碳密度的相关关系和相对重要性进行分析.[研究结果]①2023 年松嫩平原北部地表基质表层土壤有机碳密度主要分布范围为 6.00~9.00 kg/m2,平均值为 6.32 kg/m2,土壤有机碳总储量为 145.02 Tg.②研究区表层土壤有机碳密度整体呈现西低东高的空间分布格局,在中等程度上空间自相关(Moran's I=0.228),插值最优模型为指数模型,结构性因素主导有机碳密度的空间变异特征.③研究区表层土壤有机碳密度与多年平均降雨量、海拔、土壤碳氮比及氮磷比呈极显著正相关(P<0.001),相关系数分别为 0.38、0.19、0.56 和 0.38,与有效积温(∑T≥10℃)呈极显著负相关(P<0.001),相关系数为-0.19.④随机森林模型结果显示,各影响因素重要性排序由大到小依次为年均降雨量(38.40%)、有效积温(22.04%)、海拔(17.22%)、pH(9.26%)、地表基质构型(7.23%)和坡度(1.32%).[结论]松嫩平原北部地表基质表层土壤有机碳密度的空间分布呈现正向聚集趋势,地形条件、气候状况及土壤理化性质与表层土壤有机碳密度密切相关,其中气候因素(多年平均降雨量和有效积温)是主导因素,其次为海拔,pH、地表基质构型和坡度对表层土壤有机碳密度的影响相对较弱.

[Objective]The Northern Songnen Plain,recognized as China's primary black soil resource distribution area and a crucial commercial grain production base,was systematically investigated to characterize the spatial distribution patterns and driving factors of topsoil soil organic carbon density(SOCD,0~20 cm depth).This study provides critical datasets to advance regional soil carbon cycling research,with direct implications for achieving China's"Dual Carbon Goals"and promoting the region's agricultural economic sustainability.[Methods]This study focuses on Wudalianchi City and Nenjiang City as representative study areas.Utilizing 1174 soil samples collected through field surveys(2022-2023),the density,stock,and spatial distribution characteristics of topsoil organic carbon were systematically quantified using geostatistics and ArcGIS analysis techniques.Advanced statistical approaches,integrating Pearson's correlation analysis with random forest regression modeling were implemented to elucidate the correlation and relative importance of driving factors.[Results](1)The 2023 SOCD in the study area ranged from 6.00 kg/m2 to 9.00 kg/m2(mean=6.32 kg/m2),yielding a total soil organic carbon stock(SOCR)of 145.02 Tg;(2)Spatial analysis revealed a west-to-east increasing gradient with moderate positive autocorrelation(Moran's I=0.228).The optimal interpolation was achieved using an exponential semi variogram model,with structural factors dominating spatial heterogeneity;(3)Significant positive correlations were observed between SOCD and mean annual precipitation(r=0.38),altitude(r=0.19),soil C/N ratio(r=0.56)and N/P ratio(r=0.38),whereas effective accumulated temperature(≥10℃,r=-0.19)exhibited negative association(all P<0.001).(4)Random forest modeling identified mean annual precipitation(38.40%relative importance)and effective accumulated temperature(22.04%)as primary drivers,followed by altitude(17.22%),pH(9.26%),ground substrate configuration(7.23%),and slope(1.32%).[Conclusions]The spatial distribution of topsoil organic carbon density in the Northern Songnen Plain demonstrates positive spatial clustering.Terrain attributes,climatic conditions,and soil physicochemical properties are closely linked to SOCD variations.Climatic factors(mean annual precipitation and effective accumulated temperature)emerge as the dominant controlling factors,followed by altitude,whereas pH,ground substrate configuration and slope exert relatively weaker effects.

吴怡慧;张明;王鑫磊;任广智;梁中恺;周传芳;李双异;张旭东;李少文;宋昊南;孙玉雪;赵国强

中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086||中国地质大学 (北京) 地球科学与资源学院,北京 100083沈阳农业大学土地与环境学院,辽宁 沈阳 110866中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁 沈阳 110016中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086||中国地质调查局东北地质科技创新中心,辽宁 沈阳 110000中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,黑龙江 哈尔滨 150086||自然资源部哈尔滨黑土地地球关键带野外科学观测研究站,黑龙江 哈尔滨 150086

天文与地球科学

松嫩平原地表基质土壤有机碳密度土壤有机碳储量空间分布影响因子地质调查工程

Songnen Plain ground substrateground substratesoil organic carbon densitysoil organic carbon stockspatial distributioninfluencing factorsgeological survey engineering

《地质通报》 2026 (5)

818-836,19

中国地质调查局项目《东北多年冻土区1∶25万地表基质调查》(编号:DD20242507) Supported by China Geological Survey Project(No.DD20242507)

10.12097/gbc.2024.10.051

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