Regional soil organic carbon prediction model based on a discrete wavelet analysis of hyperspectral satellite data

Most studies have the achieved rapid and accurate determination of soil organic carbon (SOC) using laboratory spectroscopy; however, it remains difficult to map the spatial distribution of SOC. To predict and map SOC at a regional scale, we obtained fourteen hyperspectral images from the Gaofen-5 (GF-5) satellite and decomposed and reconstructed the original reflectance (OR) and the first derivative reflectance (FDR) using discrete wavelet transform (DWT) at different scales. At these different scales, as inputs, we selected the 3 optimal bands with the highest weight coefficient using principal component analysis and chose the normalized difference index (NDI), ratio index (RI) and difference index (DI) with the strongest correlation with the SOC content using a contour map method. These inputs were then used to build regional-scale SOC prediction models using random forest (RF), support vector machine (SVM) and back-propagation neural network (BPNN) algorithms. The results indicated that: 1) at a low decomposition scale, DWT can effectively eliminate the noise in satellite hyperspectral data, and the FDR combined with DWT can improve the SOC prediction accuracy significantly; 2) the method of selecting inputs using principal component analysis and a contour map can eliminate the redundancy of hyperspectral data while retaining the physical meaning of the inputs. For the model with the highest prediction accuracy, the inputs were all derived from the wavelength range of SOC variations; 3) the differences in prediction accuracy among the different prediction models are small; and 4) the SOC prediction accuracy using hyperspectral satellite data is greatly improved compared with that of previous SOC prediction studies using multispectral satellite data. This study provides a highly robust and accurate method for predicting and mapping regional SOC contents.     

广西土壤有机质空间变异特征及其影响因素研究

基于广西第二次土壤普查的270个土壤剖面资料,结合1∶50万数字化土壤类型图、土地利用类型图和气象监测数据等资料,利用地统计学和逐步回归分析等方法对广西表层土壤有机质空间变异特征及其影响因素进行了探究。结果表明：广西表层土壤有机质平均含量为3.11±2.19%,变异系数为70.72%,空间分布呈北高南低的趋势。广西表层土壤有机质空间分布受到自然和人为因素的共同影响,土壤类型、成土母质、海拔、土地利用、气候和坡度6个环境因子对全区土壤有机质含量变异的综合解释能力为47.9%。其中,土壤类型是最重要的影响因素,能独立解释其变异的36.0%,海拔和成土母质分别能独立解释28.5%和15.8%。气温对广西土壤有机质空间分布的影响比降水量更加显著,从而造成了广西土壤有机质整体呈南低北高的趋势。同时,土壤有机质对气温的敏感性在一定程度上受到降雨量的制约。此外,研究区农业耕作管理等因素对土壤有机质的影响也不容忽视。     

秋季连续打捞蓝藻对水-气界面温室气体通量的影响

在巢湖西北半湖近岸带设置大型围隔研究秋季连续打捞蓝藻对湖泊温室气体通量的影响，应用YL-1000型大型仿生式水面蓝藻清除设备进行原位打捞蓝藻，通过便携式温室气体分析仪-静态箱法对大型围隔内水-气界面CH₄、CO₂通量特征及其影响因素进行观测.结果表明：对比未打捞区，蓝藻连续打捞下打捞区水体中叶绿素a（Chl.a）、悬浮物（SS）浓度不断下降，两者削减率分别为72%、85%，Chl.a、SS浓度分别下降到29.6±2.5 μg/L、12.5±1.2 mg/L，打捞对围隔内颗粒态物质去除效果十分明显；打捞过程中水体溶解性有机物（DOM）中微生物代谢类腐殖质（C1）、类蛋白（C3）显著下降趋势，打捞区C1、C3组分（0.18±0.02、0.06±0.01 RU）强度明显低于未打捞区（0.26±0.05、0.12±0.03 RU），打捞能有效控制藻源性溶解性有机质释放.同时，打捞区水-气界面CH₄通量呈显著下降趋势，未打捞区CH₄通量平均值（17.473±1.514 nmol/（m²·s））为打捞区（7.004±4.163 nmol/（m²·s））近2倍，CH₄通量与Chl.a、C1、C3组分均呈显著正相关，水体中藻源性溶解态有机质对CH₄通量具有促进作用；打捞区CO₂释放通量呈显著上升趋势，打捞区CO₂吸收通量（-0.200±0.069 μmol/（m²·s））明显低于未打捞区（-0.344±0.017 μmol/（m²·s）），CO₂通量与Chl.a、温度均呈显著负相关.秋季打捞对CH₄、CO₂综合日平均通量减排量值为0.275±0.076 mol/（m²·d）（以CO₂当量计）.研究结果揭示了巢湖秋季连续打捞蓝藻过程对水-气界面温室气体具有显著减排作用，且能在一定程度上减缓蓝藻水华与湖泊富营养化、气候变暖之间的恶性循环，为湖泊碳循环和蓝藻水华灾害防控提供科学数据支撑和理论参考.     

针铁矿对湖泊草、藻来源可溶有机质的非均质吸附

为探究富营养化湖泊中自生源可溶有机质(DOM)在泥水界面的吸附行为,以马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)释放的DOM为代表,考察针铁矿对草、藻源DOM中不同组分的吸附特征.三维荧光平行因子分析表明类富里酸组分C1和类胡敏酸组分C4的含量很低,而类蛋白物质(类酪氨酸组分C2和类色氨酸组分C3)分别占草、藻源DOM荧光组成的70%和93%. 2种DOM均可被针铁矿吸附,吸附过程符合伪一级动力学.通过等温线拟合发现针铁矿吸附藻源DOM的非线性更强,饱和吸附量(23.77 mg/g)高于草源DOM(19.10 mg/g).特别地,类蛋白组分呈现非线性吸附,而类腐殖物质的吸附近似线性,且针铁矿对于DOM各荧光组分的吸附量顺序为:C3C2 C4 C1,此非均质吸附特征与DOM组分的初始含量、分子大小、芳香性及有效吸附位点有关.红外光谱证实氨基、羧基和羟基是吸附过程中的重要官能团.因此,草、藻源DOM显著改变了针铁矿表面的有机物质组成,影响湖泊沉积物的生物地球化学行为.     

四川盆地西北部二叠系栖霞阶层序地层特征及地质意义

基于露头、钻井岩心和测录井资料,采用层序地层学理论与方法,将四川盆地西北部二叠系梁山组+栖霞组作为一个整体予以解剖,识别出梁山组底界面(Ⅰ型)、栖一段与栖二段界面(Ⅱ型)和栖霞组与茅口组界面(Ⅰ型)3个三级层序界面,将中二叠统栖霞阶划分为2个三级层序: 下部的SQ1层序对应梁山组+栖一段,上部的SQ2层序对应栖二段。通过栖霞阶层序地层格架分析,发现栖霞阶地层存在“底超顶削”的充填规律,统计并绘制SQ1与SQ2层序地层厚度等值线图,对研究区栖霞阶SQ1初期和SQ2期构造—古地理格局进行了恢复,在明确SQ2期为栖霞阶主要成滩期的基础上,结合岩溶发育单元及白云岩展布特征,讨论栖霞阶油气储集意义。结果表明:区内栖霞阶存在北西、北东向隆坳分异,汉南隆起、川北隆起、北缘隆起与广元—旺苍凹陷始终控制了区内沉积格局,指出广元—旺苍海槽雏形始于二叠系栖霞阶。研究区岩溶白云岩孔洞型储集层区与环广元—旺苍凹陷周缘的灰岩岩溶型储集层区为有利的勘探区。     

西昆仑玛尔坎苏石炭纪大型锰矿带构造背景与成矿条件

西昆仑北段玛尔坎苏地区探明的大型碳酸锰成矿带，是我国近年最重要的找矿成果之一。该锰矿带构造上属北昆仑晚古生代弧后伸展盆地，其构造动力学背景为古特提斯洋向北俯冲于塔里木地块之下形成的弧盆体系。锰矿体主要发育于晚石炭世喀拉阿特河组含炭泥质灰岩夹薄层灰岩中。矿石中主要金属矿物为菱锰矿（75%~95%），次为软锰矿、硫锰矿及少量黄铁矿等。含锰岩系岩性和岩相学研究表明，玛尔坎苏锰矿带属典型的海相沉积锰矿床，其矿床成因可能与晚古生代半局限盆地沉积和海底热液活动有关。海底热液活动可能为成矿提供了丰富的物质来源。含锰岩系元素和同位素地球化学特征表明，玛尔坎苏锰矿沉淀时的水体环境为常氧条件，而矿层下盘（部分）岩系的岩性及地球化学特征反映其沉积时的水体环境为低氧—贫氧条件。玛尔坎苏锰矿带锰矿石具有负的δ¹³C值（-23.3‰~-10.0‰），推测有机质导致的还原作用是该锰矿由原生氧化锰在成岩期转化为菱锰矿和形成富锰矿的重要机制。     

Drying increases organic colloidal mobilization in the karst vadose zone: Evidence from a 15-year cave-monitoring study

Understanding the hydrological processes of colloids within the karst vadose zone is vital to the security of karst groundwater and providing appropriate paleohydrological explanations of colloid-facilitated metals in speleothem. This study addresses the mobilization mechanisms driving colloidal organic matter (COM) transport in the karst vadose zone using a 15-year long monthly monitoring dataset from a cave drip point (HS4) in Heshang Cave, Qingjiang Valley, China. Variations in COM concentrations were reported as the fluorescence difference values of raw and filtered (<0.22 μm) samples at an excitation wavelength of 320 nm and emission wavelength of ~400 nm. A fluorescence humification index (HIX) lower than 0.8 and an autochthonous index (BIX) higher than 1.2 indicated that the origin of COM was mainly from the karst vadose zone, rather than the soil zone. The COM concentration varied from 0.001 to 0.038 Raman Unit (RU), with evident seasonal fluctuations. Rising limbs for COM values occurred prior to rising limbs within a dripwater hydrograph; moreover, the COM peak values corresponding to the beginning of the increasing hydrograph generally suggested that the mobilization of COM reflected the movement of the air–water interface (AWI) in the karst vadose zone rather than rainfall intensity or flow velocity. COM peak values were positively correlated with the antecedent drying duration and negatively correlated with HIX values. These phenomena may be explained by the increased amount of organic matter that was aggregated and absorbed on the surface of carbonate in the karst vadose zone during a longer drying duration. Moreover, the longer drying duration was also beneficial to autochthonous biological activity, which subsequently decreased the HIX value of the organic matter in the karst vadose zone. The movement of AWI and the drying duration are both controlled by the outside weather conditions. This study is therefore conducive to evaluating the security of karst groundwater in response to climate change, and challenges prevailing paleoclimate interpretations of colloid-facilitated metal abundance timeseries reported from speleothems.     

东海盆地西湖凹陷天台区始新世平湖组风暴岩的发现及其地质意义

风暴岩对于古地理和古环境具有良好的指相意义。东海盆地西湖凹陷天台区始新世平湖组发育典型的风暴岩。通过详细的岩心观察，发育的风暴沉积标志主要有冲刷-充填构造、风暴撕扯构造和丘状-洼状交错层理构造等。根据风暴岩垂向上的组合特征及沉积构造差异，识别出了近源和远源两种风暴沉积类型，分别指示了不同的沉积背景：近源风暴岩表现为不完整的风暴岩垂向沉积序列，呈风暴砾屑层段（A）+泥岩段（E）叠加，为潮坪潮下带沉积；远源风暴岩具完整和不完整的风暴岩垂向沉积序列，以粒序段（B）+平行层理段（C）+丘状（洼状）层理段（D）叠加为特征，属浅海陆棚沉积。风暴层序自下而上沉积环境为浅海陆棚→潮坪，风暴岩的分布差异表明形成环境向上变浅的沉积特征。该发现为本区古环境的演变提供了重要依据。     

西藏羌北高原多格错仁盐湖中更新世晚期以来的环境演化记录

通过对西藏藏北高原多格错仁盐湖湖岸3101cm高度剖面进行地形地貌、地层沉积特征、矿物学特征及粒度、频率磁化率等气候环境变化指标的分析研究发现，整个剖面反映出大致6个较大的气候变化过程：233. 3kaBP～223. 5kaBP气候波动较大，总体趋势气候趋于干冷，期间出现过两次较温暖气候，之后气候逐渐变冷；在223. 5kaBP～213. 6kaBP总体变化为气温大幅度上升，但在期间有一次较大的相对冷干过程；213. 6kaBP～170kaBP之间总体变化气候趋于变冷，中间有2次明显的气候变暖湿过程及两次冷干过程；170kaBP～117. 1kaBP气候转为明显湿热；117. 1kaBP～75. 6kaBP气候变化趋势明显降低；75. 6kaBP～56. 7kaBP气候又明显上升达到湿热状态。以上气候波动规律与极地冰芯记录及深海氧同位素记录的古气候波动规律有很好的一致性，同时本盐湖区与柴达木盆地察尔汗盐湖区的CH0310钻孔及青海湖南岸二郎剑阶地的 QH 86钻孔所揭示的中更新世晚期以来的气候变化的分析对比，发现西藏羌北的多格错仁盐湖区与青海的察尔汗盐湖区及青海湖湖区在更新世中晚期以来的气候环境变迁存在极好的可比性，说明青藏高原的气候演化在中晚更新世以来基本具有一致性，在时间上的微小超前与滞后具有区域上的细微变化，说明气候变迁在不同的区域又具有各自的独特性。     

黔西南中晚二叠世大厂层火山热水沉积成矿作用

贵州晴隆大厂锑矿区赋矿地层大厂层为一套以硅化为主的火山碎屑岩沉积建造,因其别具特色的岩石组合、特殊的构造位置,以及含有金、锑、萤石、硫铁矿等矿产资源而备受地学界关注。晴隆大厂锑矿床90%以上的锑矿体和金矿化体均位于大厂层之中,因此,研究大厂层的形成和演化过程及其对锑、金成矿的控制作用或影响机理显得尤为重要。沉积岩相学研究表明,大厂层主要包括火山岩相(火山溢流相、淬碎角砾岩相、沉凝灰岩相、空落集块岩相和熔结凝灰岩相)和热液沉积岩相(热水沉积相、热水喷流相和热水交代相)。中—晚二叠世(约260 Ma)的溢流玄武岩、基性火山喷发和海底热水喷流活动是大厂层的主要物源供给者。元素地球化学研究表明,大厂层在沉积过程的热水喷流沉积作用提供了Sb、As、Au、Ag、Pb等成矿元素,并形成成矿元素的初始"富集体"。综合研究认为,中—晚二叠世的热水喷流沉积活动在时间上与右江盆地印支期低温热液成矿事件(200～250 Ma)在时空上基本一致,为印支期成矿事件在右江盆地北缘的响应。