基于1∶100万土壤数据库的中国土壤有机碳密度及储量研究

基于中国1∶100万土壤数据库,利用土壤有机碳储量和碳密度的空间化表达和计算方法研究中国土壤有机碳密度及储量.土壤空间数据库包含926个土壤类型单元,690个土属类型,94000多个图斑;土壤属性数据库收录了7292个全国各类型土壤的剖面数据,包括81个土壤属性字段.研究采用“土壤类型GIS连接法”实现土壤剖面有机碳密度与图形图斑连接,通过制图单元碳储量求和得出全国或者区域碳储量,并利用面积平均法计算全国及各类型土壤的有机碳平均密度.结果表明,中国的土壤面积共有928.10×104km2,有机碳储量为89.14Pg(1Pg=1015g),土壤平均碳密度9.60kg.m-2,是目前与真值最为接近的研究结果.     

基于HNSOTER的海南岛土壤有机碳储量及空间分布特征分析

基于海南岛1∶200 000土壤 地体数字化数据库（HNSOTER）,在GIS系统的支持下,对海南岛土壤有机碳储量及分布特征进行了探讨.结果表明,1）标准剖深下（0～100 cm）,海南岛土壤有机碳储量为2.78×10⁸ t.2）0～20 cm剖深土壤有机碳密度变幅在0.3～18.8 kg·m^-2之间,其中1.0～5.0 kg·m^-2密度区占总分布面积的81.2%,按面积加权均值为3.3 kg·m^-2.0～100 cm剖深的土壤有机碳密度变幅在1.0～32.1 kg·m^-2 之间,其中2.0～14.0 kg·m^-2密度区面积比重占89.7%,按面积加权均值为8.4 kg·m^-2.不同地形、岩性及土壤类型中,土壤有机碳密度分布有较大变异.3）从中部山地向外至沿海平原,土壤有机碳密度总体上呈递减趋势,但不同剖深下其分布格局仍有一定差异.0～20 cm剖深下土壤有机碳密度高值区（丰富度指数大于1）主要分布于山地以及北部玄武岩台地,0～100 cm剖深下,有机碳密度高值区（丰富度指数大于1）趋向集中于中东部山地、台地区,且其分布重心较前者明显的向东偏移.     

河南省土壤有机碳储量及空间分布

利用河南省1∶20万土壤数据库估算了河南省土壤有机碳储量,并分析了其空间分布规律.结果表明：河南省陆地土壤有机碳含量约为10.27×10⁸ t,占全国储量的1.15%;土壤平均碳密度为7.46 kg·m^-2,低于全国平均水平9.60 kg·m^-2;有机碳储量在前4位的土壤类型为潮土、褐土、粗骨土和黄褐土,碳储量都大于1.0×10⁸ t,四者之和占全省总储量的69.65%;沼泽土的有机碳密度最大,为24.54 kg·m^-2,其次为山地草甸土和棕壤,分别为17.69和14.64 kg·m^-2,三者主要分布在西部山区,其碳储量之和仅占全省的6.34%;石质土和风沙土的碳密度含量最低,分别为1.32和1.38 kg·m^-2 ;全省的土壤有机碳密度主要在5～10 kg·m^-2范围内变动.     

松嫩平原玉米带土壤碳氮储量的空间特征

利用第二次全国和县级土壤普查的382个典型土壤剖面资料和1∶50万数字化土壤图建立土壤剖面空间数据库,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带土壤碳、氮储量,分析土壤有机碳、氮密度的空间分布特征,探讨土壤有机碳、氮密度与土壤类型和土地利用类型之间的关系.结果表明:松嫩平原玉米带土壤有机碳、氮储量分别为(163.12±26.48)Tg和(9.53±1.75)Tg,土壤碳、氮储量主要集中在草甸土、黑钙土和黑土等土类中.土壤有机碳、氮密度分别为5.51～25.25和0.37～0.80kg·m-2,土壤C/N值大致在7.90～12.67.土壤有机碳、氮密度的空间分布均表现为东部和北部高、西部低.在不同土地利用类型中,旱田土壤的有机碳密度最高,为(19.07±2.44)kg·m-2;林地土壤的氮密度最高,为(0.82±0.25)kg·m-2;水田土壤的碳、氮密度均较低.     

长期施肥下红壤性水稻土有机碳储量变化特

研究了1982—2012年长期不同施肥下红壤性水稻土土壤有机碳含量变化、固碳趋势及外源碳输入对土壤固碳的贡献.结果表明： 施肥能提高土壤有机碳含量,连续30年不同施肥后,各施肥处理土壤有机碳含量趋于稳定,有机无机配施的土壤有机碳含量为21.02～21.24 g·kg^-1,增加速率为0.41～0.59 g·kg^-1·a^-1,单施化肥的土壤有机碳含量为15.48 g·kg^-1.各有机无机肥配施处理土壤的平均有机碳储量为43.61～48.43 t C·hm^-2,历年平均土壤有机碳储量显著大于单施化肥处理.土壤固碳速率与年均投入碳量呈显著指数正相关.本试验条件下,每年需要增加外源有机碳为0.12 t C·hm^-2才能维持土壤有机碳的平衡.     

胶州湾滨海湿地土壤有机碳时空分布及储量

在胶州湾选取芦苇、碱蓬、光滩及大米草4种典型滨海湿地类型,分季节和层次采集土壤样品,测定土壤有机碳含量,分析滨海湿地土壤有机碳的时空分布及储量.结果表明: 垂直方向上,除光滩湿地沿剖面呈先减小后稍有上升的趋势外,其他湿地均随土壤深度的增加而减小;水平方向上,湿地土壤有机碳含量表现为大米草湿地>光滩湿地>碱蓬湿地>芦苇湿地;季节上,湿地土壤有机碳含量表现为春季>夏季>秋季>冬季.土壤有机碳含量与土壤含盐量、含水率、TN及C/N呈正相关,与土壤容重、pH值呈负相关.不同类型湿地土壤剖面有机碳密度表现为光滩湿地>芦苇湿地>碱蓬湿地,湿地类型对土壤有机碳含量和有机碳密度分布的影响存在一定差异.因储碳层厚度及储碳层内有机碳密度的差异,光滩湿地单位面积有机碳储量明显高于碱蓬和芦苇湿地,具有较大的储碳潜能,对研究区滨海湿地起到一定的碳汇作用.     

尕海湿地生态系统土壤有机碳储量和碳密度分布

2011年7月,研究了甘南尕海典型湿地(草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸)土壤剖面有机碳分布及其储量.结果表明: 4种典型湿地土壤容重平均在0.22～1.29 g·cm^-3;草本泥炭地土壤有机碳含量明显高于其他类型,其平均值(286.80 g·kg^-1)约为沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸的2.91、4.99和7.13倍.各类湿地土壤平均有机碳密度为草本泥炭地＞亚高山草甸＞沼泽湿地＞高山湿地,以0～10 cm剖面的密度最大;各类湿地土壤剖面的有机碳密度与有机碳含量的变化趋势基本一致,均随土壤深度的增加呈现波动性变化;草本泥炭地、沼泽湿地、高山湿地和亚高山草甸的土壤有机碳均存在0～10和20～40 cm两个明显储碳层;其0～60 cm深度的土壤有机碳储量分别为369.46、278.83、276.16和292.23 t·hm^-2.尕海湿地4种类型湿地0～60 cm土壤的总有机碳储量约为9.50×10⁶ t.     

白洋淀湿地区土壤有机碳密度及储量的空间分布特征

湿地生态系统碳储量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,提供重要的生态系统服务功能。白洋淀湿地是国家重要生态湿地和华北平原最大的淡水湿地,同时是雄安新区的核心水系,湿地区土壤碳储量的估算研究将为湿地生态系统服务评估和湿地生态恢复提供数据支撑。研究通过对白洋淀湿地7种不同地类的105个土壤剖面进行分层取样,揭示了其湿地土壤有机碳密度及储量的空间分布特征,结果表明：（1）白洋淀湿地区土壤有机碳含量整体偏低,在各层土壤中,淹水芦苇湿地的有机碳含量均显著高于其他植被类型,约为其他类型土壤碳含量的3倍左右。（2）在各植被类型中土壤有机碳含量均以表层（0-20 cm）最高,其分配比例均集中在30%左右,随着土壤剖面深度的增加,湿地土壤的有机碳含量逐渐减少。（3）不同植被类型土壤有机碳含量与土壤有机碳密度的差异显著,具体表现为：乔木园地 < 旱地 < 常绿针叶林 < 落叶阔叶林 < 水田 < 台田芦苇 < 淹水芦苇。（4）根据估算,白洋淀湿地区的土壤有机碳储量约为5816.77×10³Mg。随着雄安新区环境治理工作的推进,白洋淀湿地区生态系统固碳将呈现持续向好态势,结合生态恢复和土地布局优化,尽量减少雄安新区建设中土地流转带来的碳排放影响,对提高区域生态效益具有重要意义。     

重庆岩溶区土壤有机碳库的估算及其空间分布特征

基于重庆市第二次土壤普查和2007年测土配方施肥的1 412个土壤剖面数据,结合重庆岩溶区土壤图、土地利用现状图和行政区划图,在地理信息系统技术的支持下,对重庆岩溶区土壤有机碳密度及储量进行了估算,同时引入有机碳丰度指数这一指标,对有机碳在不同土壤和不同景观中的分布特征进行了分析.结果表明:重庆岩溶区20 cm和100 cm深度的土壤有机碳储量分别为1.43×1011 kg和3.29×1011 kg.不同土地利用方式下重庆岩溶区土壤有机碳密度分布不均匀,20 cm深度的土壤有机碳密度介于1.26～7.20 kg m-2之间,100 cm深度的土壤有机碳密度介于1.43～25.72 kg m-2之间.重庆岩溶区土壤有机碳库在不同土壤和不同景观中的分布具有高度的空间变异性,20 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.73～1.74和0.39～1.20之间,100 cm深度的土壤和景观有机碳丰度指数分别在0.32～3.00和0.46～1.70之间.与全国的平均水平相比,单位面积上20 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区高于全国的平均水平,但单位面积上100 cm深度土壤有机碳储量重庆岩溶区低于全国的平均水平,总体而言,重庆岩溶区是土壤有机碳储量相对贫乏的区域.     

中国草地生态系统碳库及其变化

准确评估草地生态系统碳库及其年际变化, 对揭示草地在中国陆地生态系统碳循环中的作用以及合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义. 虽然中国学者在研究草地碳库及其动态变化方面已开展了很多工作, 但目前仍缺乏对中国草地生态系统碳库及其动态变化特征的全面认识. 通过综述当前中国草地碳循环研究的最新进展, 结合本研究组的工作, 试图全面评价中国草地生态系统碳库(植被生物量碳库和土壤有机碳库)及其动态变化. 结果显示: (1) 不同研究得到的中国草地生物量碳密度(单位面积生物量)存在较大差异, 为215.8~348.1 g C/m², 平均值为 300.2 g C/m². 同样, 对中国草地土壤有机碳密度(单位面积土壤碳库)的估算也存在显著差异, 在8.5~15.1 kg C/m²之间变动, 但考虑到8.5 kg C/m²的估算值是基于近千个土壤剖面的实测数据计算得到, 全国平均水平的土壤碳密度一般不会超过此值. 因此, 若采用目前最广泛使用的草地面积(331×104 km²), 那么中国草地生态系统碳库约为29.1 Pg C(1 Pg=1×10¹⁵ g), 其中96.6%的碳储存于土壤有机质中. (2) 文献报道的近20年中国草地生物量和土壤有机碳库的变化方向和变化量均存在差异. 按照最新的估算, 中国草地生物量和土壤有机碳库在过去20年里没有发生显著变化, 即中国草地生态系统处于中性碳汇状态. (3) 中国草地生物量的时空变异与降水量的变化关系密切. 土壤有机碳库的空间变异主要受与降水量密切相关的土壤水分的影响, 但土壤质地等因素也起一定作用. 此外, 放牧与围封等人类活动将对草地生物量和土壤碳库及其动态变化产生强烈影响.     

发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类中的归属特征

利用最新建立的1∶100万中国土壤数据库,研究了我国发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类的归属及其在中国土壤系统分类下的空间和数量特征.结果表明,我国发生分类半淋溶土总面积为427 843.1 km²,可参比归属于中国土壤系统分类中的4个土纲,即淋溶土、雏形土、均腐土、人为土,分别占发生分类半淋溶土总面积的51.3%、35.2%、10.7%和2.8%,其中包含了系统分类的22个土类和38个亚类.对发生分类某一类型土壤分属于系统分类不同类型的面积比例及其标准偏差的分析表明,土壤参比归属的单元级别越低,越易于参比和把握.研究结果对于土壤类型的正确参比、中国土壤系统分类的应用具有很好的参考价值.     

Soil carbon stock and its changes in northern China's grasslands from 1980s to 2000s

Climate warming is likely to accelerate the decomposition of soil organic carbon (SOC) which may lead to an increase of carbon release from soils, and thus provide a positive feedback to climate change. However, SOC dynamics in grassland ecosystems over the past two decades remains controversial. In this study, we estimated the magnitude of SOC stock in northern China's grasslands using 981 soil profiles surveyed from 327 sites across the northern part of the country during 2001–2005. We also examined the changes of SOC stock by comparing current measurements with historical records of 275 soil profiles derived from China's National Soil Inventory during the 1980s. Our results showed that, SOC stock in the upper 30 cm in northern China's grasslands was estimated to be 10.5 Pg C (1 Pg=10¹⁵ g), with an average density (carbon stock per area) of 5.3 kg C m^?2. SOC density (SOCD) did not show significant association with mean annual temperature, but was positively correlated with mean annual precipitation. SOCD increased with soil moisture and reached a plateau when soil moisture was above 30%. Site‐level comparison indicated that grassland SOC stock did not change significantly over the past two decades, with a change of 0.08 kg C m^?2, ranging from ?0.30 to 0.46 kg C m^?2 at 95% confidence interval. Transect‐scale comparison confirmed that grassland SOC stock remained relatively constant from 1980s to 2000s, suggesting that soils in northern China's grasslands have been carbon neutral over the last 20 years.     

Storage,patterns and environmental controls of soil organic carbon in China

Based on the data from China’s second national soil survey and field observations in northwest China, we estimated soil organic carbon (SOC) storage in China and investigated its spatial and vertical distribution. China’s SOC storage in a depth of 1 meter was estimated as 69.1 Pg (10¹⁵ g), with an average density of 7.8 kg m⁻². About 48% of the storage was concentrated in the top 30 cm. The SOC density decreased from the southeast to the northwest, and increased from arid to semi-humid zone in northern China and from tropical to cold-temperate zone in the eastern part of the country. The vertical distribution of SOC differed in various climatic zones and biomes; SOC distributed deeper in arid climate and water-limited biomes than in humid climate. An analysis of general linear model suggested that climate, vegetation, and soil texture significantly influenced spatial pattern of SOC, explaining 78.2% of the total variance, and that climate and vegetation interpreted 78.9% of the total variance in the vertical SOC distribution.     

黄土高原北部草地的恢复与重建对土壤有机碳的影响

草地的恢复与重建是黄土高原生态建设的重要内容，探讨草地恢复过程中土壤有机碳密度（SOCD）的变化规律对于合理评价北方水蚀风蚀交错带地区生态恢复的环境效应及其对土壤碳固存潜力的影响具有重要的理论价值。以黄土高原北部水蚀风蚀交错带地区不同生长年限的紫花苜蓿（Medicago sativa）人工草地及其退化后形成的次生草地为主要研究对象，探讨了SOCD的动态变化特征。结果表明，研究区0-100cm土体的SOCD普遍较低，变化范围为1.18-2.81kgCm^-2，略高于地球上荒漠带的水平（1.4kgCm^-2），显著低于黄土高原中部（4.46-9.95kgCm^-2）与全国（11.52-12.04kgCm^-2）的平均水平。但是当土地利用方式由农田转变为人工草地以后，以及随着人工草地向长芒草（Stipabungeana）次生天然草地的自然演替，SOCD均有不同程度的增加，增加幅度最大可达72%，土壤表现为明显的碳汇。不同土地利用方式0-100cmSOCD的变化顺序为：灌木林地（2.11kgCm^-2）〉次生天然草地（1.95kgCm^-2）〉人工草地（1.91kgCm^-2）〉弃耕地（1.69kgCm^-2）〉农田（1.68kgCm^-2），但统计差异不显著，意味着植被恢复对土壤碳固存的影响相对较小，该地区土壤固存CO2的潜力并不大，发育较好的次生天然草地0-100cm土体SOCD平均仅为2.20kgCm^-2。对SOCD垂直变化的分析结果表明表层SOC主要固存于表层0-20cm土壤，而且与0-100cm土体的SOCD具有显著的线性相关性，由表层观测值可以有效估计0-100cm土体的SOCD，估计误差为9.9%（0.18kgCm^-2）。     

中国陆地土壤有机碳蓄积量估算误差分析

简要介绍了土壤碳蓄积量的计算方法,包括土壤类型法、植被类型法、生命地带法、相关关系法和模型方法,以及土壤有机碳蓄积量的误差分析方法．根据中国策二次土壤普查2473个典型土种剖面数据,采用土壤类型法和两种碳密度方法计算,估算的中国陆地土壤有机碳蓄积量处于615.19×10^14-1211.37×10^14g之间,平均碳密度为10．49-10．53kg·m^-2(土壤厚度为100cm)或11．52-12．04kg·m^-3(土壤平均厚度为88cm),土壤平均碳蓄积量为913．28±298．09×10^14g,估算的不确定性在20％～50％之间．其中,土壤碳计算和采样数量的差异是导致土壤碳蓄积量估算不确定性的重要因素。     

晋西黄土区人工林细根与土壤水碳的耦合关系

以晋西黄土区山西离石典型人工林刺槐、侧柏、核桃为研究对象,研究其深剖面（0-500 cm）细根参数、土壤水分和有机碳的分布特征,并以农地为对照,评价各人工林土壤水分亏缺和有机碳积累效应,在此基础上探讨三者的耦合关系。结果表明：（1）3种人工林土壤浅层（0-70 cm）细根累计生物量占整个土层的56%-71%,具有明显表聚性。（2）3种人工林土壤深层（70-500 cm）土壤水分亏缺效应均显著高于浅层（P < 0.05）,与农地相比,其亏缺值表现为：侧柏 > 核桃 > 刺槐。（3）3种人工林深层土壤有机碳密度占整个土层的77%-86%;与农地相比,侧柏和核桃土壤有机碳积累效应总体为正向积累作用,刺槐则相反。（4）在土壤浅层,细根参数与土壤水分和有机碳密度均有显著相关性,而在深层,细根主要与有机碳密度显著相关,与土壤水分的相关性仅在刺槐样地显著。晋西黄土区不同人工林深层细根分布有很大差异,且已对其深层土壤水分和有机碳的分布产生影响。综合来看,刺槐的细根分布已造成深层土壤水分亏缺,同时也不利于深层有机碳的积累。     

综合土地利用及空间异质性的土壤有机碳空间插值模型

土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分,土壤有机碳库及其动态变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响.土壤有机碳密度(SOCD)是土壤碳储量的重要参数,也是评价农田土壤质量的重要指标,准确预测区域SOCD空间分布对发展精确农业有重要意义.本文使用江汉平原地区242个农田土壤样本数据,探究平原地区土地利用类型对SOCD空间分布的影响,以及当SOCD空间分布规律呈现空间异质性且存在空间异常值的情况下,虚拟变量回归克里格法(DV_RK)、均值中心化克里格法(MC_OK1)和中位数中心化克里格法(MC_OK2)这3种结合土地利用的克里格法在SOCD空间预测中的应用.结果表明: 土地利用方式的差异是研究区水田和水浇地SOCD存在空间异质性的原因之一,导致SOCD存在空间非平稳特征,降低了普通克里格法(OK)的预测精度;而DV_RK、MC_OK1和MC_OK2在消除了由土地利用引起的SOCD空间异质性对建模的影响后,模型的稳定性提升,其预测精度均高于OK,其中,MC_OK2的模型可靠程度、预测精度和对SOCD总方差的解释能力最优.因此,土地利用类型作为易获取的辅助变量,可以有效减弱空间异质性和空间异常值对SOCD空间插值的影响,提升模型精度,降低不确定性,并与MC_OK2结合生成更高精度的SOCD空间分布图,帮助揭示SOCD空间分异规律,指导农业生产.     

基于数字土壤制图技术的土壤有机碳储量估算

精准的土壤属性空间分布信息有助于提升土壤有机碳储量估算的精度。本研究以河南省济源市南山林场为研究区,以地形因子为预测因子,利用模糊C均值(FCM)聚类方法对土壤有机碳含量、土壤容重、土壤厚度和土壤砾石含量进行数字土壤预测制图,基于数字制图结果实现土壤有机碳密度预测制图和土壤有机碳储量估算。结果表明: 基于数字土壤制图方法得到的研究区土壤有机碳密度平均值为4.24 kg·m^-2,其预测图的平均误差(ME)为0.08 kg·m^-2,平均绝对误差(MAE)为2.80 kg·m^-2,均方根误差(RMSE)为5.03 kg·m^-2,与传统类型方法相比,预测结果的精度和稳定性更高,具有较高的可信度,最终估算得到研究区土壤有机碳储量为3.08×10⁸ kg。基于数字土壤制图技术仅采用少量土壤样点即可实现较高精度的土壤有机碳密度制图和储量估算,且能表征土壤有机碳密度空间分布特征。本研究为土壤有机碳储量估算提供了新途径,有助于提升土壤有机碳储量估算的精度和效率。     

Soil organic carbon stocks in China and changes from 1980s to 2000s

The estimation of the size and changes of soil organic carbon (SOC) stocks is of great importance for decision makers to adopt proper measures to protect soils and to develop strategies for mitigation of greenhouse gases. In this paper, soil data from the Second State Soil Survey of China (SSSSC) conducted in the early 1980s and data published in the last 5 years were used to estimate the size of SOC stocks over the whole profile and their changes in China in last 20 years. Soils were identified as paddy, upland, forest, grassland or waste‐land soils and an improved soil bulk density estimation method was used to estimate missing bulk density data. In the early 1980s, total SOC stocks were estimated at 89.61 Pg (1 Pg=10³ Tg=10¹⁵ g) in China's 870.94 Mha terrestrial areas covered by 2473 soil series. In the paddy, upland, forest and grassland soils the respective total SOC stocks were 2.91 Pg on 29.87 Mha, 10.07 Pg on 125.89 Mha, 34.23 Pg on 249.32 Mha and 37.71 Pg on 278.51 Mha, respectively. The SOC density of the surface layer ranged from 3.5 Mg ha⁻¹ in Gray Desery grassland soils to 252.6 Mg ha⁻¹ in Mountain Meadow forest soils. The average area‐weighted total SOC density in paddy soils (97.6 Mg ha⁻¹) was higher than that in upland soils (80 Mg ha⁻¹). Soils under forest (137.3 Mg ha⁻¹) had a similar average area‐weighted total SOC density as those under grassland (135.4 Mg ha⁻¹). The annual estimated SOC accumulation rates in farmland and forest soils in the last 20 years were 23.61 and 11.72 Tg, respectively, leading to increases of 0.472 and 0.234 Pg SOC in farmland and forest areas, respectively. In contrast, SOC under grassland declined by 3.56 Pg due to the grassland degradation over this period. The resulting estimated net SOC loss in China's soils over the last 20 years was 2.86 Pg. The documented SOC accumulation in farmland and forest soils could thus not compensate for the loss of SOC in grassland soils in the last 20 years. There were, however, large regional differences: Soils in China's South and Eastern parts acted mainly as C sinks, increasing their average topsoil SOC by 132 and 145 Tg, respectively. In contrast, in the Northwest, Northeast, Inner Mongolia and Tibet significant losses of 1.38, 0.21, 0.49 and 1.01 Pg of SOC, respectively, were estimated over the last 20 years. These results highlight the importance to take measures to protect grassland and to improve management practices to increase C sequestration in farmland and forest soils.