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,94 000多个图斑;土壤属性数据库收录了7 292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928.10×10⁴ km²,有机碳储量为89.14 Pg (1 Pg=10¹⁵ g),土壤平均碳密度9.60 kg·m^-2,是目前与真值最为接近的研究结果.     

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.     

利用1:5万土壤数据库估算浙江省土壤有机碳密度及储量

土壤有机碳库作为陆地生态系统中重要的碳库之一,对于温室效应和全球变化研究具有重要意义.利用浙江省1:5万土壤数据库,对浙江省277个土种0～100cm土层的有机碳密度进行估算,分析了全省土壤有机碳密度和储量,以及各主要土壤类型有机碳密度和分布.结果表明:浙江省土壤有机碳密度值主要集中在5～10kg·m-2;山香灰土有机碳密度最高,为52.80kg·m-2,清水砂最低,为1.82kg·m-2;红壤和水稻土土类土壤有机碳储量最大,两者之和占浙江省土壤有机碳总储量的63.8%;浙江省土壤总面积为100784.19km2,土壤有机碳储量为875.42×106t,土壤有机碳平均密度为8.69kg·m-2.通过叠加数字高程模型分析,发现土壤有机碳密度随高程、坡度和坡向的变化均呈现明显的变化趋势.     

松嫩平原农田土壤有机碳变化及固碳潜力估算

基于1979—1985年全国第二次土壤普查和2015年实地采样数据,利用土壤类型法计算了近35年来松嫩平原及其各县农田表层土壤有机碳密度和土壤碳库储量;并分析了松嫩平原农田土壤有机碳密度的空间分布及变化特征;利用饱和值法对松嫩平原及其各县市农田土壤有机碳量的变化趋势进行拟合,估算其农田土壤的固碳潜力。结果表明:(1)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳密度平均值为1.61 kg/m~2,近35年来约有81.59%的农田土壤有机碳密度呈下降趋势,集中分布在松嫩平原北部、东部和东南部地区,以富裕县东部、依安县中部、肇东县西部、扶余县西部等地区土壤有机碳密度下降幅度最大;(2)2015年松嫩平原农田表层土壤有机碳库总储量为233.63 Tg,比全国第二次土壤普查减少了32.62 Tg;(3)2015年松嫩平原农田表层土壤总固碳潜力为-32.7 TgC,呈现出"碳源"趋势,农田土壤单位面积固碳潜力平均值为-1.793×10~(-3)Tg/km~2。     

青海省森林土壤有机碳氮储量及其垂直分布特征

森林土壤在调节森林生态系统碳、氮循环和减缓全球气候变化中起着关键的作用。但是,由于林型、林龄以及环境因子(海拔)的差异,至今对于森林土壤碳、氮储量的估算依然存在极大的不确定性。因此,利用森林土壤实测数据估算了青海森林土壤有机碳、氮密度和碳、氮储量,分析了土壤有机碳、氮密度的垂直分布格局。结果表明:1)土壤有机碳密度随海拔的增加呈单峰曲线变化,在海拔3100—3400 m达到最大34.33 kg/m~2;氮密度随海拔的增加而增加,范围为1.39—2.93 kg/m~2。2)在0—30 cm土层,土壤有机碳、氮密度均随土层的增加而降低,范围分别为3.84—4.63 kg/m~2、0.22—0.27 kg/m~2。3)青海省森林土壤碳储量为1098.70 Tg,氮储量为61.78 Tg。4)海拔与氮含量和密度之间存在极显著正相关关系(P0.01,P0.01)。土层深度与有机碳含量存在极显著负相关关系(P0.01);与有机碳密度、氮密度存在极显著正相关关系(P0.01,P0.01)。说明海拔和土层是影响青海省森林土壤有机碳、氮分布的关键因子。     

不同土地利用对土壤有机碳储量及土壤呼吸的影响

为了探讨土地利用方式对土壤碳储及土壤呼吸的影响,对安徽沿淮洼地杞柳纯林、杞柳-杨树混交林及杨树纯林3种不同土地利用方式下土壤有机碳储量及土壤呼吸特点进行了比较。结果表明:杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林0～30cm土壤有机碳含量分别为6.80、8.50和7.71g·kg-1,土壤有机碳密度分别为2.88、3.26和2.95kg·m-2,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土层深度的增加而降低。不同土地利用类型土壤呼吸年平均值分别为1.68μmol·m-2·s-1(杞柳纯林)、2.33μmol·m-2·s-1(杞柳-杨树混交林)、1.61μmol·m-2·s-1(杨树纯林),土壤呼吸日均值最高出现在夏季(6.64μmol·m-2·s-1),最低为冬季(0.13μmol·m-2·s-1)。相关分析表明,土壤呼吸速率与地表气温之间呈显著的指数关系,杞柳纯林、杞柳-杨树混交林、杨树纯林的相关系数R2分别为0.71、0.62、0.54。杞柳-杨树混交林较杞柳纯林有利于土壤有机碳的固定,杞柳纯林土壤有机碳储量偏低,与其粗放经营有关。在今后的栽植管理中,应采取合理的耕作施肥措施,在提高土壤肥力的同时增强土壤的碳固定。     

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。     

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.     

祁连山不同植被类型土壤碳贮量和碳通量

采用野外调查测定、野外定位观测和室内分析相结合的方法,在植被类型变化较大林区,选择邻近相同海拔、坡向和土壤类型的天然林(青海云杉林、祁连圆柏林、高山灌丛林)、人工林(13年生华北落叶松林)、牧坡草地和农田等植被类型土壤为研究对象,研究了祁连山不同植被类型的土壤碳动态.结果表明:天然林、牧坡草地、农田和人工林的土壤有机碳含量分别为59.45～84.7、78.30、13.51和43.25 g·kg-1,平均土壤有机碳密度分别为15.96～19.95、17.74、10.63和15.97 kg·m-2,土壤有机碳平均周转时间分别为27～36、25、23和33 a;不同植被类型土壤CO2通量依次为青海云杉林584.03 g C·m-2·a-1,祁连圆柏林517.63 g C·m-1·a-1,高山灌丛林601.00 g C·m-2·a-1,牧坡草地796.89 g C·m-2·a-1,农田281.75 g C·m-1·a-1,人工林569.92 g C·m-2·a-1;同一植被类型中,土壤有机碳含量和土壤碳密度随土壤深度增加而降低,而土壤有机碳周转时间则随深度增加而增大.     

桂东南柳杉人工林碳氮储量及其分配格局

以广西六万林场31年生3种密度柳杉(Cryptomeria fortunei)人工林为对象,对其碳、氮储量以及碳、氮分配格局进行研究。结果表明:低、中、高3种密度的柳杉人工林生态系统碳储量分别为355.72、417.21和378.71t.hm-2,氮储量分别为17.91、22.13和19.99t.hm-2,均表现为中密度﹥高密度﹥低密度;低、中、高密度植被层碳储量分别为127.71、101.98和100.12t.hm-2,分别为土壤层碳储量的56.01%、32.35%、35.94%,表现为低密度﹥中密度﹥高密度;植被层氮储量分别为1048.85、674.26和705.69kg.hm-2,为土壤层氮储量的6.22%、3.14%、3.66%,则表现为低密度﹥高密度﹥中密度。充分说明桂东南柳杉人工林生态系的碳、氮储量受林分密度的影响,且碳、氮储量主要分布在土壤层。     

不同密度樟子松人工林土壤碳氮磷化学计量特征

以科尔沁沙地不同密度(490、750、1550、1930、2560株·hm^-2)樟子松人工林(栽植于1980年)为研究对象,分析林分密度对土壤碳、氮、磷浓度及其计量比的影响,研究林分密度与土壤养分状况的关系。结果表明:随着樟子松林密度增加,各土层(0~10、10~20和20~40 cm)土壤有机碳、全氮、全磷浓度和C∶N呈先增加后降低趋势,而土壤有效磷浓度呈先降低后增加趋势。土壤有机碳浓度在490株·hm^-2密度小于其他密度,而有效磷浓度大于其他密度;土壤C∶P和N∶P在2560株·hm^-2密度显著大于其他密度。各密度樟子松林土壤有机碳、全氮、全磷和有效磷浓度在0~10 cm土层显著大于10~20和20~40cm土层,樟子松人工林土壤养分具有表聚性。通过典范对应分析发现,密度对樟子松林土壤养分影响的主要因子是土壤有机碳、全氮和全磷,且密度为1550株·hm^-2时土壤有机碳、全氮、全磷和碱解氮浓度较高,而C∶P和N∶P较低。因此,当樟子松人工林密度为1550株·hm^-2时,土壤养分浓度较高,林木生长较好,为最佳经营密度。     

福建省耕地土壤全氮密度和储量动态变化

准确估算土壤全氮密度和储量的动态变化能为氮肥优化管理和水体富营养化防控提供重要依据。以位于福建省不同地区的闽侯县、同安区、武平县和永定县1982年11087个样点及2008年1616个样点建立的1∶5万土壤数据库为基础,利用尺度上推的方法分析了1982—2008年福建省耕地全氮密度和储量的动态变化。结果表明,近30年来福建省耕地土壤氮素富集明显,全氮密度和储量分别上升了0.08 kg/m2和1.22 Tg,但不同土壤类型差异较大,紫色土土类、酸性紫色土亚类和猪肝土土属氮素富集最明显,全氮密度均上升了0.18 kg/m2;赤红壤土类、淹育水稻土亚类和赤土土属氮素损失最多,全氮密度均下降了0.10 kg/m2。水稻土土类、渗育水稻土亚类和黄泥田土属全氮储量增加最多,分别达1.24、0.80 Tg和0.71 Tg;赤红壤土类、赤红壤亚类和灰砂泥田土属下降最多,分别达0.13、0.13 Tg和0.08 Tg。因此,在今后的福建省耕地管理中根据不同土壤类型氮素富集程度合理指导施肥,以节约资源和减少氮素流失是十分必要的。     

不同耕作方式下长期秸秆还田对旱作春玉米田土壤碳、氮、水含量及产量的影响

为了探索渭北旱塬春玉米田保护性轮耕模式的土壤培肥效果和增产增收效应,于2007—2014年在陕西合阳实施了秸秆覆盖或还田条件下免耕/深松(NT/ST)、深松/翻耕(ST/CT)、翻耕/免耕(CT/NT)、连续免耕(NT)、连续深松(ST)和连续翻耕(CT)等6种耕作处理田间定位试验,测定并分析了2010—2014年玉米收获期各耕作处理下0～60 cm土壤有机碳、氮储量,0～200 cm土层土壤含水量变化及春玉米产量差异.结果表明: 6种耕作处理中以NT/ST处理增加土壤有机碳和全氮储量最为明显.与2007年试验前相比,6种耕作处理均增加了0～60 cm土层土壤有机碳储量,5年平均值增幅为12.3%～28.3%,5种保护性耕作处理土壤有机碳储量5年平均值较CT对照处理显著增加7.1%～13.2%.NT/ST、ST/CT、CT/NT等3种轮耕处理和NT处理0～60 cm土层土壤氮储量5年平均值较试验前增加2.5%～7.3%.NT/ST、ST/CT、CT/NT、NT和ST处理土壤氮储量5年平均值比连续翻耕增加3.6%～11.1%.5种保护性耕作处理土壤含水量较CT处理依次增加5.7%、2.3%、2.0%、5.5%和4.4%,以NT/ST处理土壤含水量最高.6种耕作处理春玉米平均产量表现为NT/ST>ST/CT>ST >NT>CT/NT>CT,以NT/ST处理最高,分别较其他5种处理显著增产4.2%、13.0%、11.3%、4.7%和13.8%;经济效益平均表现为NT/ST>ST/CT>ST>NT>CT/NT>CT.在6种耕作处理中,免耕/深松轮耕处理在改善土壤环境质量、提升土壤肥力和增产增收方面都表现出优越性,为旱作春玉米田较适宜的土壤轮耕模式.     

芦芽山典型植被土壤有机碳剖面分布特征及碳储量

摘要: 基于芦芽山沿海拔梯度分布的灌丛草地、针阔混交林、寒温性针叶林和亚高山草甸四类典型植被下土壤剖面实测数据,分析了土壤有机碳的垂直分布特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明,各植被类型下土壤剖面上层SOC含量最高,最大值往往出现在10—20 cm层,然后向下逐渐减小。土壤有机质含量由剖面上层最大值向下降低过程中,某深度土壤剖面层段有机质含量急剧减小。亚高山草甸剖面这一深度为20 cm,寒温性针叶林剖面为50 cm,针阔混交林剖面为20 cm,灌丛草地剖面为40 cm。0—10 cm层各植被类型间SOC含量差异不显著;10—20 cm层,亚高山草甸和寒温性针叶林SOC含量显著高于其他类型;20—50 cm层,亚高山草甸SOC含量与灌丛草地接近,显著高于针阔混交林,低于寒温性针叶林。植被类型对有机碳剖面分布影响较大。土壤剖面各层有机碳含量与容重呈显著负相关,与土壤含水量和全氮含量呈显著正相关,与土壤pH值呈弱的负相关,与深层黏粒和粉粒含量正相关,在30—50 cm正相关性显著。逐步回归分析结果表明,亚高山草甸SOC含量与土壤总氮含量、含水量和容重的显著相关,寒温性针叶林SOC含量与全氮含量显著相关,针阔混交林SOC含量则与总氮含量和土壤容重显著相关,而灌丛草地SOC含量与容重显著相关。在20 cm深度,四种植被土壤有机碳密度差异不显著;50 cm深度亚高山草甸、寒温性针叶林土壤有机碳储量显著高于针阔叶混交林和灌丛草地,50 cm深度土壤有机碳储量与海拔高度呈显著线性正相关（R2=0.299,P=0.01）。     

开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响

以新疆策勒绿洲近百年来不同开垦年限农田为研究对象,采用空间序列换算时间序列的方法,研究绿洲农田开垦过程中土壤有机碳和全氮密度、碳氮比(C/N)及速效氮含量的垂直变化特征,并探讨了农田土壤碳氮变化与作物产量的关系。结果表明:荒漠土壤开垦后,显著增加了表层土壤(0-20 cm)有机碳和全氮密度,随开垦年限延长对深层土壤(40-200 cm)有机碳密度也有一定的影响,如在开垦30 a左右时下降了36.4%,但在100 a左右时则增加了52.0%。耕层土壤C/N随开垦年限延长而明显增加,深层土壤除100 a农田外其它均有不同程度下降;不同土层C/N与速效氮含量呈负相关关系,仅在开垦初期(0-10 a)达到显著水平。不同年限农田的玉米产量存在显著差异,且和有机碳及全氮密度(0-200 cm)均呈显著正相关;棉花除100和10 a农田产量差异较小外,在其它农田间均达显著水平,但和有机碳及全氮密度无明显相关性。由此可见,在现有投入条件下,提高土壤碳氮累积量对增加玉米产量仍有十分重要作用,但对棉花产量的影响不明显。     

Land use induced changes of organic carbon storage in soils of China

Using the data compiled from China's second national soil survey and an improved method of soil carbon bulk density, we have estimated the changes of soil organic carbon due to land use, and compared the spatial distribution and storage of soil organic carbon (SOC) in cultivated soils and noncultivated soils in China. The results reveal that ～ 57% of the cultivated soil subgroups ( ～ 31% of the total soil surface) have experienced a significant carbon loss, ranging from 40% to 10% relative to their noncultivated counterparts. The most significant carbon loss is observed for the non‐irrigated soils (dry farmland) within a semiarid/semihumid belt from northeastern to southwestern China, with the maximum loss occurring in northeast China. On the contrary, SOC has increased in the paddy and irrigated soils in northwest China. No significant change is observed for forest soils in southern China, grassland and desert soils in northwest China, as well as irrigated soils in eastern China. The SOC storage and density under noncultivated conditions in China are estimated to ～ 77.4 Pg (10¹⁵ g) and ～ 8.8 kg C m^?2, respectively, compared to a SOC storage of ～ 70.3 Pg and an average SOC density of ～ 8.0 kg C m^?2 under the present‐day conditions. This suggests a loss of ～ 7.1 Pg SOC and a decrease of ～ 0.8 kg C m^?2 SOC density due to increasing human activities, in which the loss in organic horizons has contributed to ～ 77%. This total loss of SOC in China induced by land use represents ～ 9.5% of the world's SOC decrease. This amount is equivalent to ～ 3.5 ppmv of the atmospheric CO₂ increase. Since ～ 78% of the currently cultivated soils in China have been degraded to a low/medium productivities and are responsible for most of the SOC loss, an improved land management, such as the development of irrigated and paddy land uses, would have a considerable potential in restoring the SOC storage. Assuming a restoration of ～ 50% of the lost SOC during the next 20–50 years, the soils in China would absorb ～ 3.5 Pg of carbon from the atmosphere.