中国土壤有机碳库量的分区特征研究 (Regional Patterns on Soil ...

中国土壤有机碳库量的分区特征研究（RegionalPatternsonSoilOrganicCarbonStorageofChina）史学正、于东升、孙维侠中国科学院南京土壤研究所ShiX.Z.,YuD.S.,SunW.X.InstituteofSoilScience,CAS,Nanjing,China土壤碳库的作用（Introduction）土壤有机碳库(SOC)是陆地生态系统中重要的碳库之一它对于温室效应与全球气候变化同样具有重要的影响世界各国对土壤有机碳库储量倍受关注并积极开展研究(Eswarranetal.,1993;Schlesingeretal.,1990;Lacelleetal.,1997)大气Atmosphere750Pg土壤Soil1500Pg植物Vegetation550PgTerrestrialsystem(About¾isSOC)2timesAbout3times全球有机碳存储Globalorganiccarbonstorage土壤有机碳微小的变化就会影响大气中温室气体的浓度进而引起全球气候变化土壤有机碳库研究进展AdvancesinSOCStorageResearchWorldBohn的研究指出土壤有机碳储量约为2949Pg而Bolin的研究结果为710PgChina土壤图比例尺为1:4,000,000,土壤属性数据来自于《中国土种志(六卷)》2473个土壤剖面TropicalandsubtropicalChina10.6Pg(ZhaoQ.G.etal.,1997)China92.4Pg(WangS.Q.etal.,2000)China185.7Pg(somescientists)China50.0Pg(otherscientists)这些不同研究结果之间相差竟达3倍之多!结果存在巨大差异的原因Reasonsofvariation土壤数据存在的最大问题是空间分辨率不高土壤图的比例尺太小(1:1000万－1：400万）表征土壤分布的空间精度太低土壤剖面数目太少在同一研究中从236个到2,473个有机碳密度估算的方法不同加权平均值中值剖面计算值利用更为详细的土壤数据库估计中国土壤有机碳储量这些结果可作为今后陆地生态系统碳循环研究的基准中国土壤有机碳存储在不同分区的分布特征行政大区（华北、东北、西南等）流域（黄河流域、长江流域等）美国土壤系统(SoilTaxonomy)土纲（淋溶土、干旱土等）不同生态系统（森林、草地等）等这些研究结果可以为区域固碳政策的制定提供科学依据土壤有机碳库及其分区研究SOCanditsregionalpatternofChina土壤数据基础Materialsandmethods中国以往的很多研究工作都是基于1:4,000,000土壤图来完成的在我们的研究工作中采用1:1,000,000土壤数据库来估算中国有机碳储量更详细的土壤空间数据库(数字土壤图)更多的土壤剖面数据中国土壤参比系统(中国土壤发生分类GSCC（GeneticSoilClassificationofChina-美国土壤系统分类ST(SoilTaxonomy)GSCC-WRB)中国1:100万土壤数字化图1:1,000,000SoilDatabaseofChina美国土壤调查和数据库建设方面的权威杂志“SoilSurveyHorizons”作为封面文章刊出。称“中国的土壤图迈向数字化”。中国数据库建设进展引起美国有关方面的高度重视1:4M与1:1M的对比Comparisonof1:4Mwith1:1MSoilMapofTaihuLakeRegionatScaleof1:4MSoilMapofTaihuLakeRegionatScaleof1:1M最小制图单元亚类(235个)土属(909个)要详细一个分类级别空间最小分辨率土壤图斑数64km2(相当于乡)3090个4km2(村)9.4万余个增加了30多倍1:4M与1:1M的对比Comparisonof1:4Mwith1:1MSoilProfileDataof2,473atScaleof1:4MSoilProfileDataof7,300atScaleof1:1M土壤剖面数增加了约2倍整个中国1:100万土壤数据库要比前人广泛使用的1:400万数据库要详细100倍，二个数量级土壤剖面有机碳的估算方法（Materialsandmethods）中国土壤7300个剖面（0－100cm）和表层（0－20cm）的有机碳密度土壤剖面有机碳密度的计算模型如下:SOCD:土壤剖面有机碳密度（kg/m2）θi:第i层2mm砾石含量（体积%）ρi:第i层土壤容重（g/cm3）Ci:第i层土壤有机碳含量（Cg/kg）Ti:Ti为第i层土层厚度（cm）n:参与计算的土壤层次总数中国土壤参比系统(GSCC-ST,GSCC-WRB)中国绝大多数土壤数据使用的是土壤发生分类(GSCC)红壤(Redsoils)黄壤(Yellowsoils)暗棕壤（darkbrownsoil）（国际上不通用）国际上还没有一个统一的土壤分类系统现在国际上广泛使用二个主流分类美国土壤系统分类ST(SoilTaxonomy）国际土壤参比基础WRB(WorldReferenceBaseforSoilResources）土壤参比基础Materialsandmethods中国土壤参比系统（ChineseSoilReferenceSystem）GSCC土纲GSCC土类ST土纲面积（104km2）占陆地国土面积（%）最大参比度（%）铁铝土砖红壤老成土（Ultisols）3.460.36282.0赤红壤老成土（Ultisols）11.571.21056.0红壤老成土（Ultisols）43.554.55569.3淋溶土棕壤淋溶土（Alfisols）17.841.86670.7人为土水稻土始成土（Inceptisols）33.803.53574.0灌淤土始成土（Inceptisols）2.050.214100.0干旱土棕钙土干旱土(Aridisols）25.362.65397.5漠土灰漠土干旱土(Aridisols）6.700.701100.02006年第一期在国际土壤学权威杂志SSSAJ（SoilScienceSocietyofAmericanJ.)上刊出了我们有关土壤参比的封面文章这是该杂志首次刊出中国土壤学家的封面文章主导了国际土壤参比研究的方向不同分区的基础（Materialsandmethods）1:1,000,000行政区划图（MapofAdministrativeRegions）流域图（MapofRiverWatersheds）中国土地覆盖分类图（MapofLandCoverofChina）DEM数据(1:1,000,000)通过土壤类型名称由土壤发生分类（GSCC）到美国土壤系统分类（ST）的参比转换后制作而成的1:1,000,000土壤图（Shietal,2004,ChineseScienceBulletin；Shietal.,2006,SoilScienceSocietyofAmericanJ.)中国土地覆盖图MapoflandcoversofChina主要流域分布图MapofmainwatershedsofChina中国土壤有机碳储量SOCStorageofChina对1:1,000,000有机碳密度图的85,000个多边形的统计结果表明中国土壤面积共有9.281×106km2总有机碳储量为89.14Pg平均有机碳密度为96.0tC/ha有机碳密度和储量在不同的多边形中变化很大最低的有机碳密度为1.43tC/ha最高的为4463tC/ha相差3000多倍中国有机碳密度分布图（MapofSOCDensityofChina）各行政大区土壤有机碳储量及密度（SOCDensityandStorageinGreatAdministrativeRegionsofChina）大区SuperDistrict省（直辖市）Province碳密度SOCD(t/ha)碳储量SOCS(Pg,109t)华北地区北京,天津,河北,山西,内蒙古91.213.79东北地区辽宁,吉林,黑龙江181.914.25华东地区上海,江苏,安徽,浙江,江西,福建,山东83.06.31中南地区湖北,湖南,河南,广东,广西,海南98.29.72西南地区重庆,四川,贵州,云南,西藏103.823.60西北地区陕西,甘肃,宁夏,青海,新疆72.321.10港澳台地区香港,澳门,台湾102.80.37各流域土壤有机碳储量及密度（SOCDensityandStorageinDifferentRiverWatershedsinChina）流域Watersheds碳密度SOCD(tC/ha)碳储量SOCS(Pg,1015g)黑龙江流域211.014.06辽河流域79.42.06海滦河流域84.22.69黄河流域104.38.46淮河流域67.11.75长江流域120.021.05东南沿海诸河流域93.62.64珠江流域115.46.03云南、西藏、新疆国际河流诸河流域107.79.26内流河流域59.621.14ST土纲的中国土壤有机碳储量和密度（SOCDensityandStorageinVariousSTSoilOrdersofChina）土纲土纲OrdersST-Orders碳密度SOCD(tC/ha)碳储量SOCS(Pg,1015g)淋溶土Alfisols134.116.41火山灰土Andisols146.30.04干旱土Aridisols36.346.26新成土Entisols28.123.84有机土Histosols994.76.26始成土Inceptisols102.834.39软土Mollisols2.911.65氧化土Oxisols86.150.46灰土Spodosols588.50.08老成土Ultisols119.49.54变性土Vertisols72.830.20不同类型生态系统的土壤有机碳储量及密度（SOCDensityandStorageinVariousEcosystemRegionsofChina）*仅表明城市生态系统、水体生态系统从80年代中期到本世纪初扩展占用土壤的有机碳库状况生态系统EcosystemsSOCD(tC/ha)SOCS(Pg,1015g)生态系统EcosystemsSOCD(tC/ha)SOCS(Pg,1015g)Forest143.321.50Wetland209.910.50Shrub115.325.55Desert29.06.16Grassland82.411.34Urbanarea*81.7*0.12*Cropland92.212.20Waterbody*74.6*1.70*不同海拔高度地区的土壤有机碳储量及密度（SOCDensityandStorageofAltitudeZoneinChina）Altitude（m）SOCD(tC/ha)SOCS(Pg,1015g)Altitude（m）SOCD(tC/ha)SOCS(Pg,1015g)25084.52.342500-3000119.62.71250-500108.821.723000-3500124.53.78500-1000105.418.253500-4000171.05.821000-150059.57.834000-5000126.111.581500-200074.17.225000-600049.54.112000-2500103.63.72600032.00.04土壤有机碳密度与海拔高度的关系（RelationshipbetweenAltitudeandSOCDensity）0204060801001201401601802000510152025303540455055606570Altitude(hm)SOCdensity(tC/ha)SOCD=2E-18H6-2E-14