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    安徽省懷遠(yuǎn)-靈璧地區(qū)表層土壤碳儲(chǔ)量研究

    2014-12-05 04:09:58梁紅霞陳富榮陳永寧賈十軍
    關(guān)鍵詞:母質(zhì)土壤有機(jī)儲(chǔ)量

    梁紅霞,陳富榮,陳永寧,賈十軍,汪 曉

    (安徽省地質(zhì)調(diào)查院 物化探研究所,安徽 合肥 230001)

    土壤碳儲(chǔ)量是地球表層系統(tǒng)碳循環(huán)和全球變化研究的基本問題之一[1-2].隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程,土地利用方式的改變等均對(duì)土壤碳儲(chǔ)量產(chǎn)生一定的影響[3].我國(guó)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作的開展,為各地區(qū)土壤碳儲(chǔ)量研究提供了高密度和高精度的數(shù)據(jù)資料,能夠促進(jìn)有關(guān)研究工作更加系統(tǒng)和深入[4-6].

    作者所研究區(qū)位于安徽省淮河以北懷遠(yuǎn)-靈璧地區(qū).全區(qū)土壤母質(zhì)以晚更新世黃土母質(zhì)為主,占全區(qū)總面積的61.24%;其次為河流沖積物母質(zhì),占35.22%.土地利用方式以旱地為主,占45.71%;其次為水田,占到總面積的33.73%.土壤類型則以砂姜黑土和潮土為主,以濉河為界,濉河以北為潮土,濉河以南主要為砂姜黑土,沿著澮河等河流走向,分布有一定面積的黃褐土,淮河沿岸分布為潮土.

    1 數(shù)據(jù)來源

    數(shù)據(jù)來源于安徽懷遠(yuǎn)-靈璧地區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目實(shí)測(cè)資料.表層土壤數(shù)據(jù)為每平方千米采集0~0.2m深度耕層樣品一件,4km2組合分析一件樣品.有機(jī)碳及全碳分析方法均為氧化還原定量法,分析方法檢出限為0.05%,全碳分析精密度為2.46%,準(zhǔn)確度為0.001 1;有機(jī)碳分析精密度為3.79%,準(zhǔn)確度為-0.003 0.對(duì)采集的重復(fù)樣測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相對(duì)雙差的重復(fù)性合格率統(tǒng)計(jì),土壤全碳合格率為94.55%,土壤有機(jī)碳合格率為100%,分析質(zhì)量可靠,滿足多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查要求.

    2 計(jì)算方法

    單位土壤碳儲(chǔ)量表示單位面積(S)為4km2范圍內(nèi)、0~20cm深度土體中的碳儲(chǔ)量[7-8].

    單位土壤全碳儲(chǔ)量計(jì)算公式為

    其中:TC為表層土壤全碳含量(%);D表示采樣深度(0.2m);S表示單位面積(4km2);10-4為單位換算系數(shù);ρ為土壤容重(t·m-3).

    單位土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量計(jì)算公式為

    其中:TOC表示表層土有機(jī)碳含量(%).

    單位土壤無機(jī)碳儲(chǔ)量計(jì)算公式為

    其中:TIC表示表層土無機(jī)碳含量(%),為全碳含量減去有機(jī)碳含量.

    土壤碳密度計(jì)算公式為

    土壤容重取值:根據(jù)《安徽土壤》[9]中不同類型土壤各典型剖面土壤容重?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其平均值,計(jì)算結(jié)果見表1.

    表1 安徽省土壤容重Tab.1 Bulk density values of soil in Anhui province t·m-3

    3 圖件編制

    根據(jù)土壤碳密度計(jì)算結(jié)果,利用GeoIPAS V2.8完全版軟件(新疆金維軟件,烏魯木齊金維圖文信息科技有限公司 )自動(dòng)生成,網(wǎng)格化方法采用冪指數(shù)加權(quán),表層土壤數(shù)據(jù)搜索半徑為10 000m×10 000 m,網(wǎng)格間距為2 000m×2 000m,搜索范圍內(nèi)最少搜索點(diǎn)數(shù)為3,冪指數(shù)因子10,采用累積頻率0.5%、1.5%、4%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、95%、97%、98.5%、99.5%、100%的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(DD2005-1)),色階采用藍(lán)色-黃色-紅色連續(xù)色階細(xì)致地反映土壤碳含量的變化情況.

    4 結(jié)果與分析

    4.1 表層土壤碳儲(chǔ)量分布特征

    懷遠(yuǎn)-靈壁地區(qū)表層土壤碳儲(chǔ)量計(jì)算面積為1.081 2×104km2,深度:表層0~0.2m;平均碳儲(chǔ)量為儲(chǔ)量除以面積,平均碳密度為碳儲(chǔ)量除以體積.

    調(diào)查區(qū)表層土壤平均碳儲(chǔ)量及碳密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表2.

    表2 懷遠(yuǎn)-靈璧地區(qū)表層土壤碳儲(chǔ)量Tab.2 Topsoil total carbon storages in Huaiyuan-Lingbi area

    4.2 不同統(tǒng)計(jì)單元土壤碳儲(chǔ)量分配特征

    按照土地利用類型、土壤類型、成土母質(zhì)類型等單元分別計(jì)算了懷遠(yuǎn)-靈璧地區(qū)全碳、有機(jī)碳和無機(jī)碳在表層土壤的單位土壤碳儲(chǔ)量、平均碳儲(chǔ)量等參數(shù).

    4.2.1 不同成土母質(zhì)土壤碳儲(chǔ)量的分配特征

    不同母質(zhì)類型表層土壤全碳、無機(jī)碳、有機(jī)碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表3.

    表3 不同母質(zhì)類型表層土壤全碳、無機(jī)碳、有機(jī)碳儲(chǔ)量Tab.3 Topsoil total carbon,inorganic carbon and organic carbon storage of different parent materials

    由表3可知,全碳、無機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量只有河流沖積物母質(zhì)中平均儲(chǔ)量大于全區(qū)平均儲(chǔ)量,其余母質(zhì)發(fā)育的土壤平均儲(chǔ)量則低于全區(qū)平均值.有機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量多數(shù)高于全區(qū)平均值,以酸性鹽類風(fēng)化物母質(zhì)發(fā)育的土壤有機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量最高.

    4.2.2 不同土壤類型土壤碳儲(chǔ)量的分配特征

    對(duì)不同土壤類型碳儲(chǔ)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表4.

    表4 不同土壤類型土壤全碳、無機(jī)碳、有機(jī)碳儲(chǔ)量Tab.4 Topsoil total carbon,inorganic carbon and organic carbon storage of different soil types

    表4的結(jié)果表明,潮土中全碳平均碳儲(chǔ)量明顯高于其他類型土壤,全碳儲(chǔ)量全區(qū)最高.有機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量差異不大,水稻土、紫色土、粗骨土、潮土平均碳儲(chǔ)量高于全區(qū)平均值.無機(jī)碳儲(chǔ)量以潮土最高,其次為砂漿黑土、粗骨土、石灰?guī)r土、黃褐土.

    4.2.3 不同土地利用現(xiàn)狀土壤碳儲(chǔ)量的分配特征

    旱地、水田、林地、園地、城市用地中土壤碳儲(chǔ)量具體的分配狀況列于表5.

    表5 不同土地利用類型土壤全碳、無機(jī)碳、有機(jī)碳儲(chǔ)量Tab.5 Topsoil total carbon,inorganic carbon and organic carbon storage of different land use types

    由表5可看出,旱地、林地、園地、城市用地中土壤平均全碳儲(chǔ)量均高于全區(qū)平均值,園地平均含量最高,其次為城市用地、旱地、林地.水田全碳平均碳儲(chǔ)量最低.有機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量以林地最高,其次為城市用地、水田,園地有機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量明顯低于其他利用地.無機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量以林地最高,其次為園地、城市、旱地,水田有機(jī)碳平均碳儲(chǔ)量明顯低于其他類型土壤.

    4.3 土壤碳密度空間分布特征

    4.3.1 土壤全碳密度空間分布特征

    土壤全碳密度高背景區(qū)主要沿濉河、奎河及運(yùn)料河分布,在淮河沿岸高背景帶分布亦較為明顯;低背景區(qū)主要沿澮河流域、固鎮(zhèn)、泗縣分布,如圖1所示.

    圖1 表層土壤全碳密度圖Fig.1 Distribution of topsoil total carbon densities

    4.3.2 土壤有機(jī)碳密度空間分布特征

    土壤有機(jī)碳密度主要呈背景分布,在宿州市、符離集、朱仙莊鎮(zhèn)、山頭鎮(zhèn)、桃園鎮(zhèn)以及淮河流域呈高背景分布,低背景區(qū)分布較分散,成片區(qū)在劉集鎮(zhèn)-新馬橋鎮(zhèn)一帶,如圖2所示.

    4.3.3 土壤無機(jī)碳密度空間分布特征

    土壤無機(jī)碳密度在濉河一帶呈高背景含量分布.在澮河、香澗湖、沱湖、天井湖等河流和湖泊周邊,以及北部老寨山、靈山、黑峰嶺等山地呈低背景分布,如圖3所示.

    圖3 表層土壤無機(jī)碳密度圖Fig.3 Distribution of topsoil inorganic carbon densities

    4.4 表層土壤有機(jī)碳含量變化

    4.4.1 研究方法及數(shù)據(jù)構(gòu)建

    利用1980年以前調(diào)查數(shù)據(jù)出版的《安徽土壤(1996年)》中有機(jī)質(zhì)豐缺圖,該圖豐缺只有分級(jí)數(shù)據(jù),具體分級(jí)為:極缺乏:≤1%;缺乏:1.0%~1.50%;稍缺:1.50%~2%;適中:2.0%~2.5%;富足:2.5%~3.0%;很富足:>3%.其中極缺乏(≤1%)以及很富足(>3%)不定值在區(qū)內(nèi)的比例為10%和2%.第二次土壤普查數(shù)據(jù)采用有機(jī)碳分級(jí)值中值時(shí),2007年數(shù)據(jù)減1980年呈負(fù)值的數(shù)據(jù)占86%,以最保守的方法——即第二次土壤普查有機(jī)碳分級(jí)數(shù)據(jù)全部取下界值,呈負(fù)值的數(shù)據(jù)仍占77.5%.因此,第二次土壤普查數(shù)據(jù)采用分級(jí)中值作為該級(jí)別土壤的有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行定量化,具體取值為:極缺乏:0.75%;缺乏:1.25%;稍缺:1.75%;適中:2.25%;富足:2.75%,很富足:3.5%.然后利用 USCATOC(0~0.2m)=TOC×D×S×104×ρ計(jì)算單位土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量,該次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)減去該數(shù)據(jù),大致判別近30年來有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化情況.

    4.4.2 有機(jī)碳儲(chǔ)量歷史變化

    與第二次土壤普查結(jié)果相比,區(qū)內(nèi)有機(jī)碳儲(chǔ)量增加了0.77Mt,累計(jì)速率為2.9%.有機(jī)碳儲(chǔ)量增加的地區(qū)主要集中在宿州市、五河縣、夾溝鎮(zhèn)、大營(yíng)鎮(zhèn)等地區(qū),其他地區(qū)分布較為零星.有機(jī)碳儲(chǔ)量減少較明顯的地區(qū)集中在固鎮(zhèn)縣-新馬橋鎮(zhèn)-蚌埠市一帶,如圖4所示.

    圖4 相對(duì)于20世紀(jì)80年代單位土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化分布圖Fig.4 Distribution of unit soil organic carbon storage variations compared with that of 1980s

    4.4.3 土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化成因分析

    據(jù)研究表明,林地、草地有利于增大土壤碳儲(chǔ)量和降低由于溫度上升而導(dǎo)致的土壤碳釋放增加的強(qiáng)度[10],夾溝鎮(zhèn)、老寨山等丘陵地區(qū),有機(jī)碳儲(chǔ)量增加明顯,剛好與林地分布區(qū)一致.宿州市、五河縣等地,與城鎮(zhèn)分布密切相關(guān),受到人為活動(dòng)的影響,表層土壤碳儲(chǔ)量有所增加.第二次土壤普查結(jié)果顯示,蚌埠市土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值1.42%[9],而該次調(diào)查結(jié)果顯示該區(qū)有機(jī)質(zhì)含量幾乎均小于1.29%,明顯有所降低,這可能與澮河沿岸不同土壤類型以及不同土地利用方式相關(guān).需更進(jìn)一步查證.

    5 結(jié)論與展望

    (1)懷遠(yuǎn)-靈璧地區(qū)表層土壤全碳儲(chǔ)量41.80Mt,無機(jī)碳儲(chǔ)量14.47Mt,有機(jī)碳儲(chǔ)量27.34Mt.

    (2)與第二次土壤普查結(jié)果相比,區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量增加了0.77Mt,累計(jì)速率為2.9%,就整個(gè)調(diào)查區(qū)而言,為碳匯區(qū).

    (3)區(qū)內(nèi)以河流沖積物母質(zhì)、潮土中的全碳、無機(jī)碳儲(chǔ)量最高,酸性鹽類風(fēng)化物母質(zhì)以及水稻土、林地中的有機(jī)碳儲(chǔ)量最高.

    (4)土壤碳密度空間分布規(guī)律與城市規(guī)模大小及土壤有機(jī)質(zhì)的含量分布有密切的關(guān)系.主要圍繞宿州市、蚌埠市等城鎮(zhèn)以及濉河古河道呈高背景含量分布,低背景區(qū)則主要圍繞四方湖分布.

    土壤碳平衡受到越來越多的人為干擾,毀林、燃燒植物、土地利用方式的變化等等,這些過程都對(duì)碳循環(huán)產(chǎn)生較大影響.為保持土壤碳平衡,防止農(nóng)田土壤碳的流失,應(yīng)采取秸稈還田、退耕還林等措施,以保持土壤碳平衡,較少CO2的排放.

    [1]朱連奇,朱小立,李秀霞.土壤有機(jī)碳研究進(jìn)展[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,36(3):72-75.

    [2]奚小環(huán),張建新,廖啟林,等.多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與土壤碳儲(chǔ)量問題——以江蘇、湖南、四川、吉林、內(nèi)蒙古為例[J].第四紀(jì)地質(zhì)研究,2008,28(1):58-67.

    [3]趙傳冬,劉國(guó)棟,楊柯,等.黑龍江省扎龍濕地及其周邊地區(qū)土壤碳儲(chǔ)量估算與1986年以來的變化趨勢(shì)研究[J].地學(xué)前緣,2011,18(6):27-33.

    [4]陶春軍,賈十軍,邢潤(rùn)華,等.安徽滁州地區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分布特征研究[J].資源與環(huán)境,2013,34(1):63-71.

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