土壤碳库的研究方法

土壤碳库的研究方法

目前国内土壤碳循环的研究主要是针对特定的地区、生态系统和生物群落以及对小区域农业土壤呼吸进行了CO。倍增的实验，这些仅仅是陆地生态系统碳循环的部分环节。近年来我国许多学者对中国陆地土壤有机碳库的估算和空间分布开展研究工作，一些学者还特别对我国特定区域和生态群落的SOC储量进行了探索。如对我国热带、亚热带地区土壤碳储量开展的研究工作，得出了按不同植被类型土壤等分类方式下的有机碳储量，分析了SOC在不同粒级土壤中的分布与转化(Zhao et a1．，1997)；对我国主要森林生态系统的碳储量和碳平衡通量的研究，初步表明我国主要森林生态系统的碳储量为28．1lPg，其中土壤碳库21．02Pg(周玉荣等，2000)。王绍强等(1999)利用1：400万土壤图，根据我国第一次土壤普查实测土体深度下的236个土壤剖面资料，统计出中国陆地生态系统土壤有机碳总量为100．18Pg。之后，他(2000)又根据我国第二次土壤普查实测土体深度下的2473个典型剖面数据，估算出我国土壤有机碳库总量为92．4Pg。解宪丽(2004)利用《中国土种志》(共六卷)和全国1：400万土壤图，估算得到中国水稻土O～lOOcm深度有机碳储量为2．9Pg，表层O～20cm为0．93Pg。潘根兴利用《中国土种志》(共六卷)和全国第二次土壤普查时的全国水稻土统计面积，估算得到中国水稻土耕层加犁底层有机碳储量为1．3Pg，我国的土壤有机碳储量储量为50Pg(Pan et a1．，2003)。李忠和金峰等人(2001，2000)根据我国第二次土壤普查数据，采用面积加权平均值的方法，对各土壤亚类的有机碳密度进行回归估算，统计出O～lOOcm土体的土壤有机碳贮量。李忠(2001)利用土壤有机碳与土壤剖面深度的统计回归模型，估算出我国东北地区232×104km2

土壤o～lOOcm剖面中有机碳储量为24．36Pg，占全球总储量的1．5％～1．7％；东南热带亚热带地区共94．3×104km2土壤中O～lOOcm的有机碳储量为9．35Pg，占全球热带地区总储量的1．8％～3．0％。金峰(2001，2000)统计出我国山东省共12．1×104km2土壤O～lOOcm土体中有机碳储量约为0．62Pg，对我国(除港、澳、台地区)共865．18×104km2土壤有机碳贮量的估算结果为81．7Pg。

土壤是一个不均匀的三维结构体，在空间上呈现复杂的镶嵌性，且土壤与气候、植被和生物之间发生复杂的相互作用，因此土壤有机碳密度存在极大的空间变异性。当前土壤碳循环的研究仍是陆地碳循环研究中最不充分的部分，对土壤碳库的估计误差也很大。如对中国土壤有机碳库总量的估算结果从50Pg到180Pg，相差三倍多。由于不同研究者所采用的资料来源和统计样本容量不同，所包含的土壤碳属性数据不同，以及不同研究者所采用的深度标准、统计方法及估算的准确程度存在差异，所得结果必然存在差算差异。

1．土壤类型法

第二节土壤碳库的研究方法

一、剖面类型推算法

Bolin(1977)根据不同研究者发表的美国9个土壤剖面的有机碳含量，推算出全

球土壤有机碳库为710Pg。Bohn对全球土壤有机碳的统计工作是较典型的研究，

1976年他根据Gaussen与Hadrich(1965)编制的世界土壤图，并假设矿质土纲的体积质量为1．2，有机土纲(即泥炭土、沼泽土和某些半沼泽土)的体积质量为0．25，估计出全球lm深度土壤的有机碳库为2946Pg。1982年Bohn又根据相对较完整的FAO世界土壤图和187个剖面土壤有机碳含量，重新估计出全球土壤有机碳库为2200Pg。Batjes(1996)按土壤类型的研究方法也具有代表性。他将1：500万世界土壤图按0．5径度与0．5纬度的面积单元划分为259200个基本网

格单元，按每个单元的土种分布、土层厚度、土壤容重、有机碳和砾石含量共4353个剖面属性数据，计算出各个剖面的有机碳密度，用FAO／UNESCO土壤分

类单元对全球不同的土壤分类单元进行合并，计算出网格单元的平均碳密度，最后估算出全球o～100cm土层的有机碳贮量为1462～1548Pg。Eswaran(1993)使

用了更多的土壤剖面数据，涉及世界上45个国家共16000个土壤剖面，并从已发表的文献中综合了其他数据，以FAO／UNESCO世界土壤图作为面积计算依据，对全球土壤有机碳储量作了较详细的估算，总量约为1576Pg。Sombroek(1993)

使用FAO的数字化世界土壤图以及400个剖面数据计算的全球土壤有机碳库贮量只有1220Pg，比Eswaran和Batjes的估算结果小20％左右。这主要是由于使用不同的土壤分类系统、不同图件资料、剖面数目、估算精度等造成的。

我国东北地区土壤有机碳密度及其储量研究也采用过土壤类型法为基础，通过收集、增补东北地区共739个典型剖面的土壤普查资料，相对精确地估算出各种土壤类型0～lOOcm，O～30cm及0～20cm不同深度指标的有机碳储量及空间分布规律，为进一步精确估算全国土壤有机碳库量的可行性提供理论和方法依据。2．植被类型法

对我国热带、亚热带地区土壤碳储量作了初步研究，获得了不同植被类型和土壤分类方式下的有机碳储量，并分析了土壤有机碳在不同类型土壤中的分布与转化。周玉荣等(2000)对我国主要森林生态系统的碳储量和碳平衡通量进行了研究，估算出我国主要森林生态系统的碳储量为28．1lPg，其中土壤碳库占21．02Pg。李忠佩等(2002)对中国东部主要农田土壤有机碳库的平衡与趋势分析进行了阐述。王根绪等(2002)则从草地生态系统角度阐述了青藏高原草地土壤碳库及其全球意义。

3．生命带类型法

Post等(1982)根据生命带(I，ifezone)方法的研究比较具有代表性，该研

究以美国土壤保持局的数据为主要依据，使用了可反映全球各主要生命带2696

个土壤剖面数据，通过建立的土壤体积质量估计和土壤碳密度估计的两个回归方程，计算出全球lm厚度土层的土壤有机碳库储量为1395Pg，并建立了土壤碳密度与气候及植被分布之间的关系图。以后Post的数据被广泛引用和比较。但是该研究是在基于陆地主要植被类型面积的基础上进行统计计算的，而不是依据不同土壤类型的面积和分布进行计算，并且所收集的数据在取样和分析方法上都存在差异，因此对估计结果的精度必然产生一定的影响。

二、模型模拟法

目前在国际上影响较大的有两个模型。一是由英国土壤学家Jenkinson和Rayner予1977年建立的英国洛桑试验站土壤有机碳计算机模拟模型，简称“洛桑模型”。他们成功地模拟了英国洛桑实验站在120～135年之间田间试验典型处理的旱作农田土壤有机质的动态变化。另一个则是由美国生态学家Parton等于1987年建立的“世纪模型”(CENTURY模型)，包括农田、草地和森林等生态系统在内的土壤有机C、N、P、S循环子模型的CENTURY模型。继RothC、CENTURY