江西省鄱阳湖及周边经济区土壤有机碳储量分布特征_马逸麟.pdf

2014 年 3 月 March 2014 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 33，No． 2 246 ～255 收稿日期 2013 －07 －18; 接受日期 2013 －11 －13 基金项目 中国地质大调查工作项目 “江西省鄱阳湖及周边经济区多目标地球化学调查” 200414200008 作者简介 马逸麟， 高级工程师， 主要从事农业地质、 环境地质、 水文地质研究。E- mail mayilin700124126． com。 文章编号 0254 －5357 2014 02 －0246 －10 江西省鄱阳湖及周边经济区土壤有机碳储量分布特征 马逸麟1，郄海满1，彭晓玫2，江俊杰1，谢长瑜1 1． 江西省地质调查研究院，江西 南昌 330030; 2． 赣西地质调查大队，江西 南昌 330030 摘要 土壤是陆地生态系统的重要组成部分， 土壤碳储量研究在碳循环和全球变化中具有重要意义。本文 利用江西省鄱阳湖及周边经济区多目标区域地球化学调查取得的土壤碳数据， 计算了研究区表层、 中层、 深 层土壤的全碳储量和有机碳储量， 分析其有机碳储量和有机碳密度的分布特征。结果表明 研究区总体碳储 量是以有机碳储量为主; 表层土壤 0 ～0． 2 m 的有机碳密度为3512 t/km2， 有机碳储量为1． 38 亿吨; 中层土 壤 0 ～1． 0 m 的有机碳密度为 11156 t/km2， 有机碳储量为 4． 39 亿吨; 深层土壤 0 ～1． 8 m 的有机碳密度 为 15617 t/km2， 有机碳储量为 6． 14 亿吨。与全国农业地质调查数据进行对比， 研究区表层土壤的有机碳密 度高于全国农业地质调查区内表层土壤有机碳密度的 10． 86， 中层及深层土壤的有机碳密度与全国农业 地质调查区平均水平接近， 显示研究区土壤的有机碳储量巨大。进一步分析研究区不同土壤类型、 不同土地 利用类型、 不同地貌单元、 不同行政单元的土壤有机碳密度及有机碳储量， 系统查明了土壤有机碳的分布和 分配特征。研究认为， 区域内各层土壤有机碳密度空间分布具有同一性特征， 与所处区域的成土地质背景和 植被覆盖率密切相关。土壤有机碳密度高值区均分布在山地和丘陵区， 包括江西丰城市北部、 高安市南部、 乐平市周边地区等古生代炭质岩和煤系地层区， 其中乐平市表层土壤的有机碳密度最高; 低值区均分布在湖 区和水系河谷地区。该成果可为江西省的碳循环和碳排放研究提供可靠的数据基础。 关键词 土壤有机碳; 碳储量; 碳密度; 分布特征; 鄱阳湖 中图分类号 X826文献标识码 A 近年来， 碳储量问题日益成为全球气候变化与 地球科学领域研究的前沿与热点问题 ［1 －2 ］。土壤是 陆地生态系统的核心， 研究土壤碳储量及其影响因 素对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环及全球变 化中的作用具有重要意义。土壤碳库由有机碳库和 无机碳库构成， 其中有机碳库储量巨大， 在陆地生态 系统与大气交换的 CO2中， 土壤有机质分解释放的 CO2约占 2/3， 其较小的变化就会对大气碳量产生较 大的影响， 继而影响全球气候的变化， 同时也能影响 陆地植被的养分供应， 进而对陆地生态系统的分布、 组成、 结构和功能产生深刻影响 ［3 ］。因此， 准确估 算区域土壤有机碳储量， 研究土壤碳密度变化规律 及影响因素对研究全球变暖及提高土壤肥力、 增加 农业生产具有重要意义 ［4 －7 ］。 国内外早期对土壤有机碳库的估算根据少数几 个剖面资料进行推算。20 世纪 70 年代， 如 Bolin［8 ］ 根据不同研究者发表的美国 9 个土壤剖面的碳含 量， 推算了全球 1 m 厚土层有机碳库。Bohn［9 ］利用 土壤分布图及相关土层的有机碳含量， 估算了全球 有机碳库。80 年代， 世界各国的有机碳总储量研究 一般按植被类型、 土壤类型、 生命带或模型法来作统 计。90 年代， 土壤有机碳储量的研究是利用 GIS 技 术从区域尺度上描述土壤碳库不同层次的属性特征 及空间分布。我国土壤有机碳储量的研究， 经两次 全国性的土壤普查， 积累了大量土壤属性数据。林 心雄 ［10 ］对我国土壤有机碳的含量及空间分布进行 了系统的总结， 对不同植被下各土类及不同农区主 要土类的有机碳也进行了统计。周玉荣等 ［11 ］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。不同研究者所用的各种统计方法无本质差 642 ChaoXing 别， 但是所用的资料来源不一， 加上土壤分布的空间 变异性和各区域相关因素的差异性， 使得各方法在 研究中受到不同的限制， 统计数据在一定程度上也 具有一定的不确定性。中国地质调查局 1999 年开 始实施的全国多目标区域地球化学调查工作， 通过 对海量的实测数据进行统计， 系统地分析了土壤有 机碳与全碳含量， 采用不同的分类方式统计计算单 位土壤碳储量， 改变了土壤碳库研究的途径和方式， 具体研究某种土壤类型或土地利用类型的土壤碳储 量状况， 有助于分析土壤碳库的储量和空间分布规 律， 为进一步深入研究提供科学依据。 本文以江西省鄱阳湖及周边经济区为研究区， 通过分析江西省地质调查研究院于 2004 ～ 2006 年 开展的 “江西省鄱阳湖及周边经济区多目标区域地 球化学调查” 项目得到的海量数据， 借鉴江苏、 湖 南、 四川、 吉林与内蒙古土壤有机碳储量调查的经 验， 分别采用土壤类型、 土地利用分类和生态系统等 方式进行省区级土壤碳储量实测计算， 对大量的碳 储量数据进行初步分析， 总结了该区域有机碳储量 分布的主要特征， 为江西省的碳循环和碳排放研究 提供了可靠的数据基础。 1研究区概况 1． 1研究区范围 研究区包括南昌市全境， 九江市的庐山区、 浔阳 区、 九江县、 湖口县、 彭泽县、 德安县、 星子县、 永修 县、 都昌县， 抚州市的临川区、 东乡县， 上饶市的鄱阳 县、 余干县、 万年县， 景德镇市的乐平市， 鹰潭市的余 江县， 宜春市的丰城市、 高安市、 樟树市和奉新县等 29 个市 县 区 见图 1 。 1． 2研究区自然地理和土壤类型 研究区地处中亚热带的湿润季风区， 气候温和， 雨量充沛， 光照充足， 四季分明， 夏冬长， 春秋短。无 霜期平均为 266 天 ［12 ］， 冰冻期短。年平均气温为 17． 6℃， 南北温差 1℃。气温高值区在南部余干、 东 乡、 抚州、 丰城一带， 最高值在丰城市， 为 18℃， 而低 值区在北部湖口、 彭泽、 永修、 德安一带， 彭泽县最 低， 为 16． 5℃。年平均降水量为 1614． 3 mm。 该区地貌类型齐全， 由平原、 岗地、 丘陵、 山地及 鄱阳湖组成一个完整的水陆生态系统。平原约占研 究区总面积的 57． 28， 岗地约占 28． 70， 丘陵约 占 7． 56， 山地约占 6． 46。地貌类型具有鲜明的 特色 各种地貌类型齐全， 并呈环状分布， 外环是山 地， 中环是丘陵岗地， 内环是平原， 环心是鄱阳湖; 鄱 阳湖是吞吐性过水湖泊， 有独特的鄱阳湖湖滩草洲 生态系统和湿地环境 ［13 ］。 研究区主要的土壤类型有红壤、 棕红壤、 黄红 壤、 红壤性土、 黄壤、 暗黄棕壤、 草甸土、 酸性紫色土、 中性紫色土、 石灰性紫色土、 黏盘黄褐土、 棕色石灰 土、 新积土、 石质土、 酸 灰潮土、 湿潮土、 水稻土 等， 其中以红壤和水稻土为主， 占研究区总面积的 90以上。土壤类型的分布具有明显的地域性 ①区域上， 安义至乐平一线以北地区为棕红壤， 以南 为红壤， 两者界线十分清晰， 与扬子陆块和华南陆块 的过渡带一级构造单元分界线基本一致。②其他土 壤类型也具有相似的分布规律， 与成土母质 母岩 和地形地貌条件的关系密切。潮土呈小面积、 零散 分布于平原区局部地段， 酸 灰潮土见于赣江、 乐 安河、 修河河谷平原局部地区， 灰潮土零星分布于赣 江三角洲平原和长江南岸冲洪积平原个别地段， 湿 潮土主要见于鄱阳湖区湿地; 水稻土以潴育型水稻 土为主， 广泛分布于平原区， 而淹育型水稻土仅见于 丰城以北赣江河谷低丘陵岗地区、 潜育型水稻土只 分布于信江三角洲平原局部地段; 黏盘黄褐土呈零 散状分布于长江南岸洪积物堆积区岗地; 棕色石灰 土主要分布于北部早寒武世炭硅质岩分布区， 空间 展布与母岩一致; 黄红壤见于鄱阳湖周边的中低山 区， 尤以花岗岩山地区分布为广。③庐山、 云山、 九 岭山地区土壤显现了垂向分布特征， 尤以庐山典型， 高程 400 m 以下为棕红壤， 400 ～ 800 m 为黄红壤， 800 ～1100 m 为黄壤， 1100 ～1400 m 为暗黄棕壤， 大 于 1400 m 的山顶局部有山地草甸土零散分布。 1． 3研究区地质背景 研究区地处江西省北部， 横跨扬子古陆块、 南华 古陆块和钦杭接合带三个一级构造单元， 系省域地 壳活动较频繁的地区。由下元古界星子岩群和中新 元古界双桥山群组成双重基底， 岩性为一套片岩、 千 枚岩、 板岩夹变质火山碎屑岩、 火山熔岩。沉积盖层 由震旦纪 － 志留纪地层组成， 主要岩性组合为泥质、 炭质碎屑岩、 碳酸盐岩夹煤岩透镜体及煤线。第四 纪地层分布十分广泛， 出露面积约占评价区总面积 80以上。地层总体特点是 在岩性上从河谷到滨 湖平原， 由二元构相逐渐过渡到多元构相， 在垂直方 向上由粗变细; 成因类型复杂， 除庐山为冰碛、 冰水 堆积外， 其他地区主要为冲积、 洪积、 冲湖积和湖积; 地层厚度变化从支流到“五河” 主流河谷再至滨湖 平原， 厚度逐渐增大， 如朱港一带厚度为 76 m， 而在 梅家洲厚度达到 154 m。 742 第 2 期马逸麟， 等 江西省鄱阳湖及周边经济区土壤有机碳储量分布特征第 33 卷 ChaoXing 图 1研究区交通位置图 Fig． 1The traffic position of research areas 1研究区范围;2高速公路;3国道/省道;4铁路/省界;5地区界线/县界;6河流;7湖泊;8省政府驻地;9设区市驻地/县、 市驻地。 2样品采集与分析方法 采用双层网格化地球化学立体调查 ［6 ］方法进 行样品采集， 表层土壤采样点尽量选择在靠近采样 单元中央的区域， 采样物质选择代表采样单元主要 土壤类型的土壤， 农耕区采样点位布置于耕地中， 城 市区则布置在历史悠久的公园、 学校、 工矿用地等准 原地土壤， 避开新近堆积土， 采样时在样点中心的 50 m 范围内多点采集组合成一件样品。深层土壤 样品一般布设在采样网格中间部位， 连续采集深度 在 1． 5 ～2． 0 m 土壤柱。湖积物分别使用专用水下 842 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2014 年 ChaoXing 取样器采集湖底完整的表层和深层湖泊沉积柱。 该项目严格按照多目标区域地球化学调查规 范 DD 2005 －01 要求， 系统采集土壤和湖底沉积 物的表层 0 ～0． 2 m 、 深层 1． 5 ～2． 0 m 样品。表 层土壤每1 km2采集1 个样品， 共采集样品 36373 个， 每4 km2组合成1 件分析样品， 分析9968 个。深层土 壤4 km2采集 1 个样品， 共采集样品 8680 个， 每 16 km2组合成1 件分析样品， 分析 2507 个。湖底沉积物 测量分析单点样， 表层、 深层共采集并分析 1393 个样 品。采用X 射线荧光光谱、 电感耦合等离子体发射光 谱、 氢化物原子荧光光谱、 原子发射光谱等大型精密 仪器分析 54 项元素 组分或指标 。其中土壤有机 碳、 全碳采用硫酸亚铁铵容量法进行测定， 分析检出 限0．02， 准确度和精密度合格率均为 100。样品 分析及质量监控按中国地质调查局 生态地球化学评 价样品分析技术要求 试行 DD 2005 －03 执行。 取得大量高密度和高精度的土壤地球化学数据， 为土 壤碳库的精确计算提供了数据基础。 3研究区土壤碳储量的计算 3． 1单位土壤碳量的计算方法 依据全国多目标区域地球化学调查取得的高密 度和高精度有机碳数据， 2008 年奚小环等 ［6， 14 ］提出 单位土壤碳量概念， 采用 4 km2网格为计算单元。 “单位土壤碳量” 概念针对多目标区域地球化学调 查数据的基本单元， 用以表达多目标区域地球化学 调查基本单元 4 km2 内的碳储量， 在数值上等于 以 t/km2为单位的“土壤碳密度” 的 4 倍。同时， 奚 小环等 ［14 ］汇集了多个省典型土壤剖面， 对土壤碳储 量的分布模式进行了研究， 研究认为有机碳含量分 布从表层至深层土壤递减， 表层递减速率较快， 深层 逐渐减慢， 符合指数递减模型， 最终建立了有机碳剖 面含量为指数模型分布。本文即采用该模型， 计算 了不同层位土壤碳密度。 单位土壤碳储量用 USCA 表示， 按照深层 0 ～ 1． 8 m 、 中层 0 ～1． 0 m 和表层 0 ～0． 2 m 三种深 度分别计算有机碳 TOC 、 无机碳 TIC 储量， 表示 为 USCATOC， h、 USCATIC， h 式中 h 为单位土壤深度 。 如 深、中、表 层 的 有 机 碳 储 量 依 次 表 示 为 USCATOC， 0 ～1． 8 m、 USCATOC， 0 ～1． 0 m、 USCATOC， 0 ～0． 2 m。 3． 2各层土壤的单位有机碳储量计算公式 深层土壤的单位有机碳储量 USCATOC， 0 ～1． 8 m 计算公式为 USCATOC， 0 ～1． 8m TOC D 4 104 ρ 式中， USCATOC， 0 ～1． 8 m表示 0 ～ 1． 8 m 深度单位 土壤有机碳储量 t ， TOC 为有机碳含量 ， D 表 示采样深度为 1． 8 m， 4 为单位土壤面积 km2 ， 104 为单位土壤面积换算系数， ρ 为土壤容重 t/m3 。 江西省土壤种类繁多， 土壤容重变化幅度很大， 根据 江西土壤 ［15 ］中典型土壤剖面土壤容重资料 及 中国土壤 ［16 ］部分资料， 对不同土壤类型的容重 进行了平均值计算， 结果见表 1。 表 1江西省不同土壤类型容重 Table 1The type and density of different soil in Jiangxi Province 土壤类型容重 t/m3土壤类型容重 t/m3 酸灰潮土1．32黄红壤1．24 灰潮土1．32红壤性土1．24 湿潮土1．32黄壤1．30 红壤1．30暗黄棕壤1．20 棕红壤1．30淹育型水稻土1．39 潴育型水稻土1．28山间草甸土1．16 潜育型水稻土1．12黏盘黄褐土1．26 中性紫色土1．50棕色石灰土1．28 石灰性紫色土1．58湖积物1．32 新积土1．34水系沉积物1．40 TOC 计算公式为 TOC TOC表－ TOC深 d1－ d2 d2 lnd1－ lnd2 TOC深 式中， TOC表为表层土壤的有机碳含量， TOC深为 深层土壤的有机碳含量， 单位为。d1取表层土壤 中间深度 0． 1 m， d2取 1． 8 m。 中层土壤的单位有机碳储量， USCATOC， 0 ～1．0m 深1．8 m 计算公式为 USCATOC， 0 ～1． 0m 深1． 8m TOC D 4 104 ρ USCA TOC， 0 －1． 0m 深1． 8m表示采样深度为1． 8 m， 计 算1． 0 m 深度有机碳储量。式中， TOC 计算公式为 TOC TOC表－ TOC深 ［ d1－ d3 d3 lnd3－ lnd2 ］ d3 lnd1－ lnd2 TOC深 式中， d31． 0 m， 其他参数同前。 表层土壤的单位有机碳储量 USCATOC， 0 ～0． 2m 计算公式为 USCATOC， 0 ～0． 2m TOC D 4 104ρ 式中， TOC 取表层土壤实测含量值。 3． 3各层土壤的单位无机碳储量计算公式 深层土壤的单位无机碳储量计算公式为 942 第 2 期马逸麟， 等 江西省鄱阳湖及周边经济区土壤有机碳储量分布特征第 33 卷 ChaoXing USCATIC， 0 ～1． 8 m TIC表 TIC深 2 D 4 104 ρ 式中， TIC表与 TIC深分别由全碳实测数据减有 机碳取得， 单位为。其他参数同前。 中层土壤的单位无机碳储量计算公式为 USCATIC， 0～1．0m 深1．8 mTIC表 TIC1．0m 2 D 4104 ρ 式中， USCATIC， 0 ～1． 0m 深1． 8 m表示采样深度 1． 8 m 时， 计算 0 ～ 1． 0 m 深度无机碳储量。D 为 1． 0 m。 TIC1． 0m采用内插法确定， 当采样深度为 1． 8 m 时， TIC1． 0 m5/9 TIC深4/9 TIC表。当采样深度达不到 1． 8 m 时， 取实际采样深度值， 如采样深度为1． 5 m， 表示为 USCATIC， 0 ～1． 0 m 深1． 5m， 则 TIC1． 0 m 2/3 TIC深 1/3TIC表。式中 TIC表与 TIC深由全碳实测数据减 有机碳取得。当实际采样深度为 1． 0 m 或小于 1． 0 m 时， 仍采用深层土壤的单位无机碳储量计算公式。 表层土壤的单位无机碳储量计算公式为 USCATIC， 0 ～0． 2 m TIC表 D 4 104 ρ 式中， TIC表由全碳实测数据减有机碳取得。 3． 4研究区土壤碳储量计算结果 通过对 13868 件土壤样品的分析， 根据上述的 碳储量计算公式， 鄱阳湖及周边经济区土壤碳密度 及储量计算结果见表 2。研究区表层土壤的全碳储 量 1． 45 亿吨， 其中有机碳储量 1． 38 亿吨， 占 95． 13， 密度为 3512 t/km2， 无机碳储量 0． 07 亿 吨， 占4． 87， 密度为 180 t/km2。 表 2江西省鄱阳湖及周边经济区不同深度土壤碳储量统计表 Table 2The soil carbon reserves statistics with different depth of Poyang Lake and its peripheral economic zones in Jiangxi Province 土壤深度 m 有机碳密度 t/km2 有机碳储量 109t 比例 无机碳密度 t/km2 无机碳储量 109t 比例 区内全碳储量 109t 0 ～0． 2 表层35121．3895．131800．074．871．45 0 ～1．0 中层111564．3992．419160．367．594．75 0 ～1．8 深层156176．1490．3216730．669．686．80 4研究区土壤有机碳储量和密度分布特征 4． 1各层土壤的有机碳储量和密度分布特征 与全国农业地质调查数据成果对比， 研究区表 层土壤有机碳密度为 3512 t/km2， 比全国农业地质 调查区内表层土壤有机碳密度高出 10． 86 表 3 。中层及深层土壤有机碳密度， 与全国农业地质 调查区平均水平接近。说明研究区有机碳储量巨 大， 土壤是一个巨大的碳库。 表 3研究区有机碳储量资源与全国农业地质调查对比 Table 3Organic carbon resources in the studying area compared with the national agricultural geology survey 土壤深度 m 鄱阳湖及周边经济区 储量 109t 密度 t/km2 全国农业地质调查区 密度 t/km2 0 ～0．2 表层1．3835123168 0 ～1．0 中层4．391115611646 0 ～1．8 深层6．141561715339 由图 2 ～ 图 4 可见， 鄱阳湖及周边经济区表层、 中层、 深层土壤有机碳密度空间分布具有同一性特 征， 土壤有机碳密度高值区均分布在山地和丘陵区， 包括丰城市北部、 高安市南部、 乐平市周边地区等古 图 2研究区表层土壤有机碳密度空间分布图 Fig． 2Spatial distribution of topsoil organic carbon density in the study area 生代炭质岩和煤系地层区， 低值区均分布在湖区和 水系河谷地区。随着土壤深度的增加， 有机碳、 无机 052 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2014 年 ChaoXing 图 3研究区中层土壤有机碳密度空间分布图 Fig． 3Spatial distribution of middle soil organic carbon density in the study area 图 4研究区深层土壤有机碳密度空间分布图 Fig． 4Space distribution of deep soil organic carbon density in the study area 碳、 全碳储量逐渐增大， 但表层土壤有机碳储量所占 比例最大。无机碳所占比例随深度有所增加， 有机 碳所占比例有所减小， 但总体碳储量中还是以有机 碳储量为主。 4． 2不同土壤类型的表层土壤有机碳储量和密度 分布特征 不同土壤类型有机碳储量 表 4 的排列顺序如 下 红壤 ＞ 水稻土 ＞ 湖积物 ＞ 潮土 ＞ 水系沉积物 ＞ 石灰土 ＞ 黄褐土 ＞ 黄壤 ＞ 黄棕壤 ＞ 紫色土 ＞ 山地草 甸土 ＞ 新积土。山地草甸土有机碳密度虽然最高， 但其 面 积 较 小， 有 机 碳 储 量 只 占 全 区 总 量 的 0． 056。红壤有机碳密度虽然只排在土壤类型的 第 5 位， 但面积占全区面积的 44． 23， 有机碳储量 占全区的 46． 98， 排在第 1 位。水稻土有机碳密 度排名第 6 位， 但面积占全区面积的 37． 96， 有机 碳储量占全区的 39． 53， 排名第 2 位。 表 4不同土壤类型表层土壤 0 ～ 0． 2 m 有机碳储量及密 度统计 Table 4The organic carbon reserves and density statistics in topsoil 0 －0． 2 m for different soil 土壤类型土壤亚类 面积 km2 面积比例 密度 t/km2 储量 109t 储量比例 红壤 红壤1137228．936770．4230．3 红壤性土2360．6034150．010．58 黄红壤5041．2841210．021．50 棕红壤527613．438240．2014．6 小计1738844．237310．6547．0 黄壤黄壤2640．6740360．010．77 黄褐土黏盘黄褐土6121．5628820．021．28 黄棕壤暗黄棕壤800．2062400．0050．36 新积土新积土240．0616340．00040．03 石灰土棕色石灰土4801．2241230．021．43 紫色土 石灰性紫色土520．1333620．0020．13 中性紫色土600．1534720．0020．15 小计1120．2834210．0040．28 潮土 灰潮土2480．6325480．010．46 酸 灰潮土408 1．0433770．011．00 湿潮土1560．4035090．010．40 小计8122．0731490．031．85 山地草甸土山地草甸土80．0296510．0010．06 水稻土 潴育型水稻土 1392835．436870．5137．2 淹育型水稻土1600．4142550．010．49 潜育型水稻土8362．1330490．031．85 小计1492437．936580．5539．5 其他 水系沉积物6721．7130410．021．48 湖积物394010．020830．085．94 合计3931610035121．38100 不同土壤类型的表层土壤碳密度呈现明显的差 异 表 4 。有机碳密度变化顺序为 山间草甸土 ＞ 黄棕壤 ＞ 石灰土 ＞ 黄壤 ＞ 红壤 ＞ 水稻土 ＞ 紫色土 ＞ 潮土 ＞ 水系沉积物 ＞ 黄褐土 ＞ 湖积物 ＞ 新积土。同 一土壤类型不同亚类的表层土壤有机碳密度也有变 152 第 2 期马逸麟， 等 江西省鄱阳湖及周边经济区土壤有机碳储量分布特征第 33 卷 ChaoXing 化， 以红壤和水稻土为例， 红壤亚类中黄红壤 ＞ 棕红 壤 ＞ 红壤 ＞ 红壤性土; 水稻土亚类中淹育型水稻土 ＞ 潴育型水稻土 ＞ 潜育型水稻土。 4．3不同地貌类型的表层土壤有机碳储量分布特征 不同地貌景观单元区表层土壤有机碳储量和密 度变化明显 表 5 ， 表层土壤有机碳密度以山地最 高， 其次为丘陵、 平原、 岗地。其中， 中山地区表层土 壤有机碳密度高达 6081 t/km2， 但其分布面积有限， 有机碳储量只占全区总量的 0． 35。丘陵、 岗地因 其分布面积较大， 其有机碳储量分别占全区的 29． 8、 29． 7， 排在储量的前两位。 表 5不同地貌单元表层土壤 0 ～ 0． 2 m 有机碳储量及 密度统计 Table 5The organic carbon reserves and density statistics in topsoil 0 －0． 2 m for different topography units 地貌单元 面积 km2 面积比例 密度 t/km2 储量 109t 储量比例 冲湖积平原9002．2935720．0322．33 冲积平原603215．337050．22416．2 低山28647．2841220．1188．55 岗地1184830．134610．41029．7 湖积物394010．020830．0825．94 丘陵1087227．737860．41229．8 三角洲15443．9335880．0554．01 山间谷地560．1441410．0020．17 水域6521．6629190．0191．38 中低山5281．3440840．0221．56 中山800．2060810．0050．35 合计3931610035121． 38100 4． 4不同土地利用类型的表层土壤有机碳储量 分布特征 不同利用类型土地土壤间各层有机碳储量变化 基本一致， 但密度变化明显 表 6 。在不同用途的 土壤中， 表层土壤有机碳密度总体表现为 农用地 ＞ 建设用地 ＞ 未利用地。其中， 在农用地表层土壤有 机碳密度为 林地 ＞ 草地 ＞ 园地 ＞ 经济林 ＞ 水田 ＞ 旱地 ＞ 水域 特指河流、 湖泊周边土壤 ; 未利用地 中表层土壤有机碳密度为 裸土 ＞ 裸岩 ＞ 湖积物 ＞ 沙地。不同土地利用类型中， 有机碳储量排列顺序 为 水田 ＞ 草地 ＞ 林地 ＞ 湖积物 ＞ 裸土 ＞ 旱地 ＞ 经 济林 ＞ 水域 ＞ 建设用地 ＞ 园地 ＞ 裸岩 ＞ 沙地。水田 表层土壤的有机碳密度虽然不是最大， 但因为分布 面积大， 其储量排列第 1 位。 4．5不同行政单元的表层土壤有机碳储量分布特征 各县市区表层土壤有机碳储量和密度变化明显 表 6不同土地利用类型表层土壤 0 ～ 0． 2 m 有机碳储量 及密度统计 Table 6The organic carbon reserves and density statistics in topsoil 0 －0． 2 m for different land 用地类型 面积 km2 面积比例 密度 t/km2 储量 109t 储量比例 农 用 地 草地845621．537330． 31622．9 旱地16964．3131930． 0543． 91 经济林8402．1436990． 0312．25 林地750019．137760． 28320．5 水田1353234．436840．49836． 1 水域8042．0431790． 0261．88 园地1800．4636990． 0070．51 小计3300884．036801．21588． 0 建设用地5761．4735390． 0201．45 未 利 用 地 湖积物394010．020830． 0825． 94 裸土17284．4036240． 0634． 57 裸岩200．0524820．00050．04 沙地440．117950．00030．02 小计573214．625390． 14610．6 合计3931610035121．38100 表 7 ， 其中以乐平市、 万年县的密度最高， 分别为 4701 t/km2和 4065 t/km2， 而湖口县 2529 t/km2 、 都昌县 2681 t/km2 最低， 反映了土壤有机碳密度 与各县市所处的成土地质背景和植被覆盖率密切相 关。乐平市地处赣东北丘陵山区向鄱阳湖平原过渡 地带， 以丘陵地貌为主， 山地占 2， 丘陵占 68， 平 原占 19， 水面占 11。森林覆盖率 31． 4， 地处 亚热带季风气候区， 全年平均温度 17． 6℃， 年降水 量 1743 mm。土壤主要类型为红壤、 水稻土、 潮土、 紫色土、 石灰土， 成土母岩主要为煤系地层， 该地层 中有机碳密度高， 因此乐平市表层土壤有机碳密度 最高。 5土壤有机碳储量的影响因素 土壤有机碳储量的大小受植被、 气候、 土壤属性 以及土地利用方式的变化等多种自然因素和人文因 素的综合影响。 5． 1自然影响因素 不同的土壤类型其黏粒含量不尽相同。一般情 况下， 土壤黏粒含量与有机碳含量呈显著的正相关。 研究区的潮土、 新积土中黏粒含量低， 其密度明显偏 小; 黏土矿物对有机质的保护作用存在一定差异; 不 同质地的土壤因持水性能和所含黏粒所占比例不同 也影响土壤有机碳的分布 ［ 3 ］。土壤质地可以影响土 壤通透性和土壤有机质的分解速率， 因而影响土壤氧 化还原电位和农田碳排放。如黏质土壤稻田排放的 252 第 2 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2014 年 ChaoXing 表 7不同行政单元表层土壤0 ～0．2 m 有机碳储量及密度 统计表 Table 7The organic carbon reserves and density statistics in topsoil 0 －0．2 m for different administration units 行政单元 面积 km2 面积比例 密度 t/km2 储量 109t 储量比例 安义县6561．6732200．021．53 德安县9322．3735560．032．40 东乡县12643．2138670．053．54 都昌县21325．4226810．064．14 丰城市28287．1940380．118．27 奉新县17444．4438950．074．92 抚州市21925．5836790．085．84 高安市24646．2736980．096．60 湖口县6881．7525290．021．26 进贤县19604．9933460．074．75 九江市7001．7833140．021．68 九江县8482．1630940．031．90 乐平市20125．1247010．096．85 南昌市6081．5537240．021．64 南昌县18364．6737080．074．93 彭泽县15683．9931260．053．55 鄱阳县423610．835530．1510．9 万年县11482．9240650．053．38 新建县21805．5430650．074．84 星子县7241．8430510．021．60 永修县20445．2030800．064．56 余干县23165．8932670．085．48 余江县9442．4030720．032．10 樟树市12923．2935690．053．34 合计3931610035121．38100 甲烷显著低于壤质和砂质稻田， 土壤质地越黏， 甲烷 排放量越少。在其他条件不变的情况下， 土壤 pH 值 的微小变化也可以显著改变碳排放量。如 pH 值在 6．9 ～7．1 时， 甲烷产生速率最大， pH ＜5． 75 或 pH ＞ 8．75 时， 土壤产生甲烷的能力完全消失 ［ 17 ］。 表层土壤有机碳、 氮、 硒及常量元素与有机碳密 度的相关关系， 均达到 95 显著水平下检验的临界 值 0． 062 表 8 ， 反映了表层土壤有机碳密度与有 机碳、 氮、 硒及各常量元素之间有显著的相关关系。 其中， 二氧化硅与表层土壤有机碳密度存在显著的 负相关关系， 其余均为正相关关系。这种相关关系 表明， 表层土壤有机碳、 氮、 硒及常量元素与有机碳 密度的关系除二氧化硅为拮抗作用外， 其余的均为 协同关系。 不同地貌单元的坡度和坡向因为影响蒸腾蒸 发、 水分入渗等进而影响到植物生产力和凋落物归 还量及其分解， 土壤有机碳含量也有明显分异。植 被类型不同， 有机物进入土壤的量不同， 进入方式也 表 8表层土壤有机碳、 氮、 硒及常量元素与有机碳密度的 相关关系 Table 8The relationship between the organic carbon，N，Se and constant elements with organic carbon density 元素相关系数元素相关系数 Se0．294Na2O0．181 SiO2－0．142K2O0．153 Fe2O30．143N0．815 MgO0．155TOC0． 997 CaO0．099 各异， 从而土壤有机碳的分布状况也有很大差异。 森林植被下， 进入土壤的有机物质主要是地表的凋 落物， 一般在地表就已分解; 而草原土壤有机碳的主 要来源是残根， 在土中较深， 分解速率较小， 土壤碳 密度较森林土壤高; 对于耕作土壤， 由于作物秸秆在 收获时移出， 碳密度较森林和草原土壤都低。研究 区按地貌单元分类， 有机碳密度的排列顺序为 中山 ＞ 中低山 ＞ 丘陵 ＞ 平原。同时， 有机物质在土壤中 的分解速率也受土壤水分和温度控制。研究表明， 陆地土壤碳密度一般随降雨增加而增加， 在相同降 雨量时， 温度越高则碳密度越低， 温度和降雨的综合 作用决定了陆地土壤碳密度分布的地理地带性。 5． 2人为影响因素 周涛等 ［18 －20 ］研究指出， 土地利用方式的改变不 仅影响土壤有机碳的储量， 同时也潜在改变了土壤 呼吸的温度敏感性。在当前全球变暖背景下， 林地、 草地转换成耕地将会增大土壤碳释放与温度的反馈 强度， 相反， 退耕还林还草政策将有利于增大土壤碳 储量和降低由于温度上升而导致的土壤碳释放增强 的强度。相关研究显示， 森林砍伐或改变林地利用 现状都会造成 20 ～50 的土壤碳损失; 草地的开 垦耕作会导致土壤碳的释放， 损失原来土壤中碳素 总量的 30 ～