商河县耕层土壤有机碳密度及储量研究

杲广文

(山东天诚国土规划设计院有限公司，山东 济南 250014)

0 引言

土壤有机碳库作为全球碳库的重要组成部分，对全球气候变化及生态系统的稳定性有着不可估量的作用。自20世纪80年代以来，Bohn(1976)，Eswaren(1993)，Lacel1eB.(1998)，Bernoux(2002)等众多学者对各自国家甚至全球的土壤有机碳库进行了估算[1-5]。此外，潘根兴、王绍强、孙文娟等学者均对我国不同区域土壤有机碳密度与储量进行了估算[6-12]。孙维侠、史学正等人(2005)基于中国1∶100万土壤数据库,对中国土壤有机碳密度及储量进行估算，研究表明中国土壤有机碳储量为89.14×1012kg，平均碳密度为9.60kg·m-2，被认为是目前误差最小、最为接近真值的研究结果[13]。

商河县地处山东省西北部，隶属济南市，辖1个街道办事处、9个镇、2个乡，总面积1162.68hm2，2011年耕地面积76118.10hm2，其中旱地499.78hm2，水浇地75607.73hm2，水田10.59hm2[14]。商河县土壤有机碳库密度及储量的研究对于提高土壤质量，保护土壤资源，维护商河县农业经济的可持续发展具有重要意义。该文以土壤有机碳为研究对象，以商河县为研究区域，通过2010年耕地地力评价数据中有机碳含量的计算分析，研究商河县土壤有机碳的密度、储量及其分布情况。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

商河县年平均温度12.6℃，年平均降水量611.5mm，暖温带半湿润大陆性季风气候，主要土类为潮土、盐土、风沙土，主要亚类为褐土化潮土、潮土、盐化潮土、湿潮土、潮盐土、风沙土。

1.2 数据来源及处理软件

1.2.1 样点数据来源

2010年采样点数据总计1920个，通过arcGIS的添加x，y坐标功能生成均匀分布在商河县的点位图，采样点分布图如图1所示。

图1 2011年研究区采样点分布图

1.2.2 矢量数据的来源及处理方法

应用的软件为ArcGIS9.3和Microsoft Excel 2003。以1∶1万的土壤图和土地利用现状图为基础，叠加求交，提取耕地图斑，生成的图件作为管理单元图，耕地图斑作为最小评价单元，获得最小评价单元26951个。样点插值方法采用反距离法(IDW)，通过arcGIS区域统计的方法对管理单元图进行赋值。

1.3 研究方法

该文计算土壤表层0～20cm有机碳密度及储量。土壤有机碳密度是指单位面积一定深度的土层中土壤有机碳的含量。土壤有机碳密度(SOCD)的计算采用国际通用的土壤有机碳密度计算公式：

SOCD=T×θ×C×(1-δ%)/100

式中：T为土壤某层的厚度(cm)；θ为对应土壤的容重(g/cm3)；C为对应土壤有机碳含量(g/kg)；δ为对应土壤>2mm砾石体积百分比含量(%)。

土壤有机碳储量=对应土壤类型面积×土壤有机碳密度

2 结果与分析

2.1 商河县土壤有机碳密度的空间分布

图2为商河县耕层土壤有机碳的密度分布。由图可以看出，商河县土壤有机碳密度整体西北和东南偏低，中部及南都较高，从空间分布上没有表现出明显的差异性，分析原因，可能与人类活动的强烈干预有密切关系。根据数据统计，土壤有机碳密度范围为1.69～5.17kg/m2，平均为3.44kg/m2，耕地土壤有机碳密度在3.44kg/m2以上面积为41370.50hm2，占到全县的54.35%(图2)。

图2 2011年耕层土壤有机碳密度分布图

2.2 商河县各乡镇土壤有机碳密度及储量分布

表1表示商河县各乡镇土壤有机碳密度及储量的分布情况，各乡镇土壤有机碳密度平均值均在3.05kg/m2以上，差异不大，最大值玉皇庙镇3.65kg/m2，最小值郑陆镇3.15kg/m2。商河县土壤有机碳储量为0.26×1010kg，最大值玉皇庙镇3.47×108kg，最小值张坊乡0.92×108kg。

表1 商河县土壤有机碳密度及储量分布情况

2.3 商河县主要土壤类型有机碳密度及储量分布

运用GIS数据统计功能，将管理单元图属性数据表按照土壤亚类进行统计，得出商河县不同亚类土壤有机碳密度与储量的分布情况，如表2。商河县耕地的主要土壤类型为潮土、湿潮土和盐化潮土，分别占到商河县耕地总面积的39.56%，23.42%和14.09%。有机碳密度最大为湿潮土3.55kg/m2，其次为潮土3.46kg/m2，最小值为风沙土3.29kg/m2，各亚类土壤有机碳密度依次为：湿潮土>潮土>潮盐土、褐土化潮土>盐化潮土>风沙土。有机碳储量最大值为潮土10.38×108kg，其次为湿潮土6.36×108kg，最小值为褐土化潮土1.34×108kg，各亚类土壤有机碳储量依次为：潮土>湿潮土>盐化潮土>潮盐土>风沙土>褐土化潮土。

表2 商河县主要土壤类型有机碳密度及储量

3 结论

(1)商河县土壤有机碳密度范围为1.69～5.17kg/m2，平均3.44kg/m2；有机碳储量为0.26×1010kg。

(2)按乡镇统计，有机碳密度最大值为玉皇庙镇3.65kg/m2，最小值为郑陆镇3.15kg/m2，有机碳储量最大值玉皇庙镇3.47×108kg，最小值张坊乡0.92×108kg。

(3)按土壤类型统计，有机碳密度最大的为湿潮土3.46kg/m2，最小为风沙土3.29kg/m2，有机碳储量最大为潮土10.38×108kg，最小为褐土化潮土1.34×108kg。

参考文献：

[1] Bohn H L．Estimate of organic carbon in world soils[J] ．1976，40：468-470．

[2] Eswaran H，Van Den Berg E，Reich P．Organic carbon in soil in the world[J]．Soil Sci．Am．J．，1993，(57)：192-194.

[3] Lacelle B. Canada’s soil organic carbon batebase. Lal R，et al.Soil Processes and Carban syscle.Boca Raton[J].CRC Press,1997：93-107.

[4] Bernoux M，Conceicao Santana Carvalho M，Volkoff B，et al. 2002.Brazil’s soil carbon stock[J].Soil Sci.Am. J.， (66):888-896.

[5] Bohn L E．Estimate of organic carbon in the world soils[J]．Soil Sci．Am．J．,1982，(46)：1118-1119．

[6] 潘根兴.Study on soil organic and inorganic carbon of China[J].科技通报，1999，15(5)：330-332.

[7] 黄雪夏,倪九派,高明,等.重庆市土壤有机碳库的估算及其空间分布特征[J].水土保持学报,2005，19(1)：54-58.

[8] 黄耀,孙文娟.近20年来中国大陆农田表土有机碳含量的变化趋势[J].科技通报，2006，51(7):750-763.

[9] 周涛,史培军,王绍强.气候变化及人类活动对中国土壤有机碳储量的影响[J].地理学报，2003，58(5)：727-734.

[10] 王绍强,周成虎.中国陆地土壤有机碳库的估算[J].地力研究，1999，18(4)：349-356.

[11] 解宏图,张旭东.东北黑土有机碳、全氮空间分布及其特性研究[D].2005.

[12] 潘根兴,李恋卿.土壤有机碳库与全球变化研究的若干前沿问题[J].南京农业大学学报，2002，25(3)：100-109.

[13] 孙维侠,史学正,于东升.土壤有机碳的剖面分布特征及其密度的估算方法研究——以我国东北地区为例[J]土壤，2003，35(3)：236-241.

[14] 聂德久,王云祥,刘娟娟,沙福建,王金博.商河县郑路镇中低产田项目治理综合效益分析[J].山东国土资源,2012,28(5)：58-60.