（土壤学专业论文）雀儿山西南坡植被碳贮量与土壤有机碳贮量估算.pdf

雀儿山西南坡植被碳贮量 与土壤有机碳贮量估算 摘要 “温室效应”引起的全球气候变化己受到世界各国的普遍关注。陆地生态系统作为 全球碳循环的重要一环因其巨大的有机碳贮量正日益成为全球碳循环研究的活跃领 域。大中尺度下陆地生态系统碳贮量估算业已成为全球变化研究的重要内容之一。青 藏高原是全球气候变化的敏感区和重要先兆区，但因其地理条件恶劣、交通条件不便、 资料不易搜集不利于大中尺度下陆地生态系统固碳能力研究。3 s ( r s ，g i s 和g p s ) 技术 的出现和发展，为在这一区域大中尺度下进行有机碳碳贮量研究提供了可能。 本研究以位于青藏高原东南缘横断山脉西北部的雀儿山为研究区，利用a s t e r 卫星图像技术结合野外调查资料，对雀) l t h 西南坡幅员面积3 6 5 8 5 k m 2 内陆地生态系 统植被碳贮量和土壤有机碳贮量进行了研究，结果如下： ( 1 ) 研究区植被碳密度总体上呈条带状或团块状分布，平均植被碳密度为5 6 0 6t h m - 2 。从空间格局上看，北部的高山亚高山地区植被碳密度较高，而南部的干旱河谷 地带植被碳贮量较低。高值区( 1 2 5 - 2 5 0 th m 。2 ) 主要分布于研究区域北部的高山亚高山 区，集中于色曲河流域俄产至春龙段和南部的金沙江沿岸的格乌、折松渡地区，并零 星分布于研究区域中部地区如更庆、龚垭等地；低值区( 1 6 0th m 。2 ) 主要分布于北部 的贡布堆、上压吧和更庆以南的色曲河河谷内，并在南部的岗托至申龙达段金沙江沿 岸形成一个狭长区域。全区植被碳密度中等( 6 0 - 1 2 5th m 2 ) 的区域则多集中分布于达 芒多以南至色曲河与金沙江交汇处这一地势较为平坦的区域内。全区植被碳密度高、 中等和低的面积分别占土地总面积的1 4 9 4 、3 0 2 2 和5 4 8 4 。 ( 2 ) 植被碳贮量总计为2 0 5 x 1 0 6t ，植被类型分布面积大小变化的顺序是：灌木 ( 2 4 7 7 9 3 3h m 2 ) 针叶林( 5 5 7 0 4 6h m 2 ) 阔叶林( 4 5 3 2 6 3h m 2 ) n ( 1 6 8 3 8 6h m 2 ) 。而其植 被碳贮量大小变化的顺序是：针叶林( 7 8 0 x 1 0 5 t ) 灌木( 7 ，6 2 x 1 0 5 妒阔叶林( 5 0 9 x 1 0 5 t ) 草( 0 0 2 x 1 0 5 t ) 。对植被碳贮量的影响因素分析表明，不同的植被类型和土地利用方式 下碳密度和碳贮量差异较大，而海拔、坡向和坡度对研究区内北部高山亚高山地区植 被碳密度影响较南部干旱河谷地区明显。 ( 3 ) 土壤有机碳密度的分布格局与植被碳密度一致，仍然呈北高南低的分布态势。 其中针叶林地土壤最高为3 0 0 2k gm 。2 ，阔叶林和灌木林地土壤次之分别为2 3 7 埏m 。 和1 9 2 6k gm 2 ，而草地土壤最低为1 8 9k gm 。受植被类型和根茎比影响，土壤有 机碳密度垂直变化差异较大。而对于贮量( 7 8 4 x 1 0 6 t ) f 面 ，则是灌木林地土壤 ( 4 7 7 x 1 0 6 吵针叶林地土壤( 1 6 7 1 0 6 d 阔叶林地土壤( 1 0 7 1 0 6 妒草地土壤( o 3 2 1 0 6 0 。 ( 4 ) 研究区内植被碳贮量与土壤有机碳的总贮量为9 8 9 x 1 0 6 t ，四种植被类型中灌 木有机碳i t i ( 5 5 3 x 1 0 6 t ) 最高，针叶林( 2 4 5 x 1 0 6 t ) 次之，阔叶林( 1 5 8 x 1 0 6 t ) 居中，而 草地( o 3 3 x 1 0 6 t ) 为最低。结果表明整个研究区内有机碳贮量是相当巨大的，其主体土 壤部分的有机碳贮量是植被碳贮量的3 8 2 倍。通过分析植被碳密度与相应土壤碳密 度关系表明植被碳贮量与土壤碳贮量间有着较强的相关性，由此可见保护植被资源、 提高该地区森林覆盖率不仅有利于该地区生态条件恢复，同时对于提高植被和土壤固 碳能力也尤其重要。 关键词：植被碳贮量；植被碳密度；回归分析；影响因素；土壤碳密度；土壤碳贮量； 3 s 技术 v v e g e t a t i o na n d s o i lc a r b o ns t o r a g ee s t i m a t ei ns o u t h w e s t q u e rm o u n t a i n s z h a n gl i n d i r e c t e db yz h a n gs h i r o n g a b s t r a c t a f t e ri n d u s t r i a lr e v o l u t i o n c a r b o nd i o x i d ed e n s i t yi na t m o s p h e r ew a s g r a d u a l l y r a l s i n g g l o b a lc l i m a t ec h a n g ec a u s e db yg r e e n h o u s ee f f e c th a v eb e e nc o n c e r n e db y m u l t i n a t i o n a lg o v e r n m e n t a so n eo f t h ei m p o r t a n tp a r t so f m o b a lc a r b o nc y c l ee c o s y s t e m , t e r r e s t r i a le c o s y s t e m sb e c a m eaa c t i v ef i e l db e c a u s eo f i t sh u g eo r g a n i cc a r b o ns t o r a g e e s t i m a t i n go f t e r r e s t r i a le c o s y s t e m sc a r b o ns t o r a g eh a v eb e e nao n ei m p o r t a n tc o n t e n to f 酉o b a lc h a n g e i tw a sv e r yh a r dt or e s e a r c hs t o r a g eb ys e v e r eg e o g r a p h y ，i n c o n v e n i e n t t r a n s p o r t a t i o na n dl a c ko f d a t ai nq i n g h a l - t i b e tp l a t e a uw h i c hw a s 山eg l o b a lc h a n g e s e n s i t i v ea n di n d i c a t i v ea r e a , b u tt h et e c h n o l o g yo f3 s ( m s g i sa n dg p s ) m a d ei tp o s s i b l e t h es t u d ya r e aq u e rm o u n t a i n s1 0 c a t e di ni nn o r t h w e s th e n g d u a nm o a n t a i n sw h i c h w a sap a r to f e a s tq i n g h a i - t i b e tp l a t e a u i nt h i sp a p e r ，v e g e t a t i o na n ds o i lo r g a n i cc a r b o n h a v eb e e i ls t u d i e di ns o u t h w e s tq u e rm o u n t a i u s ( 3 6 5 8 5 k m 2 ) t g r r e s t r i a le c o s y s t e m sb v3 s a n do u t s i d ed a t a i nt h i sp a p e r ，t h em a i nr e s u l t sa r eb r o u g h tf o r t ha sf o l l o w s ： ( 1 ) 1 1 1 ed i s t r i b u t i o n so f m a i n l yv e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t ya p p e a ra sg o b b e t sa n dt h e a v e r a g ev e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t yo fs t u d yw a s5 6 0 6th m 。f r o mt h es p a t i a lp a t t e r n , t h e v e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t yo fa l p i n ea n ds u b a l p i n ei nn o r t hw a sm o r eh i g h e rt h a nd r yv a l l e y i ns o u t h t h eh i g h e s tv a l h er e g i o n ( 1 2 5 - 2 5 0th m 。1m a i n l ye x i s t si nt h en o r t h e r nb a n k ( b e t w e e l 】t h es e g m e n to fe c h a na n dc h u n l o r 【g ) o fs e q ur i v e ra n di nt h es o u t h e r nb a n k ( g e w ua n dz h e s o n g d u ) o f j i n s h ar i v e r ；t h em e d i a nv a l u ea r e ar 6 0 - 1 2 5th m - 2 ) m a i n l y e x i s t si na l lb a n k ( b e t w e e nt h es e g m e n to f e t h a na n dg a n g t u o ) o f s e q ur i v e r ；t h el o w e s t v a l u er e g i o n ( 1 5 0th m 勺m a i n l ye x i s t si nn o r t h e ms t u d ya r e a ( g o n g b u d u ia n ds h a n g y a b a ) a n dal o n ga n dn a r r o wa r e aw h i c hw a si nt h es o u t hb a n k ( b e t w e e nt h es e g m e n to fg a n g t u o a n ds h e n l o n g d a ) o fj i n s h ar i v e r t h et h r e et y p e sa c c o u n t sf o r1 4 9 4 、3 0 2 2 a n d5 4 8 4 o f t h et o t a la r e a , r e s p e c t i v e l y ( 2 ) t h ev e g e t a t i o nc a r b o ns m r a g ei ns o u t h w e s t e r nq u e rm o u n t a i n s ( 3 6 5 8 5 k i n 2 ) w i l l s a b o u t 2 0 5 x 1 0 0 t t h e d i s t r i b u t i o n a r e a o f d i f f e r e n tv e g e t a t i o n w a ss h r u b c o n i f e r o l l s b r o a d l e a v e dt r e e g r a s s ，w h i l et h ec o u n t sw e r e2 4 7 7 9 3 3h m 2 ，5 5 7 0 4 6h m 2 ，4 5 3 2 6 3h m 2 a n d1 6 8 3 8 6h m c a r b o ns t o r a g ew i t hd i f f e r e n tv e g e t a t i o nw a s i no r d e ro f c o n i f e r o u s s h r u b b r o a d l e a v e d t r e e g r a s s ，w h i l e t h ec o u n t s w e r e7 8 0 x 1 0 t ，7 6 2 1 0 5 t 5 0 9 x 1 0 5 t a n d0 0 2 x 1 0 3 t t h e a n a l y s i so f i n f l u e n c i n g f a c t o r ss h o w e d t h a t v e g e t a t i o n t y p e s a n d l a n d u s et y p e si n f l u e n c ev e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t ya p p a r e n t l y t h ea l t i t u d e ，s l o p ea s p e c t sa n d s l o p eg r a d i e n t si m p a c tv e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t ym o r eo b v i o u s l yi na l p i n ea n ds u b a l p i n e t h a ni nd r y v a l l e y ( 3 ) 1 1 l ed i s t r i b u t i o n so fs o i lc a r b o nd e n s i t yw i t l ld j f f e r e n tv e g e t a t i o nw e r et h es a m ea s t 1 1 ed i s t r i b u t i o no f v e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t y t h es o i lc a r b o nd e n s i t yo f n o r t hw a s h i g h e l v i t h a ns o u t h t h ec o n i f e r o l l sw a sl l i g h e s t f o l l o w e db yb r o a d l e a v e df l e e ，s h r u ba n dg r a s sw a s t h ep o o r e s t mc o u n t so f d i f f e r e n tv e g e t a t i o ns o i lc a r b o nd e n f i t yw e r e3 0 0 2k gm 。，2 3 7 k g m 。，1 9 2 6 蚝m a n d1 8 9 k gm 2 1 n f l u e n c e d b yv e g e t a t i o n t y p e s a n dr o o t t os h o o t r a t i o n , t h ev e r t i c a lv a r i a t i o no f s o i lc a r b o nd e n s i t yw a sv e r ya d p a r e n t t h es o i lc a r b o n s t o r a g eo f s t u d y a r e aw a s7 8 4 x 1 0 0 t ，t h eo r d e ro f v a r i a t i o i lw i t hd i f f e r e n tv e g e t a t i o nw a s s h r u b c o n i f e r o u s b r o a d l e a v e d t r e e g r a s s ，t h ec o u n t s w e r e 4 7 7 x 1 0 0 t ，1 6 7 x 1 0 0 t ， 1 0 7 x 1 0 0 ta n d0 3 2 x 1 0 0 l ( 4 ) 1 1 1 et o t a lo r g a n i cc a r b o ns t o r a g eo f v e g e t a t i o na n ds o i lw a s9 8 9 10 0t 1 1 1 e c o n t e n to fo r g a n i cc a r b o nw a ss h r u b c o n i f e r o u s b r o a d l e a v e dt r e e g r a s si ns t u d ya r e a w h i l e t i l ec o u i l t s w e r e5 5 3 1 0 0 t 2 4 5 x 1 0 。t 。1 5 8 x 1 0 0 ta n d 0 3 3 x 1 0 0 t t h e r e s m t o f s t u d y s h o w e dt h a tt h et o m 】o r g a n i cc a r b o ns t o r a g eo fs t u d ya r e aw a sv e r yh u g e t h em a i nc a r b o n p o o lw a ss o i lc a r b o nw h i c hw a s3 8 2t i m e st h a nt h ev e g e t a t i o nc a r b o ns t o r a g e m e a n w h i l e t h e r ew a sas t r o n gc o r r e l a t i o nb e t w e e ns o i lc a r b o nd e n s i t ya n dr e l e v a n tv e g e t a t i o nc a r b o n d c n s i t y a b o v ea l l ，p r o t e c tt h ev e g e t a t i o no f s t u d ya r e aa n di n c r e a s er a t eo f f o r e s tc o v e r a g e w a sn o to n l yi m p o r t a n tt or e s t o r ee c o l o g i c a lb u ta l s ot oe n h a n c ec a p a c i t yo fv e g e t a t i o na n d s o i la b s o r b i n gc a r b o n k e yw o r d s ：v e g e t a t i o nc a r b o ns t o r a g e ；v e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t y ；r e g r e s s i o na n a l y s i s ； i n f l u e n c i n gf a c t o r s ；s o i lc a r b o nd e n s i t y ；s o i lc a r b o ns t o r a g e ；t e c h n o l o g yo f 3 s v i i 论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机 构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：乡杉己彳2 b 研究生签名：乡饮丹三 一7铷j 年乡月z , f 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不 同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名：；故一才越- 导师签名： 撅世癜 乃矽年易月砺 年6 月盯日 1 绪论 1 1 立题依据和选题意义 c 0 2 等温室气体在大气圈、海洋和陆地生态系统三个主要碳库之间自然地进行交 换( b i r d s e y 等，1 9 9 2 ；b r o w n 等，1 9 9 9 ；e m i l y 等，2 0 0 0 ) ) 。在陆地生态系统中，通过 光合作用和土壤呼吸，碳主要储存在植被活体、残体和土壤部分( e s w a r a n ，1 9 9 3 ： d i x o n ，1 9 9 7 ) 。近年来研究发现，尽管化石燃料燃烧的含碳温室气体释放量大幅度增 加，但大气和海洋的年净吸收量却增加很少，这部分额外的碳沉降很大程度上是由森 林( 草地) 生态系统来实现的( t o m 等，1 9 9 7 ；f a n 等，1 9 9 8 ) 。研究这二者碳库贮量及 其分布格局不但是估算陆地生态系统吸收和排放含碳气体数量的关键，更是研究未知 碳汇的重点( v a l e n t i n i ，2 0 0 0 ；方精云，2 0 0 1 ) 。森林和草地植物将碳以有机物的形式 存贮于植物器官中，其植物碳含量占全球陆地植被碳贮量的9 0 以上( d i x o n ，1 9 9 4 ： 齐玉春，2 0 0 3 ；c o o p s ，2 0 0 4 ) 。因此研究森林生态系统和草地生态系统植被碳贮量对 于评估不同类型森林和草地生态系统下植被碳存储能力和提高植被碳吸收速度，增加 陆地碳存贮量都具有重要意义( 周广胜等，1 9 9 7 ；r o b i n ，2 0 0 0 ；b r o w n ，2 0 0 0 ；方精 云，2 0 0 1 ) 。土壤有机碳库有机碳贮量占全球整个陆地生态系统有机碳库的8 0 以上 f e s w a r a n 1 9 9 3 ) ，但由于影响因素复杂，尚不能确定其碳汇碳源功能。而土壤有机质 作为衡量土壤固碳能力的标准和土壤肥力的重要指标，不仅决定土壤固碳能力的大 小，更直接关系植被的生长好坏从而影响整个陆地生态系统的固碳能力( p o s t ，1 9 9 0 ； h o u g h t o n ，1 9 9 。 四川省甘孜州西部的雀儿山区是世界著名的青藏高原东缘的横断山区的一部分， 是世界地理环境最为独特和生物多样性最为丰富的地区之一。区内地广人稀、气候条 件复杂，地理环境独特，生物多样性丰富，是中国最大的生物宝库之一。同时，该地 区植被生长良好，是我国主要的森林蓄积地和草场分布地。从2 0 世纪七十年代至九十 年代中期的2 0 余年里，因人类活动增加，特别是森林采伐过度、草场超载以及陡坡 垦殖等不合理的土地利用方式不仅造成区内水土流失严重、生态环境破碎化和生物多 样性的降低，而且也可能对这一地区陆地生态系统的固碳能力造成巨大影响。从野外 调查条件考虑，该地区多高山峡谷分布且交通不变，较适合利用遥感解译技术和应用 高分辨率卫星图像进行碳贮量估测。 1 2 研究现状综述 1 2 1 植被碳贮量 森林和草地是全球陆地生态系统中的最大有机碳库，其植物器官干、枝、径、叶、 根等，以有机碳的形式存贮了全球9 0 的植物碳，其生态系统碳库共贮有11 4 6 p g c ， 占整个陆地碳库的5 6 ，( d i x o n ，1 9 9 4 ：c o o p s ，2 0 0 4 ) 。当前的植被碳贮量研究主要 集中在以下几个方面。 1 2 1 1 碳汇碳源问题的讨论 碳源是指释放二氧化碳的源，碳汇是指自然界中碳的寄存体，主要是指海洋、土 壤、岩石与生物体( 李顺龙等，2 0 0 4 ) 等。森林生态系统( 草地生态系统) 是人们认识得 最少的碳汇，国际地圈生物圈计划( i g b p ) 和世界气候研究计划( w c r p ) 积极地推动着 这方面的工作。国内外近几年来对这方面的研究也比较多。方精云等( 2 0 0 0 ) 研究了北 半球高纬度森林碳库，认为其碳贮量小于目前的估算量，应该是一个比较大的碳汇。 n i ( 2 0 0 1 ) 曾运用碳密度方法对中国各草地类型碳贮量进行估算，认为我国草地生态系 统碳贮量与世界草地碳储存的分布特征一样，应该是一个较大的碳汇。p a e a l a ( 2 0 0 1 ) 利用气象卫星提供的气候变化数据研究了全球气候变暖对北美大陆森林生态系统的 影响，探讨了了森林碳库作为一个巨大的碳汇，可能是解决如何吸收过量温室气体的 重要途径。周广盛等( 2 0 0 2 ) 指出土地利用变化对森林碳库的碳汇作用具有重大的影 响。m y n e n i 等( 2 0 0 1 ) 运用归一化植被指数n d v i ，结合森林普查清单，论证了北半球 的落叶松林是一个巨大的碳汇。而k i y o n o 等( 2 0 0 5 ) 就老挝m a i n l a n d 山二十年间毁林 造田对森林碳库造成的碳丢失量进行了分析，得出了森林生态系统如果管理不善，可 能从碳汇向碳源转换。从目前的研究来看，尽管化石燃料燃烧的碳释放量大幅度增加， 但大气和海洋的年净吸收量都增加很少，这部分额外碳沉降在很大程度上是由森林生 态系统这一巨大的碳汇来实现的( f a n 等，1 9 9 8 ) 。但同时需要注意的是，由于各种外 来因素的干扰，如毁林造田，森林大火等，也可能造成森林生态系统向碳源转变。如 w a n g 等( 2 0 0 2 ) 用不同时期t m 数据分析了中国东北部林地有机碳贮量变化，指出了 对森林的合理管理，是森林碳库保持碳汇功能的重要措施。c h e n 等( 1 9 9 9 ) 综合分析了 气候及林火对加拿大北部针叶林有机碳贮量的影响，结果表明该地区有向碳源转换的 趋势。 1 2 1 2 不同尺度下森林生态系统碳库( 草地生态系统) 的研究 2 长期以来国内外研究者主要将生态系统碳库研究集中在全球、国家以及大区域的 尺度上( 吕超群等，2 0 0 4 ；b r o w n 等，2 0 0 2 ) 。b r o w n 等( 1 9 9 6 ) 研究了全球森林植物碳 贮量分布情况，指出全球植物碳贮量主要集中在热带雨林以及北半球森林中。李凌浩 ( 1 9 9 8 ) 曾对世界不同地区主要类型草地群落的年碳固定量进行了归纳概括。p r a s a d f 1 9 9 9 ) 利用植被指数n d v i 对印度r a m p ar e v e n u e 邦落叶松中的森林植被碳库进行了 研究，计算出该生态系统的碳通量。y a n g 等( 2 0 0 1 ) 对比了多种植被指数在西双版纳热 带雨林植被碳库估算中的差异，同时在g i s 平台上建立了该地区林分数据库，并得出 了该地区碳密度分布图。王效科等( 2 0 0 1 ) 以省份区划为基础，对中国森林生态系统碳 密度空间分布进行研究，由此指出中国森林的植被碳密度有从东南向东北和西增加的 趋势。k a u p p i ( 2 0 0 3 ) 利用森林清查资料计算全球碳贮量，并推断出北纬度地区的森林 具有更大的固碳潜力。近年来，为了应对京都议定书规定的碳排放配额不少科学 家开始对小区域内植被碳库更为准确的进行定量研究。胡自治等( 1 9 9 4 ) 研究了甘肃天 祝地区主要草地的生物量及含碳能力。许叔明等( 2 0 0 4 ) 将不同时期植被类型图与t m 影象相结合确定了河南省洛宁县植被碳库变化模型。c h i e s i ( 2 0 0 2 ) 研究了欧洲地中海 沿岸森林碳库的变化情况，并对比了n d v i 与l a i 计算出的碳贮量与利用该地区森 林清查资料计算的碳贮量间的差异。 1 2 1 3 新的研究手段与技术的应用研究 过去植被碳贮量的估算多集中在利用森林( 草地) 清查资料计算出植被生物量或 在条件允许下通过实地收获得到植被生物量，再将生物量乘以碳转换系数得出植被碳 贮量( o l s o n 等，1 9 8 3 ：b r o w n ，1 9 9 6 ；王效科等，2 0 0 0 ) 。但由于在样地的调查时选择 地段的不同及人工统计面积的误差，往往造成估算结果之间有较大的差异性。遥感图 像光谱信息具有良好的综合性和现时性，与植物生物量之间存在相关性，统计方法更 为优越，因此各种尺度下的植被碳贮量均大量的采用卫星遥感技术与地理信息技术相 结合进行估算。n o r b e r t 等( 1 9 9 9 ) 运用雷达遥感，结合d e m 模型，研究坡度，坡向等地形 影响因素对s i b e r i a n 地区森林生物量积累的影响。郭志华等( 2 0 0 2 ) 通过样方调查获取 森林材积，根据t m 数据7 个波段信息及其线形与非线形组合，应用逐步回归技术分 别建立估算针叶林和阔叶林材积的最优光谱模型。进而研究了粤西及附近地区的森林 生物量和森林覆盖情况。而d o n g a 等( 2 0 0 3 ) 更是利用遥感图像制作出高精度的d e m 模型，平均树高误差在o 4 m 以下，对研究区域内森林植被碳贮量进行了精确估算。 张慧等( 2 0 0 5 ) 应用r s 和g i s 技术，从研究区植被类型、土壤侵蚀、坡度、距水源距 离、生物多样性和生态系统保护等方面，确定了黑河流域的草场的生物量和承载量。 从目前的研究趋势来看，利用3 s 技术研究植被碳贮量，将是未来研究的重点。 1 2 2 土壤有机碳贮量 森林生态系统( 草地生态系统) 是陆地生物圈的主体，它不仅在维护区域生态环境 上起着重要作用，而且在全球碳平衡中也起着巨大的贡献。这是由于森林生态系统( 草 地生态系统) 本身维持着大量的植被碳库( 约占全球植被碳库的8 6 以上) ，同时也维持 着巨大的土壤碳库约占全球土壤碳库的7 3 。( o l s o n ，1 9 8 3 ；方精云1 9 9 6 ；d i x o n ， 1 9 9 4 ；k u t s c h ，2 0 0 1 ) 。不同生态系统土壤的固碳能力受植被类型、气候、地形环境 及其人为因素等影响也大不一样( b r o w n ，1 9 9 0 ；王绍强，1 9 9 9 ；c h h a b r a ，2 0 0 3 ) ，目 前关于土壤碳库是碳源还是碳汇的争论仍在继续，但其土壤碳库因其巨大固碳能力将 对全球碳平衡会产生深远的影响。目前的研究主要集中在土壤有机碳库的含量、分布 以及与与森林( 草地) 生态系统相互影响上( f a n 等，1 9 9 6 ；l a i 等，1 9 9 9 ) 。 1 ，2 2 1 土壤有机碳库贮量研究 土壤中的碳主要是以有机碳的形式存在，其土壤中有机质的含量是衡量土壤碳贮 量能力的重要指标( b a o e s ，1 9 9 6 ) 。国内外很多学者对全球有机碳贮量进行了研究。 b o h n ( 1 9 7 6 ，1 9 8 2 ) 两次对全球土壤有机碳库进行统计。1 9 7 6 年，他根据g a u s s e n 和 h a d r i c h ( 1 9 6 5 ) 编制的世界土壤图得出全球土壤有机碳贮量为3 0 0 0 p g ；1 9 8 2 年，根据 f a o 世界土壤图对全球土壤有机碳库贮量进行了再次估算，结果为2 2 0 0 p g 。 b u r i m g h ( 1 9 8 4 ) 利用美国农业部土壤保持局( s o i lc o n s e r v a t i o ns e r v i c e ) 的土壤数据库统 计结果为1 4 2 7 p g ；e s w a r a n ( 1 9 9 3 ) 利用f a o u n e s c o 世界土壤图统计结果为1 5 7 6 p g ； b e m o u x 等( 2 0 0 2 ) 利用土壤植被图与土壤数据库相结合对巴西土壤0 - 3 0c m 的土层范 围有机碳进行了研究，结果表明大约3 6 4 士3 4 p g 碳储存在巴西0 - 3 0c m 层次的土壤中。 c h h a b r a ( 2 0 0 3 ) 通过建立森林土壤有机碳的数据库，探讨了印度不同森林类型下，土壤 有机碳含量的高低。国内关于土壤碳库的研究，起步相对较晚，但已有一些科学家着 手进行探索。随着研究的不断深入，中国在这一研究领域中的地位和作用日益突显。 当前，我国土壤有机碳研究存在以下几个特点： 从国家尺度看，当前的研究结果存在差异，但多数结果相对比较接近。王绍强 ( 1 9 9 9 、2 0 0 0 ) 、李克让( 2 0 0 3 ) 、潘根 ) - 4 、( 2 0 0 3 ) 以及解宪n ( 2 0 0 4 ) 等用不同方法对中国陆 地土壤0 - 1 0 0t i n 土层有机碳贮量进行了估算，贮量一般都在9 0 p g 左右；但康德梦 4 ( 1 9 9 2 ) 、方精云( 1 9 9 6 ) 、潘根兴( 1 9 9 9 ) 对中国陆地土壤有机碳贮量的估算则与以上统计 相差悬殊，分别为2 8 6 p g 、1 8 5 7 p g 和5 0 p g 。 大中区域尺度s o c 贮量研究是当前研究的重点。李忠佩等( 2 0 0 1 ) 对我国东部土壤 有机碳密度和贮量进行了估算，得出我国东北和东南地区土壤有机碳贮量分别为 2 4 3 6p g 和9 3 5p g ；中国科学院生态环境研究中心对环渤海地区有机碳库贮量及其空 间分布特征进行了研究，得出环渤海地区有机碳库为2 1 p g c ，并对不同地貌及其土 类碳贮量进行了比较( 刘国华等，2 0 0 3 ) ；甘海华等( 2 0 0 3 ) 对广东土壤有机碳贮量及空 间分布特征的研究，得出广东省有机碳贮量为1 7 5 2 x l o s t ，并对各土类有机碳贮量进 行了比较分析；陈庆美等( 2 0 0 3 ) 利用地统计学和地理信息系统( g i s ) 方法，分别按土壤 类型和土地覆被类型计算了土壤有机碳、氮密度，分析了内蒙古自治区土壤有机碳、 氮蓄积量的空间分布特征，探讨了土壤有机碳、氮蓄积量与主要气候要素的关系。这 些研究都细化了研究区域，使中国陆地土壤有机碳贮量研究趋于准确。 针对生态类型的研究，森林生态系统估算较多，其他生态系统的较少。中国科学 院南京土壤研究所对我国热带、亚热带地区土壤碳贮量作的研究，分别得到不同植被 类型下土壤的有机碳贮量，并分析了有机碳在不同粒级土壤中的分布与转化( 赵其国， 1 9 9 7 ) ；刘国华等( 2 0 0 0 ) 对中国森林碳的动态及其对全球碳平衡的贡献进行研究，并提 出了对森林保护的建议；周玉荣等( 2 0 0 0 ) 对我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡 通量进行研究，估算出我国主要森林生态系统的碳贮量为2 8 1 0 6 x 1 0 8t ，其中土壤碳库 占2 1 0 2 3 x 1 0 8t ；此外，李凌浩( 1 9 9 8 ) 、吴仲民( 1 9 9 7 ) 、田应兵( 2 0 0 3 ) 等还分别对草原 生态系统碳循环、尖峰岭热带山地雨林碳库、若尔盖高原湿地土壤一植物系统等生态 系统的土壤有机碳贮量以及分布特征进行了研究。针对土壤剖面估算，表土或耕层估 算较多，l m 深度较少。 总之，国内的研究成果不仅为世界评价中国对全球温室效应的影响提供了帮助， 而且国内学者对生态系统中有机碳库的研究大大加深了人们对生态系统的认识，更直 观反映出生态平衡的重要性。但目前中国区域的研究还不够完善，资料还不够充分， 方法还不够精确，研究中尚存不少问题。 1 - 2 2 2 土壤有机碳库分布研究 土壤有机碳空间分布不均匀，对全球土壤有机碳贮量进行统计容易造成较大的误 差。联合国气候变化框架合约要求签约国确定国家级尺度上的温室气体净排放通量， 其中土壤有机碳贮量是一个重要的组成部分，因此区域性的土壤有机碳分布也引起了 各国学者足够的重视。王邵强( 1 9 9 9 ) 等报据中国第一次土壤普查得到的土壤各类型分 布面积，采样数据、土壤有机质含量运用g i s 技术。来估算土壤碳库。并得出中国 东北森林系统碳库贮碳能力较强。国际地圈计划的研究人员在最新世界土壤地图的 5 x 5 栅格上分析全球土壤有机碳的空间分布。最大土壤碳密度出现于高纬度地区( 如 北方森林和冻原) ，北半球地区土壤碳密度最高而热带森林、热带稀树草原和温带草 原也是重要的土壤碳储库。b o c k h e i m 等( 1 9 9 9 ，2 0 0 3 ) 两次对阿拉斯加北极圈冻土有机 碳贮量进行了估计和预测，并对有机碳的分布进行了研究。m e l i l l o 等( 2 0 0 2 ) 研究了近 2 0 年来，气候变化对中纬度土壤碳库的影响，并指出土壤碳库通过呼吸作用以及有 机碳分解等形式影响整个森林生态系统固碳能力。王百群等( 2 0 0 4 ) 研究了不同林型中 土壤有机碳的贮量及其分配特征，以及该地区森林对土壤有机碳积累的贡献。 1 2 2 3 影响有机碳贮量的因素研究 土壤中的有机碳量是进入士壤中的植物残体量以及在土壤微生物作用下分解损 失量的平衡结果。其贮量大小主要受自然环境因素、生物因素和人为因素的制约，同 时这三种因素之间存在相互作用的关系。 ( 1 ) 自然环境因素影响土壤有机碳贮量的环境因素主要有地形、气候、土壤 性质等。土壤类型之间持水能力、实际的蒸散作用和地形、气候引起的土壤水热条件 改变都将影响土壤有机碳贮量的大小。( t r u m b o r e ，1 9 9 6 ；h o n t o r i a ，1 9 9 9 ) 。 j e n k i n s o n ( 1 9 9 1 ) 研究发现，坡度、坡向能影响蒸腾蒸发、水分入渗进而影响植被生长 和凋落物的归还及其分解，造成土壤有机碳明显分异。n i e h o l s ( 1 9 8 4 ) 对温暖草原土壤 有机碳与粘粒含量之间的相关关系作了统计，发现在两者之间存在显著的正相关关 系。这可能是因为土壤粘粒可以改善土壤水分和肥力条件，阻碍了腐殖质的分解和转 化造成的( a n d e r s o n ，1 9 8 1 ) 或是土壤粘粒吸附有机碳并封闭在微小的孔隙中，阻碍了 微生物对其分解( v i r a k o n p h a n i c h ，1 9 8 8 ) 。苏永q a ( 2 0 0 2 ) 对各种研究成果汇总后指出， 不同的自然环境条件是造成土壤有机碳差异的重要因素。 ( 2 ) 生物因素生物因素对土壤有机碳贮量的影响一般都是与自然环境因素紧 密结合在一起的。进入土壤的植物残体与所覆盖的植被类型密切相关，而植被的种类 和数量都是由自然环境决定的。一般来说，地理位置、海拔高度、气候的不同，造成 植被类型上的差异，进而影响进入土壤的植物残体量。w i l l i a m s ( 1 9 7 4 ) 对不同纬度地 区的枯枝落叶做了统计，发现枯枝落叶量从低纬度向高纬度逐步递减，也就是说植物 残体量进入土壤的几率低纬度高于高纬度。同时，土壤内部微生物对土壤有机碳的分 6 解作用受到土壤酸碱性、温度、水分等的影响。温度和水分是影响微生物活性最重要 的因素。适宜的温度和水分能加速微生物对植物残体的分解，影响土壤有机碳的贮量。 同时，酸性较强的土壤能抑制微生物对有机碳的分解，对有机碳有一定的保护作用； 反之，则加速有机碳的流失。土壤c n 比的高低也对土壤微生物的活动能力有一定促 进或限制作用，增加土壤氮素时，可以促进微生物的活动，提高土壤有机质的分解速 率( 廖利平，2 0 0 0 ) 。w e i 等( 2 0 0 4 ) 贝q 就加拿大森林土壤有机碳对森林碳库的影响，。运用 s p o t 卫星图像建立了d e m 模型研究了并考虑植被类型等因素的作用。m a l l i n i s 等 ( 2 0 0 4 ) ，利用1 m 图像对希腊北部森林及其土壤情况进行了研究。采用了d e m 模型和植 被指数相结合的方法，研究了土壤肥力与森林生物量的关系。 ( 3 ) 人为因素人类活动对土壤有机碳贮量的影响主要表现在土地利用覆盖的 变化和耕作方式的不同，这些远远超过自然变化影响的速率和程度。土地利用覆盖 的变化导致碳素从陆地生态系统的释放是大气c 0 2 浓度不断升高的主要原因之一，土 地利用方式的变化不仅直接影响土壤有机碳的贮量和分布，而且通过影响与土壤有机 碳形成和转化的因子而间接影响土壤有机碳的贮量和分布( s a m p s o n ，1 9 9 3 ) 。有研究 表明，将自然土壤转为农业和牧业用地之后，土壤有机碳贮量迅速下降，并将在4 0 - 5 0 年内降低2 0 - - 5 0 ( d a v i d s o n ，1 9 9 3 ) 。其中森林的破坏不仅导致从植物残体释放碳素， 而且导致土壤没有植被保护，进入土壤的腐殖质减少，土壤有机碳贮量随之降低。 e s w a r a n ( 1 9 9 3 ) 研究发现毁林或改变林地利用现状将会造成2 0 - - 5 0 上的有机碳损 失。b o u w m a n ( 1 9 9 0 ) 同时也指出，开垦几乎在所有的情况下都会造成自然生态系统有 机碳含量的降低，有时的损失量可能达到2 0 - 4 0 或者