晏承志， 潘自平

(1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴陽 550004; 2.中國貴州茅臺酒廠(集團)有限責任公司 茅臺學(xué)院，貴州 仁懷 564500)

貴陽中心區(qū)土壤碳密度和碳儲量分布特征

晏承志1， 潘自平2

(1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴陽 550004; 2.中國貴州茅臺酒廠(集團)有限責任公司 茅臺學(xué)院，貴州 仁懷 564500)

利用貴州省多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查(貴陽中心區(qū))(1∶250000)成果，對貴陽中心區(qū)土壤碳密度和碳儲量分布特征進行了研究，主要取得如下成果：(1)貴陽中心區(qū)表層、中層和深層土壤全碳密度平均值分別0.68×104t/km2、2.22×104t/km2、3.15×104t/km2，高于四川、湖南等其他省區(qū)，全碳儲量分別為0.16×109t、0.53×109t、0.76×109t；(2)研究區(qū)土壤有機碳密度較高，有機碳儲量占全碳儲量約90%，表明有機碳極為豐富，土地較肥沃，適宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；(3)土壤有機碳密度隨土壤類型、土地利用方式及生態(tài)系統(tǒng)的不同而存在一定差異；(4)區(qū)內(nèi)(0～1.8 m)無機碳密度平均值為0.31×104t/km2，無機碳儲量為0.08×109t，僅占總碳量的10%.研究成果可為碳循環(huán)研究、生態(tài)環(huán)境影響和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù).

貴陽中心區(qū)；土壤；碳密度；碳儲量；分布特征

碳是自然界中與人類生存密切相關(guān)的最重要物質(zhì)之一，它在水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈中動態(tài)循環(huán).近代以來，大氣CO2濃度持續(xù)增高，與全球氣候變化具有較好的耦合關(guān)系，氣候變化對生態(tài)環(huán)境具有重要影響[1].土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，土壤碳庫量是植被碳庫的2～3倍，是全球大氣碳庫的2倍，土壤呼吸釋放的CO2大約占陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣間碳交換量的2/3[2].同時，有機碳是土壤肥力指標之一，具有調(diào)節(jié)土壤理化性狀的功能，是衡量土壤養(yǎng)分的重要指標.因此，土壤碳庫是研究土壤碳循環(huán)的核心內(nèi)容，準確估算土壤碳儲量，認識土壤碳密度和碳儲量分布規(guī)律及現(xiàn)狀，對于正確評價陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、全球碳循環(huán)以及全球環(huán)境變化和因地制宜發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實意義.

土壤碳庫由有機碳庫和無機碳庫組成.國外對土壤的有機碳儲量估算始于20世紀50年代[1].中國土壤碳庫統(tǒng)計始自20世紀90年代，統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于全國第一次和第二次土壤普查資料，主要涉及有機碳庫[3-9]，無機碳庫只做過粗略統(tǒng)計[10].中國地質(zhì)調(diào)查局實施的多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查項目，采用雙層網(wǎng)格化采樣布局，分別采集表層、深層土壤樣品，采用現(xiàn)代先進儀器和分析技術(shù)測試包括碳、有機碳、pH值在內(nèi)的54項元素/指標，為區(qū)域土壤碳密度及碳儲量的研究提供海量高精度數(shù)據(jù)和資料，如于成廣等利用多目標區(qū)域地球化學(xué)成果對遼河流域土壤碳密度及碳儲量進行了研究[11].本文利用貴州省多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查(貴陽中心區(qū))數(shù)據(jù)，對貴陽中心區(qū)土壤碳密度及碳儲量分布特征進行研究，以摸清區(qū)內(nèi)碳密度和碳儲量地球化學(xué)家底，為碳循環(huán)研究，生態(tài)環(huán)境影響和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

貴陽為貴州省會城市，位于貴州省中部云貴高原東斜坡地帶，屬東部平原向西部高原過渡地帶，地形地貌多樣，海拔高，緯度低，具有亞熱帶濕潤溫和型氣候的特點.冬無嚴寒、夏無酷暑、雨量充沛、無霜期長.研究區(qū)位于貴陽市中心地帶，地理坐標為東經(jīng)106°30′～106°59′，北緯26°10′～26°49′，面積2 404 km2，涉及南明區(qū)、云巖區(qū)、小河區(qū)、烏當區(qū)、花溪區(qū)和白云區(qū)等6個行政區(qū)，經(jīng)濟較發(fā)達，交通極為便利.

研究區(qū)地處一級大地構(gòu)造單元～揚子準地臺之上，北部屬四級構(gòu)造單元貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，南部屬四級構(gòu)造單元貴定南北向構(gòu)造變形區(qū).地層發(fā)育較全，從寒武系至第四系均有出露，累計最大厚度約萬米.各時代的地層以三疊系分布最廣，二疊系、寒武系次之，其余多屬零星分布.

研究區(qū)以巖溶地貌和少量低中山碎屑巖地貌為特點，土壤類型較復(fù)雜，大致可分為黃壤、紫色土、石灰土粗骨土及水稻土等5個大類，其中以黃壤和石灰土為主，占總面積的50%以上.

2 研究方法

2.1 樣品采集及分析方法

2008年貴州省地質(zhì)調(diào)查院按照《多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范(1∶25萬)》[12]進行了貴陽中心區(qū)多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作，調(diào)查面積2 404 km2，采用雙層網(wǎng)格化采樣布局，分別采集表層土壤和深層土壤樣品，表層土壤采樣深度0～20 cm，采樣密度為1件/1 km2，每4 km2組合成1件組合樣進行分析；深層土壤采樣深度150～200 cm，采樣密度為1件/4 km2，每16 km2組合成1件組合樣進行分析.全區(qū)共采集表層土壤2 413件，深層土壤樣品150件，組合表層土壤分析樣品601件，組合深層土壤分析樣品150件.

樣品分析委托國土資源部南京礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心承擔，分析TC、Corg、N、pH值等54項元素和指標，取得了3萬多個高精度地球化學(xué)數(shù)據(jù).土壤TC、Corg分別采用管式爐燃燒非水滴定法、重鉻酸鉀容量法測定，方法檢出限、準確度、精密度及樣品報出率等分析質(zhì)量指標均優(yōu)于多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范要求[12].

2.2 單位土壤碳量與土壤碳儲量計算方法

在多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查成果基礎(chǔ)上，奚小環(huán)提出了單位土壤碳量(USCA)的概念[13]，即以多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查確定的土壤表層樣品分析單元為計算單位，土壤表層樣碳含量(分析單元為4 km2)及其對應(yīng)的深層樣碳含量(分析單元為16 km2)分別代表計算單位表層土壤碳含量與深層土壤碳含量，依據(jù)其含量分布模式計算得到單位土壤碳量.通過對單位土壤碳量進行加和計算得到土壤碳儲量.土壤碳含量由表層至深層主要存在兩類分布模式，即指數(shù)分布模式和直線分布模式，其中有機碳含量分布為指數(shù)模式，無機碳含量分布為直線模式.貴陽中心區(qū)土壤容重數(shù)據(jù)采用了《貴州省土壤》[14]中的土壤容重統(tǒng)計結(jié)果.

有機碳、無機碳、全碳單位土壤碳量(碳密度)計算方法詳見參考文獻[11]，本文不再贅述.

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤全碳密度及儲量分布特征

貴陽中心區(qū)表層土壤(0～0.2 m)碳密度范圍為(0.22～3.48)×104t/km2，平均碳密度為0.68×104t/km2，表層土壤碳儲量為0.16×109t；中層(0～1.0m)碳密度范圍為(0.8～12.64)×104t/km2，平均碳密度為2.22×104t/km2，中層土壤碳儲量為0.53×109t；深層(0～1.8 m)土壤碳密度范圍為(1.13～16.67)×104t/km2，平均碳密度為3.15×104t/km2，深層土壤碳儲量為0.76×109t.貴陽中心區(qū)淺層、中層、深層(0～1.8 m)土壤碳密度分布特征如圖1、2、3所示.淺層、中層和深層土壤碳密度分布規(guī)律基本一致，高密度主要分布于貴陽市西南、北西面，主要與龍?zhí)睹合档貙佑嘘P(guān)，而低密度主要分布于金陽、龍洞堡及研究區(qū)東南角，可能與泥盆系、侏羅系地層有關(guān)，另外與石漠化也存在一定關(guān)系.

圖1 貴陽中心區(qū)表層土壤碳密度分布圖

圖2 貴陽中心區(qū)中層土壤碳密度分布圖

圖3 貴陽中心區(qū)深層土壤碳密度分布圖

與其他省區(qū)土壤全碳密度比較(如圖4所示)，貴陽市中心區(qū)表層、中層及深層土壤全碳密度均高于四川、湖南、吉林、江蘇等其他省區(qū)及全國平均值，表明貴陽中心區(qū)表、深層土壤中含碳量較高，且有機碳明顯高于無機碳，土壤肥沃、有利農(nóng)作物生長.

3.2 土壤有機碳密度及儲量分布特征

貴陽中心區(qū)地表0～1.8 m有機碳密度范圍(1.09～11.62)×104t/km2，平均值為2.84×104t/km2，有機碳儲量為0.68×109t，占總碳儲量的90%，表明貴陽市土壤有機碳極為豐富.有機碳高密度主要位于貴陽市西面、北西面的花溪區(qū)石板鎮(zhèn)-金陽新區(qū)朱昌鎮(zhèn)長沖一線，有機碳密度>3.57×104t/km2，展布方向與龍?zhí)睹合档貙映雎兜貛Щ疽恢?，貴陽環(huán)城林帶有機碳密度也較高；有機碳低密度主要位于貴陽市龍洞堡機場及其附近、金陽新區(qū)-白云區(qū)一線、花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)一帶，有機碳密度<20 000 t/km2，展布方向與泥盆系、侏羅系地層出露地帶基本一致.此外，比較純的碳酸鹽分布地區(qū)是石漠化嚴重地區(qū)，有機碳密度相對較低.

3.2.1 不同類型土壤有機碳分布特征

貴陽中心區(qū)主要是巖溶地區(qū)，巖溶面積占全區(qū)超過85%，主要土壤類型為粗骨土、黃壤、石灰土、水稻土、紫色土等5大類.

表1為不同土壤類型中深層土壤(0～1.8m)的有機碳儲量統(tǒng)計，圖5為不同類型土壤碳密度對比圖.從表1和圖5可見， 不同類型土壤碳密度存在差異，深層土壤(0～1.8 m)粗骨土和水稻土有機碳密度較高，超過28 000 t/km2，分別為35 486 t/km2、28 386 t/km2，紫色土最低，為21 623 t/km2.粗骨土有機碳密度較高，可能是由于貴陽中心區(qū)地表植被發(fā)育，巖石風化時間不長，具有巖石顆粒、土壤、植物殘體等因素，且龍?zhí)睹合祹r石風化易形成粗骨土.水稻土有機碳密度較高，可能與施用農(nóng)家肥等有關(guān).

表1 貴陽中心區(qū)不同土壤類型深層(0～1.8 m)土壤有機碳儲量統(tǒng)計

圖4 研究區(qū)與其他地區(qū)土壤碳密度對比圖

圖5 研究區(qū)不同土壤類型有機碳密度對比圖

由于不同土壤類型有機碳密度的差異，加之不同土壤類型分布面積不等，導(dǎo)致土壤有機碳儲量也存在差異，其中黃壤有機碳儲量最大，達24 458 504 t，石灰土、粗骨土、水稻土居中，紫色土最小.

3.2.2 不同土地利用現(xiàn)狀土壤中有機碳分布特征

貴陽中心區(qū)土地利用方式分為農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用地，農(nóng)用地又分為水田、旱地、園地等6個一級分類，建設(shè)用地分為居民用地、交通用地等2個一級分類.其中農(nóng)用地面積最大，占總的90%以上.表2為不同類型土地利用方式中層(0～1.0 m)土壤有機碳儲量統(tǒng)計，從表2可見，深度為0～1.0 m不同土地利用方式土壤有機碳密度存在一定差異，其中旱地最高(平均碳密度為25 408.87 t/km2)，水田、居民工礦用地及草地相近，園地最小(15 997.70 t/km2).

表2 貴陽中心區(qū)不同土地利用類型中層(0～1.0 m)土壤有機碳儲量統(tǒng)計

3.2.3 不同生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳分布特征

按照生態(tài)系統(tǒng)分類，貴陽中心區(qū)可劃分為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)和森林生態(tài)系統(tǒng)等3類，其中森林生態(tài)系統(tǒng)面積最大，占總的64%，其次為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，占總的約30%，城市生態(tài)系統(tǒng)最小.表3為不同類型生態(tài)系統(tǒng)表層(0～0.2 m)土壤的有機碳儲量統(tǒng)計表.統(tǒng)計結(jié)果顯示，不同生態(tài)系統(tǒng)碳密度存在差異，其中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度最高(7 097.52 t/km2)，可能與貴陽中心區(qū)植被發(fā)育和施用農(nóng)家肥等因素有關(guān)；其次為城市生態(tài)系統(tǒng)，平均碳密度為6 412.51 t/km2；森林生態(tài)系統(tǒng)土壤平均碳密度最小，為6 191.38 t/km2.與其他生態(tài)系統(tǒng)比較，城市生態(tài)系統(tǒng)碳儲量受人為因素影響更大，形成過程更為復(fù)雜，改變了原有生態(tài)系統(tǒng)的功能和平衡，研究表明，由于人類活動的影響，城市表層土壤中有機碳含量呈逐年增加的趨勢[15].

表3 貴陽中心區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)表層(0～0.2 m)土壤有機碳儲量

3.3 土壤無機碳量分布特征

貴陽中心區(qū)地表0～1.8 m無機碳含量范圍(0.007 7～13.97)×104t /km2，平均值為0.31×104t/km2，無機碳儲量為0.08×109t，僅占總碳量的10%.無機碳高密度主要分布于貴陽市西面、北西面的花溪區(qū)石板鎮(zhèn)-金陽新區(qū)朱昌鎮(zhèn)長沖一線，烏當區(qū)水田鎮(zhèn)云霧山、新堡鄉(xiāng)香紙溝及其周邊地區(qū)，無機碳密度>0.38×104t/km2，與寒武系中下統(tǒng)地層、龍?zhí)睹合档貙映雎兜貛囫詈?，貴陽環(huán)城林帶無機碳密度也較高；無機碳低密度主要分布于烏當區(qū)永樂鄉(xiāng)、花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)等地，有機碳密度<0.08×104t/km2，與泥盆系、侏羅系地層出露地帶及石漠化嚴重地區(qū)分布基本一致.

4 結(jié)論

利用貴州省多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查(貴陽中心區(qū))(1∶25萬)數(shù)據(jù)，對貴陽中心區(qū)碳密度和碳儲量分布特征及其規(guī)律進行研究，主要得出以下結(jié)論：

(1)貴陽中心區(qū)表層、中層和深層土壤全碳密度平均值分別0.68×104t/km2、2.22×104t/km2、3.15×104t/km2，高于四川、湖南等其他省區(qū)，全碳儲量分別為0.16×109t、0.53×109t、0.76×109t.貴陽中心區(qū)淺層、中層、深層土壤碳密度具有相似的分布特征，全碳高密度主要分布于貴陽市西南、西北面，而低密度主要分布于金陽、龍洞堡及研究區(qū)的東南角.

(2)研究區(qū)土壤有機碳密度較高，有機碳儲量占全碳儲量約90%，表明有機碳極為豐富，土壤有機質(zhì)含量高，土地肥沃，適宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn).

(3)土壤有機碳密度及儲量隨土壤類型、土地利用方式及生態(tài)系統(tǒng)不同而存在一定差異.不同土壤類型有機碳密度排序為：粗骨土>水稻土>黃壤>石灰土>紫色土；不同土地利用方式土壤有機碳密度排序為：旱地>水田>居民工礦用地>草地>園地；生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳密度排序為：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)>城市生態(tài)系統(tǒng)>森林生態(tài)系統(tǒng).

(4)研究區(qū)深層土壤(0～1.8 m)無機碳密度平均值為0.31×104t/km2，無機碳儲量為0.08×109t，僅占總碳量的10%.無機碳高密度主要分布于貴陽市西面、西北面、烏當區(qū)水田鎮(zhèn)和新堡鄉(xiāng)，與寒武系中下統(tǒng)地層、龍?zhí)睹合档貙映雎兜貛囫詈?；無機碳低密度主要分布烏當區(qū)永樂鄉(xiāng)、花溪區(qū)高坡鄉(xiāng)等地，與泥盆系、侏羅系地層出露地帶及石漠化嚴重地區(qū)分布基本一致.

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[責任編輯 仲 圓]

Distribution Characteristics of Carbon Density and Carbon Storagein Soils in the Central Area of Guiyang City

YAN Cheng-zhi1, PAN Zi-ping2

(1. Guizhou Geological Survey, Guiyang 550004, China;2. Maotai College, China Guizhou Moutai Winery (Group) Co., Ltd., Renhuai 564500, China)

Based on the data of multipurpose regional geochemical survey (central area of Guiyang ) (1∶250 000) in Guizhou province, the distribution of carbon density and carbon storage are studied in the central area of Guiyang City. Major conclusions are as follows: (1) The average value of total carbon density of surface, middle and deep of soils are respectively 0.68×104t/km2,2.22×104t/km2and 3.15×104t/km2, and they are higher than that of other province such as Sichuan and Hunan, while its total carbon storage are respectively 0.16×109t,0.53×109t and 0.76×109t . (2) The organic carbon density of soils was higher in the study area, and the organic carbon storage accounted for about 90% of the total carbon storage, which indicated that the organic carbon is extremely rich and the land is more fertile, and it is suitable for the agricultural production. (3) The organic carbon density of soils varies with different soil types, land-use types and ecosystems. (4) Within the region (0-1.8 m), the inorganic carbon density is 0.31×104t/km2, and the inorganic carbon storage is 0.08×109t, which only accounted for 10% of the total carbon content. The study results would provide a scientific basis for the research on soil carbon circulation, the assessment of environmental effect and agricultural production.

central area of Guiyang; soils; carbon density; carbon storage; distribution characteristics

1008-5564(2016)06-0080-06

2016-07-25

貴州省優(yōu)秀科技教育人才省長專項資金項目(黔省專合字(2012)27號)；多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查項目(GZTR20070110)

晏承志(1970—)，男，四川蓬溪人，貴州省地質(zhì)調(diào)查院工程師，主要從事地球化學(xué)勘查研究； 潘自平(1969—)，男，貴州銅仁人，中國貴州茅臺酒廠(集團)有限責任公司茅臺學(xué)院高級工程師，博士，主要從事資源與環(huán)境研究.

P578.1+6

A