中国泥炭地有机碳储量与储存特征分析

刘子刚,王 铭,马学慧 (1.中国人民大学环境学院,北京 10087；.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林 长春 13001；3.中国科学院研究生院,北京 100049)

中国泥炭地有机碳储量与储存特征分析

刘子刚1*,王 铭2,3,马学慧2(1.中国人民大学环境学院,北京 100872；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林 长春 130012；3.中国科学院研究生院,北京 100049)

根据全国泥炭资源调查的结果, 运用有机质含量、干容重、泥炭储量、泥炭地面积等数据估算中国泥炭地有机碳储量,并探讨其碳储存特征.结果表明,我国泥炭地有机碳总储量约15.03亿t.在各省和各气候区分布不均匀,四川省(6.45亿t)和云南省(2.91亿t)泥炭地有机碳储量最丰富,占总储量的62.29%.各气候区中高原湿润区泥炭地有机碳储量最大(7.14亿t),特别是若尔盖高原泥炭地有机碳储量(6.30亿t)占总储量的41.92%.我国泥炭地有机碳密度一般在80～140kg/m3, 最大值为270～360kg/m3,最小值小于80kg/m3,其分布以燕山、太行山至横断山为界,西北部低,东南部高.泥炭地单位面积有机碳储量均值为 143.97kg/m2,滇南高原最高,达到 637.06kg/m2.区域平均泥炭地有机碳积累强度为208.23 t/km2,若尔盖高原最高达3972.71t/km2.

泥炭地；碳密度；有机碳储量；有机碳积累强度

泥炭地是陆地生态系统中的重要碳库[1],有机碳储量大,有机碳密度高,单位面积碳储量在各类陆地生态系统中是最高的[2],对调节区域环境和缓解全球气候变化起到重要作用. 泥炭地是脆弱的生态系统,对人类干扰和环境变化十分敏感.泥炭地排水、开垦、开采和火灾等已经导致大量二氧化碳排放[3].研究泥炭地的碳储存功能,估算其有机碳储量和有机碳密度,对于保护泥炭地和减缓气候变化有十分重要的现实意义.

全球泥炭地面积近4亿hm2[4],仅占陆地面积的 3%.一些学者估算全球泥炭地的土壤碳储量为 1200～5410亿 t(表 1),占全球土壤碳储量的10%～35%;而泥炭地土壤单位面积有机碳储量为 60～150kg/m2(表 1),是全球土壤平均水平的6～15倍.

根据全国泥炭资源调查(1983～1985年)的结果,我国泥炭地面积104.4万hm2,占我国陆地面积的0.1%,泥炭资源量46.87亿t(干重),其中裸露泥炭沼泽中泥炭储量为33.15亿t,埋藏泥炭储量为13.72亿t[5].一些学者估计我国泥炭地有机碳储量为6.207～40.926亿t,单位面积有机碳储量为30～155.25kg/m2(表1).

表 1中显示的有机碳储量估算结果差异很大,是因为采用的数据来源和估算方法有所不同[6].国内外多数研究将泥炭土作为土壤类型之一估算泥炭土的碳储量,没有考虑到埋藏泥炭以及泥炭区域分布的变异性,有可能产生误差.目前还没有专门针对中国泥炭地有机碳储量和储存特征的全面研究.

表1 泥炭地有机碳储量和有机碳密度估算结果Table 1 Estimate results of OCS and OCD of peatlands

本文在全国泥炭资源调查结果[7]及相关著作[5],结合原中国科学院长春地理所和有关单位多年来在全国各地泥炭调查的成果[8-20],估算中国泥炭地的有机碳储量和有机碳密度,探讨泥炭地有机碳储存特征,旨在为泥炭地与气候变化研究提供必要的基础数据,填补这方面研究的空白.

1 方法

通常国内外估算土壤有机碳储量的方法是以土壤类型图为基础,根据不同类型土壤剖面的实测土层厚度、有机碳含量、土壤容重计算各类型土壤碳密度,再依据各类土壤的面积得到土壤有机碳储量[34].目前国内外大多数研究是以 1m深度为计算参照标准,估算单位面积 1m深度土壤有机碳质量作为土壤有机碳密度[30],单位为kg/m2或 t/hm2,这种方法有利于结果之间相互比较[35],但有可能低估或高估某些土壤类型的有机碳储量[30].泥炭地分为埋藏泥炭地和裸露泥炭地2种类型,碳的垂直分布不同于一般土壤.本文根据全国泥炭资源调查的结果,选择1921个采样点的泥炭有机质含量、泥炭干容重、泥炭储量、泥炭地面积等数据[5,7],运用单位体积泥炭的有机碳质量作为泥炭地有机碳密度[30],单位为 kg/m3,估算泥炭地有机碳储量.该方法的优点是方法简单,资料容易获得,并且考虑了埋藏泥炭和裸露泥炭,以及不同地区泥炭厚度的差异.计算公式如下:

式中:TC为泥炭地有机碳储量,万t;i表示我国各省(自治区、直辖市)(i=1,2,…,n);Qi表示我国不同省(自治区、直辖市)的泥炭储量,万 t;Coi表示我国不同省(自治区、直辖市)的泥炭地有机质含量,%;取各省(自治区、直辖市)内部泥炭地有机质含量的平均值;a为有机质转换为有机碳的转换系数,取0.58.转换系数0.58是指＜2mm土壤颗粒有机质含碳量,是Bemmelan[36]提出的.

泥炭地有机碳密度的估算采用以下公式:

式中:MCi为区域泥炭地有机碳密度,kg/m3;MPi为泥炭的容重,kg/m3.

2 结果

2.1 中国泥炭地有机碳储量与分布

根据式(1)计算得到,中国泥炭地有机碳总储量为15.03亿t.其中,裸露泥炭地(现代泥炭沼泽)有机碳储量为10.63亿t,埋藏泥炭储量为4.4亿t,在表1中的估算结果(6.207～40.926亿t)范围内,相当于中国土壤有机碳总储量(50～185亿t)[37]的8%～30%,说明泥炭地是我国重要的碳库,需要加以保护以减少碳排放.

中国泥炭地有机碳储量在各省份(包括省、自治区、直辖市,港澳台除外,下同)的分布不均衡,与泥炭资源的分布规律相近.四川省有机碳储量最为丰富(6.45亿 t),占总量的 42.92%;其次为云南省(2.91亿t),占19.36%.甘肃、江苏、西藏、安徽和黑龙江也高于平均值(0.48亿t)(表2,图1).

表2 中国各省份泥炭地有机碳储量Table 2 The organic carbon storage of peatlands in China’s Provinces

图1 我国各省份泥炭地有机碳储量分布Fig.1 Distribution of organic carbon storage of peatlands in China’s Provinces

表3 我国各气候区泥炭地有机碳储量Table 3 Organic carbon storage of peatlands in China’s climate zones

根据温度和湿润的差异,将中国划分为16个气候区,包括温带7个区,亚热带3个区,热带1个区,高原4个区;在同一气候区内,根据区域地貌特征,划分出若干二级泥炭区[5](表 3).在各气候区中以高原湿润气候区泥炭地有机碳储量(7.14亿t)最大,特别是若尔盖高原泥炭地有机碳储量(6.30亿t)极其丰富.中亚热带湿润气候区的泥炭地有机碳储量(2.93亿t)仅次于高原湿润气候区,云贵高原自新生代以来多次出现有利于泥炭沼泽形成和积累的气候条件,堆积了不同历史时期的泥炭.北亚热带湿润气候区的长江中下游平原在早全新世末至中全新世的气候最有利于泥炭沼泽发育,平原及丘陵区有大量泥炭沼泽发育,但晚全新世后大部分泥炭沼泽地被掩埋,形成埋藏泥炭,因此,长江中下游平原也是我国埋藏泥炭地有机碳储量丰富地区之一(0.88亿t).温带湿润和亚湿润气候区是我国现代泥炭主要分布区之一,东北的大小兴安岭(0.49亿t)、长白山地(0.48亿t)和三江平原(0.15亿t)泥炭地有机碳储量较丰富,大部分属于全新世以来的泥炭堆积.北温带湿润气候区大兴安岭北部台原面积很小,堆积有全新世中晚期泥炭,虽然区域泥炭地有机碳储量(0.21亿 t)很少,但是单位面积有机碳储量较大.高原亚干旱气候区的藏南谷地泥炭地有机碳储量也很丰富(0.53亿t).南温带亚干旱气候区和高原干旱气候区是泥炭地有机碳储量较少地区.

2.2 中国泥炭地有机碳储存特征分析

2.2.1 中国泥炭地有机碳密度的空间分布 本文中泥炭地有机碳密度是指单位体积泥炭的有机碳储量.该指标反映了泥炭密度的差异,可用式(2)来估算.我国泥炭地有机碳密度一般为 80～140kg/m3,最大值范围为 270～360kg/m3,最小值小于 80kg/m3.我国泥炭地有机碳密度分布规律是以燕山、太行山至横断山一线为界,其西北部泥炭地有机碳密度低,东南部高.东北、西北和青藏高原低,泥炭地有机碳密度一般在80～ 120kg/m3,最小值小于80kg/m3;中南地区、四川的西南和云南的西北部、江苏北部沿海地区泥炭地有机碳密度高,泥炭地有机碳密度一般在 150～200kg/m3,最大值可达300kg/m3以上(图2).这可能与东北、西北和青藏高原多裸露泥炭,裸露泥炭有机质含量高、无覆盖层、泥炭密度小,故泥炭地有机碳密度较小;而中南地区、四川的中南部和云南高原大部、华东沿海地区以埋藏泥炭为主,一些泥炭地盖层较厚,在被覆盖的过程中有泥沙侵入,使其泥炭有机质含量降低,或因形成时代较久,致使泥炭密度增大,进而造成泥炭地有机碳密度变大.

本文对我国泥炭地有机碳密度的估算结果(80～140kg/m3)与王绍强等[30]对泥炭土有机碳密度估算结果 127.49kg/m3相近,是土壤有机碳密度平均值 (12.04kg/m3)[30]的10倍.泥炭地有机碳密度高于其他类型土壤主要是因为有机质含量丰富.此外,泥炭地有机碳密度还受泥炭容重的影响,埋藏泥炭地因为泥炭容重大,有机碳密度高于裸露泥炭地.

图2 中国泥炭地有机碳密度的分布Fig.2 Distribution of organic carbon density of peatlands in China

2.2.2 泥炭地单位面积有机碳储量空间分布 泥炭地单位面积有机碳储量,即在每 m2泥炭地上堆积的有机碳储量,通过泥炭地有机碳储量除以泥炭地面积得到,用kg/m2表示.该指标反映了泥炭地的单位面积有机碳储存情况.

我国泥炭地单位面积有机碳储量平均值为143.97kg/m2,与表1我国泥炭土单位面积有机碳储量的估算结果[6,30-31]相近.泥炭地单位面积有机碳储量最高的区域为滇南高原,为637.06kg/m2;其次是闽粤沿海平原(468.79kg/m2)及桂南低山丘陵(418.73kg/m2);东北地区的兴安岭山地丘陵和三江平原地区泥炭地单位面积有机碳储量都较低,一般只有 30～50kg/m2;最低的区域为内蒙古东部高平原,为26.97kg/m2(表4).

泥炭地单位面积有机碳储量各区域间差异很大,主要原因是区域间泥炭层蕴藏厚度和泥炭容重的差异.如滇南高原泥炭层厚度一般在2～4m,因此单位面积有机碳储量大.东北地区(除长白山地区外)的泥炭层厚度较小,一般为1m左右或小于1m,容重也小,只有0.1～0.2Mg/m3.闽粤沿海平原泥炭容重均值约为0.5Mg/m3,是东北地区泥炭容重的2倍多.

2.2.3 泥炭地有机碳区域积累强度空间分布 泥炭地有机碳区域积累强度是指某区域单位土地面积上泥炭地有机碳的积累量,通过泥炭地有机碳储量除以区域面积得到,用 t/km2表示.该指标能够反映某个区域范围内的泥炭地有机碳积累情况.

表4 我国部分地区泥炭地单位面积有机碳储量及有机碳积累强度Table 4 Organic carbon storage per unit area and integral intensity of peatlands in part of China

全国泥炭地有机碳区域积累强度平均值为208.23t/km2.我国泥炭地有机碳区域积累强度差异很大,北部低(黑龙江、内蒙古、新疆),由北向南逐渐增高(柴达木盆地、塔里木盆地、准葛尔盆地除外),自东向西或西北逐渐减少(长江中下游除外).若尔盖高原湿润气候区泥炭地有机碳积累强度最大,高达 3972.71t/km2,是全国平均积累强度的 19.08倍;而处于中亚热带湿润气候区的云贵高原居第二,为 656.6t/km2,是全国平均积累强度 3.15倍.关中山地盆地(0.08t/km2)和横断山地(0.35t/km2)有机碳积累强度最低,原因是关中山地盆地长期以来处于沉陷状态,大量的剥蚀物、冲洪积物频繁叠置,沉降速率远远大于植物残体积累速度,缺乏稳定的泥炭堆积环境[5];横断山地多为高山峡谷,不利于泥炭沼泽的形成和泥炭的堆积(图3).

图3 我国泥炭地有机碳积累强度空间分布Fig.3 Distribution of organic carbon integral intensity of peatlands in China

3 结论

3.1 中国泥炭地有机碳总储量为15.03亿t.其中,裸露泥炭地(现代泥炭沼泽)有机碳储量为 10.63亿t,埋藏泥炭储量为4.4亿t.

3.2 我国泥炭地有机碳密度一般为 80～140kg/m3,最大值范围为270～360kg/m3,最小值小于80kg/m3.

3.3 我国泥炭地单位面积有机碳储量平均为143.97kg/m2.

3.4 全国泥炭地有机碳积累强度平均值为208.23t/km2.

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Analysis of organic carbon storage and characteristics of China’s peatlands.

LIU Zi-gang1*, WANG Ming2,3, MA Xue-hui2(1.School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China；2.Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China；3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China). China Environmental Science, 2012,32(10)：1814～1819

Based on the result of the national survey of peat resources, the data of organic matter content, volume weight, peat reserves and peatland area were used to estimate organic carbon storage and discuss characteristics of China’s peatlands. The total organic carbon storage (OCS) of China’s peatlands, including bare peatlands and buried peatlands, were 1.503 billion tons, unevenly distributed over 31 provinces and 16 climatic zones. Peatland OCS (POCS) in Sichuan (645 million tons) and Yunnan Provinces (291 million tons) was the largest, accounting for 62.29% of the total POCS. Plateau humid zone had the largest POCS of 714 million tons, especially in Zoige Plateau, where POCS was 630 million tons, accounting for 41.92% of the total POCS. The organic carbon density (OCD) of China’s peatlands was generaly between 80kg/m3and 140kg/m3, and the range of the maximum was 270～360 kg/m3, and the minimum was less than 80kg/m3. Divided by Yan Mountain, Taihang Mountain and Hengduan Mountain, peatland OCD was lower on the northwestern side than that on the southeastern side. The average OCS per unit peatland area averagely was 143.97kg/m2, and that in the south of Yunnan Plateau was 637.06kg/m2. The average regional organic carbon intensity of peatlands averagely was 208.23t/km2,and that in Zoige Plateau (3972.71t/km2) was the largest.

peatland；carbon density；organic carbon storage；organic carbon integral intensity

2011-12-01

中国科学院湿地生态与环境重点实验室开放基金(WELF-2009-B-001);教育部人文社会科学项目(09YJCZH117)

* 责任作者, 讲师, zigangliu@163.com

X142

A

1000-6923(2012)10-1814-06

刘子刚(1971-),女,吉林长春人,讲师,博士,主要从事环境经济学、自然资源管理等方面的研究.发表论文17篇.