安徽省怀远－灵璧地区表层土壤碳储量研究

梁红霞，陈富荣，陈永宁，贾十军，汪 晓

（安徽省地质调查院 物化探研究所，安徽 合肥 230001）

土壤碳储量是地球表层系统碳循环和全球变化研究的基本问题之一［1－2］.随着农业产业化的进程，土地利用方式的改变等均对土壤碳储量产生一定的影响［3］.我国多目标区域地球化学调查工作的开展，为各地区土壤碳储量研究提供了高密度和高精度的数据资料，能够促进有关研究工作更加系统和深入［4－6］.

作者所研究区位于安徽省淮河以北怀远－灵璧地区.全区土壤母质以晚更新世黄土母质为主，占全区总面积的61.24%；其次为河流冲积物母质，占35.22%.土地利用方式以旱地为主，占45.71%；其次为水田，占到总面积的33.73%.土壤类型则以砂姜黑土和潮土为主，以濉河为界，濉河以北为潮土，濉河以南主要为砂姜黑土，沿着浍河等河流走向，分布有一定面积的黄褐土，淮河沿岸分布为潮土.

1 数据来源

数据来源于安徽怀远－灵璧地区多目标区域地球化学调查项目实测资料.表层土壤数据为每平方千米采集0～0.2m深度耕层样品一件，4km2组合分析一件样品.有机碳及全碳分析方法均为氧化还原定量法，分析方法检出限为0.05%，全碳分析精密度为2.46%，准确度为0.001 1；有机碳分析精密度为3.79%，准确度为－0.003 0.对采集的重复样测试结果进行相对双差的重复性合格率统计，土壤全碳合格率为94.55%，土壤有机碳合格率为100%，分析质量可靠，满足多目标区域地球化学调查要求.

2 计算方法

单位土壤碳储量表示单位面积（S）为4km2范围内、0～20cm深度土体中的碳储量［7－8］.

单位土壤全碳储量计算公式为

其中：TC为表层土壤全碳含量（%）；D表示采样深度（0.2m）；S表示单位面积（4km2）；10－4为单位换算系数；ρ为土壤容重（t·m－3）.

单位土壤有机碳储量计算公式为

其中：TOC表示表层土有机碳含量（%）.

单位土壤无机碳储量计算公式为

其中：TIC表示表层土无机碳含量（%），为全碳含量减去有机碳含量.

土壤碳密度计算公式为

土壤容重取值：根据《安徽土壤》［9］中不同类型土壤各典型剖面土壤容重数据统计其平均值，计算结果见表1.

表1 安徽省土壤容重Tab.1 Bulk density values of soil in Anhui province t·m－3

3 图件编制

根据土壤碳密度计算结果，利用GeoIPAS V2.8完全版软件（新疆金维软件，乌鲁木齐金维图文信息科技有限公司 ）自动生成，网格化方法采用幂指数加权，表层土壤数据搜索半径为10 000m×10 000 m，网格间距为2 000m×2 000m，搜索范围内最少搜索点数为3，幂指数因子10，采用累积频率0.5%、1.5%、4%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、95%、97%、98.5%、99.5%、100%的分级标准（多目标区域地球化学调查规范（DD2005－1）），色阶采用蓝色－黄色－红色连续色阶细致地反映土壤碳含量的变化情况.

4 结果与分析

4.1 表层土壤碳储量分布特征

怀远－灵壁地区表层土壤碳储量计算面积为1.081 2×104km2，深度：表层0～0.2m；平均碳储量为储量除以面积，平均碳密度为碳储量除以体积.

调查区表层土壤平均碳储量及碳密度统计结果列于表2.

表2 怀远－灵璧地区表层土壤碳储量Tab.2 Topsoil total carbon storages in Huaiyuan－Lingbi area

4.2 不同统计单元土壤碳储量分配特征

按照土地利用类型、土壤类型、成土母质类型等单元分别计算了怀远－灵璧地区全碳、有机碳和无机碳在表层土壤的单位土壤碳储量、平均碳储量等参数.

4.2.1 不同成土母质土壤碳储量的分配特征

不同母质类型表层土壤全碳、无机碳、有机碳储量统计结果列于表3.

表3 不同母质类型表层土壤全碳、无机碳、有机碳储量Tab.3 Topsoil total carbon，inorganic carbon and organic carbon storage of different parent materials

由表3可知，全碳、无机碳平均碳储量只有河流冲积物母质中平均储量大于全区平均储量，其余母质发育的土壤平均储量则低于全区平均值.有机碳平均碳储量多数高于全区平均值，以酸性盐类风化物母质发育的土壤有机碳平均碳储量最高.

4.2.2 不同土壤类型土壤碳储量的分配特征

对不同土壤类型碳储量进行了统计，结果见表4.

表4 不同土壤类型土壤全碳、无机碳、有机碳储量Tab.4 Topsoil total carbon，inorganic carbon and organic carbon storage of different soil types

表4的结果表明，潮土中全碳平均碳储量明显高于其他类型土壤，全碳储量全区最高.有机碳平均碳储量差异不大，水稻土、紫色土、粗骨土、潮土平均碳储量高于全区平均值.无机碳储量以潮土最高，其次为砂浆黑土、粗骨土、石灰岩土、黄褐土.

4.2.3 不同土地利用现状土壤碳储量的分配特征

旱地、水田、林地、园地、城市用地中土壤碳储量具体的分配状况列于表5.

表5 不同土地利用类型土壤全碳、无机碳、有机碳储量Tab.5 Topsoil total carbon，inorganic carbon and organic carbon storage of different land use types

由表5可看出，旱地、林地、园地、城市用地中土壤平均全碳储量均高于全区平均值，园地平均含量最高，其次为城市用地、旱地、林地.水田全碳平均碳储量最低.有机碳平均碳储量以林地最高，其次为城市用地、水田，园地有机碳平均碳储量明显低于其他利用地.无机碳平均碳储量以林地最高，其次为园地、城市、旱地，水田有机碳平均碳储量明显低于其他类型土壤.

4.3 土壤碳密度空间分布特征

4.3.1 土壤全碳密度空间分布特征

土壤全碳密度高背景区主要沿濉河、奎河及运料河分布，在淮河沿岸高背景带分布亦较为明显；低背景区主要沿浍河流域、固镇、泗县分布，如图1所示.

图1 表层土壤全碳密度图Fig.1 Distribution of topsoil total carbon densities

4.3.2 土壤有机碳密度空间分布特征

土壤有机碳密度主要呈背景分布，在宿州市、符离集、朱仙庄镇、山头镇、桃园镇以及淮河流域呈高背景分布，低背景区分布较分散，成片区在刘集镇－新马桥镇一带，如图2所示.

4.3.3 土壤无机碳密度空间分布特征

土壤无机碳密度在濉河一带呈高背景含量分布.在浍河、香涧湖、沱湖、天井湖等河流和湖泊周边，以及北部老寨山、灵山、黑峰岭等山地呈低背景分布，如图3所示.

图3 表层土壤无机碳密度图Fig.3 Distribution of topsoil inorganic carbon densities

4.4 表层土壤有机碳含量变化

4.4.1 研究方法及数据构建

利用1980年以前调查数据出版的《安徽土壤（1996年）》中有机质丰缺图，该图丰缺只有分级数据，具体分级为：极缺乏：≤1%；缺乏：1.0%～1.50%；稍缺：1.50%～2%；适中：2.0%～2.5%；富足：2.5%～3.0%；很富足：＞3%.其中极缺乏（≤1%）以及很富足（＞3%）不定值在区内的比例为10%和2%.第二次土壤普查数据采用有机碳分级值中值时，2007年数据减1980年呈负值的数据占86%，以最保守的方法——即第二次土壤普查有机碳分级数据全部取下界值，呈负值的数据仍占77.5%.因此，第二次土壤普查数据采用分级中值作为该级别土壤的有机质含量进行定量化，具体取值为：极缺乏：0.75%；缺乏：1.25%；稍缺：1.75%；适中：2.25%；富足：2.75%，很富足：3.5%.然后利用 USCATOC（0～0.2m）＝TOC×D×S×104×ρ计算单位土壤有机碳储量，该次实测数据减去该数据，大致判别近30年来有机碳储量的变化情况.

4.4.2 有机碳储量历史变化

与第二次土壤普查结果相比，区内有机碳储量增加了0.77Mt，累计速率为2.9%.有机碳储量增加的地区主要集中在宿州市、五河县、夹沟镇、大营镇等地区，其他地区分布较为零星.有机碳储量减少较明显的地区集中在固镇县－新马桥镇－蚌埠市一带，如图4所示.

图4 相对于20世纪80年代单位土壤有机碳储量变化分布图Fig.4 Distribution of unit soil organic carbon storage variations compared with that of 1980s

4.4.3 土壤有机碳储量变化成因分析

据研究表明，林地、草地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加的强度［10］，夹沟镇、老寨山等丘陵地区，有机碳储量增加明显，刚好与林地分布区一致.宿州市、五河县等地，与城镇分布密切相关，受到人为活动的影响，表层土壤碳储量有所增加.第二次土壤普查结果显示，蚌埠市土壤有机质含量平均值1.42%［9］，而该次调查结果显示该区有机质含量几乎均小于1.29%，明显有所降低，这可能与浍河沿岸不同土壤类型以及不同土地利用方式相关.需更进一步查证.

5 结论与展望

（1）怀远－灵璧地区表层土壤全碳储量41.80Mt，无机碳储量14.47Mt，有机碳储量27.34Mt.

（2）与第二次土壤普查结果相比，区内土壤有机碳储量增加了0.77Mt，累计速率为2.9%，就整个调查区而言，为碳汇区.

（3）区内以河流冲积物母质、潮土中的全碳、无机碳储量最高，酸性盐类风化物母质以及水稻土、林地中的有机碳储量最高.

（4）土壤碳密度空间分布规律与城市规模大小及土壤有机质的含量分布有密切的关系.主要围绕宿州市、蚌埠市等城镇以及濉河古河道呈高背景含量分布，低背景区则主要围绕四方湖分布.

土壤碳平衡受到越来越多的人为干扰，毁林、燃烧植物、土地利用方式的变化等等，这些过程都对碳循环产生较大影响.为保持土壤碳平衡，防止农田土壤碳的流失，应采取秸秆还田、退耕还林等措施，以保持土壤碳平衡，较少CO2的排放.

［1］朱连奇，朱小立，李秀霞.土壤有机碳研究进展［J］.河南大学学报：自然科学版，2006，36（3）：72－75.

［2］奚小环，张建新，廖启林，等.多目标区域地球化学调查与土壤碳储量问题——以江苏、湖南、四川、吉林、内蒙古为例［J］.第四纪地质研究，2008，28（1）：58－67.

［3］赵传冬，刘国栋，杨柯，等.黑龙江省扎龙湿地及其周边地区土壤碳储量估算与1986年以来的变化趋势研究［J］.地学前缘，2011，18（6）：27－33.

［4］陶春军，贾十军，邢润华，等.安徽滁州地区土壤有机碳储量分布特征研究［J］.资源与环境，2013，34（1）：63－71.

［5］贾十军，梁红霞，邢润华，等.安徽省江淮流域表层土壤有机碳储量历史变化探讨［J］.安徽地质，2012，22（1）：40－43.

［6］边维勇，马力，洪秀伟，等.辽河流域表层土壤碳密度与碳储量浅析［J］.岩矿测试，2011，30（1）：49－52.

［7］奚小环，杨忠芳，夏学齐.基于多目标区域地球化学调查的中国土壤碳储量计算方法研究［J］.地学前缘，2009，16（1）：194－205.

［8］邵月红，潘剑君，许信旺，等.浅谈土壤有机碳密度及储量的估算方法［J］.土壤通报，2006，37（5）：1007－1011.

［9］安徽省土壤普查办公室.安徽土壤［M］.北京：科学出版社，1994.

［10］周涛，史培军.土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响［J］.地球科学进展，2006，21（2）：138－143.