黑河中游不同土地利用类型下土壤碳储量及碳密度研究.docxVIP

黑河中游不同土地利用类型下土壤碳储量及碳密度研究 机制的研究 生态系统中碳的自然平衡受到破坏，这是温室气体浓度增加的主要原因。作为基础和重要数据，碳储存和碳捕获之间的流通量是碳环研究的重点。土壤碳库作为陆地生态系统碳库的主体,含量分别是植被碳库的3倍、大气碳库的2倍,其微小变化,即可成为CO2的主要碳源,也可成为减缓释放碳的途径,因此,土壤有机碳的变化机制是目前一个关键的生态过程和活跃的研究方向。国内外对土壤碳库的研究较多,国内的研究多利用两次土壤普查数据计算所得,结果存在差异,且多集中在土壤总有机碳库的研究和典型生态系统下土壤碳通量的监测。土壤中有机碳的组分复杂,常被分为难分解有机碳和易分解有机碳、非活性有机碳和活性有机碳(易矿化、易分解、水溶性强、周转时间短等),活性有机碳虽然只占很少比例,但因能敏感指示土壤环境和气候变化,对大气中温室气体含量贡献大受到重视。因土壤活性有机碳有不同表征,实验方法也有很大不同,其含量和分析结果存在较大差异,故而,对活性有机碳库的研究较土壤总有机碳库少。 绿洲作为干旱区一类主要的生态系统,环境承载力低,是人类活动对自然生态系统干扰和破坏程度较深的区域。作为绿洲可持续发展的基础,土壤生态系统的变化也将波及到区域或全球其它系统的变化,引发一系列的生态环境问题。本文以黑河中游绿洲为例,研究不同土地利用类型土壤总有机碳、活性有机碳和惰性有机碳的碳密度、碳储量的空间分布及其变化因素,填补以干旱区流域为单位的土壤生态系统碳库研究中的空白。 1 农业生产概况e 研究区位于黑河(中国西北地区第二大内陆河)流域中游,包括张掖地区的民乐、张掖、山丹、高台、临泽及酒泉地区的酒泉、金塔、嘉峪关等县市(96°42′~102°00′E,37°41′~42°42′N),是一个灌溉绿洲农业区,人工绿洲是社会经济的主体,其中耕地占流域总面积的90%。因地处中纬度地带,深居欧亚大陆腹地,属于大陆性中温带干旱气候。夏季短而炎热,月平均气温18.42~22.39℃,月平均降水15.65~43.99 mm。冬季长而寒冷,月平均气温-0.36~-10.17℃,月平均降水1.35~5.14 mm。春季升温快,秋季降温快。中游作为主要的耕作区,用水量占流域总用水量的82.6%,其中农田灌溉用水23.31×108m3。 1.1 样品采集和测定 土壤样品的野外取样方法为网格法。以研究区内1∶10万的地形图为准,12 km×12 km的网格为一个采样点,因酒泉、龙首山-合黎山土地利用类型简单,采样点布设稀疏,最终,共获得195个样点。剖面上的取样深度100 cm,按0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm,因沙漠、戈壁、裸土地深层以砾石为主,取样深度为0~20、20~40 cm。土壤容重采用环刀法。每个土壤样品在室内进行风干、过筛后,进行总有机碳(total organic carbon, 简称TOC)、活性有机碳(active organic carbon, 简称AOC)的测定。采样点的地理坐标用GPS测定。TOC含量采用油浴加热-K2Cr2O7容量法;AOC采用高锰酸钾氧化法,该方法是Loginow等在1987年提出,因简单、易行被广泛采用。非活性有机碳(nonactive organic carbon, 简称NOC)的含量是土壤中总有机碳含量与活性有机碳含量的差值。 1.2 黑领域内土地利用类型图 黑河流域现状土地利用类型图来源于中国科学院寒区旱区环境工程研究所遥感与地理信息科学研究室,本文所用的黑河中游土地利用类型图是从该图中所切,并从黑河中游土地利用类型图上提取各类型的面积。以上操作在Arc GIS 9.2中完成。 1.3 有机质含量分布 土壤碳密度(Cd,单位:kg/m2)的计算公式为: Cd=∑i=1n0.58HiBiQi×10?1×(1?θi)Cd=∑i=1n0.58ΗiBiQi×10-1×(1-θi) 0.58是土壤有机质含量中碳所占的百分比,Hi是i层土壤的厚度(cm),Bi是i层土壤容重(g/cm3),Oi是i层土壤的有机质含量(%)。θi为i层 >2 mm砾石体积含量(%)。 土壤有机碳库(SOCt,下式SSOCt为其值,单位:kg)的计算公式为: SSOCt=∑j=1nCdSjSSΟCt=∑j=1nCdSj 式中,Sj是j类土地利用类型的分布面积(m2)。 2 结果与讨论 2.1 土地分布的分布 研究区内土地利用类型有15种:中覆盖度草地、城镇用地、戈壁、旱地、有林地、水库和坑塘、水田、沙地、河渠、湖泊、灌木林地、盐碱地、裸土地、裸岩石砾地、高覆盖度草地。分析发现,戈壁、水田、中覆盖度草地、裸岩石砾地、盐碱地、沙地分布面积广,由大到小依次为9 756.59、3 922.98、3 363.06、2