n
C = P c Fi
( 3)
i= 1
1. 2 土壤碳释放量的测算
土壤碳释 放途径 主要有两 方面, 一 是土壤 呼
吸, 包括土壤中植物根系呼吸、微生物分解作用和
菌根呼吸等[ 8] ; 二是由于土壤利用方式的变化引起 有机质分解所释放的碳量[ 9] . 在计算土壤有机碳因
土壤呼吸释放到大气中的 CO2 量时, 应将土壤呼吸
n
biFi
b=
i= 1 n
( 2)
Fi
i= 1
式中: Fi 为某类土壤在第 i 分区的面积, 对应该分
区的有机质平均含量为 b, 对应 Fi 的土壤 厚度取
其平均值; 该类土壤在所研究的地区有 n 个分区.
依据各类 土壤平 均深度 和容 重, 利用 式( 1) 和 式
( 2) , 计算各类土壤的总有机碳量 C 为[ 8] :
耕地面积: 6 018 104 hm2
400. 247
6. 112
50
3. 6
74. 6
耕地面积: 1 51 104 hm2
307. 79
4. 7
60
173. 9
117. 0
耕地面积: 0 118 104 hm2
138. 0
2. 11
105
13. 4
89. 5
197. 07
3. 01
60
7. 6
56. 8
全球约有1 500 Gt 碳是以有机质形态储存于地 球土壤中, 土壤碳库储量约是大气碳库的 2 倍[ 1] , 因此土壤有机碳库及其排放, 对大气层二氧化碳浓 度影响巨大, 从而以温室效应影响全球气候变化. 土地利用变化与土地退化, 对碳在地球各圈层特别 是气 圈 与土 圈 之间 的 平衡 机制 有 相 当显 著 的 影 响[ 2] , 温室气体变化和碳、氮等元素的循还是生物 地球化学循环中的重要内容, 特别是在当前人类活 动影响加剧和大气中重要温室气体浓度不断增加的 情况下, 温室气体源汇以及碳、氮等元素的循环问 题就显得尤为重要, 其中碳循环又是核心. 许多研 究表明与大气交换的土壤有机碳大约占陆地表层生 态系统碳储量的 2/ 3, 全球变暖的一个反应就是加 速土壤有机碳的分解, 并加大对大气的碳释放, 这 将进一步加强全球变暖的趋势[ 3] . 全球范围内对土 壤有机碳库储量及其影响因素的研究不断深入, 以 期揭示土壤碳循环在全球变化中的作用.
1 研究方法与数据来源
1. 1 土壤有机碳量测算方法 根据国家土壤普查分类体系, 以土类或亚类为
基本单元, 针对各类土壤的空间分布、植被及其利
收稿日期: 2002-03-10; 修订日期: 2002-06-05 基金项目: 中国科学院知识创新工程项目( K ZCX 1-10-06) ; 国家自然科学基金项目( 90102006. ) ; 中国科学院 西部之光 项目资助 作者简介: 王根绪( 1965 ) , 男, 甘肃天水人, 研究员, 1999 年在中国科学院兰州冰川冻土研究所获博士学 位, 主要 从事寒旱区生态 与
所占比例 /%
平均深度 / cm
有机质 / ( g kg- 1)
Ca CO3 / ( g kg- 1)
备
注
高山寒漠土
495. 037
7. 56
22
11. 1
123
高山漠土
13. 51
0. 21
45
3. 1
107
其中中度 严 重退 化的 高山 草 甸土
高山草甸土
2034. 783
31. 07
70
121. 2
固定风沙土面积: 31 34 104 hm2
表 2 西藏地区辖区草地土壤分类及面积 T able 2 Classification and area of soils of gr asslands in T ibet Autonomous Region
分布面积 / 104 hm2
所占比例 /%
平均深度 / cm
量减去根系呼吸消耗量. 根据方精云等[ 10~ 12] 人的
观点, 土壤呼吸排放碳量由下式计算:
m
E c1 = j = 1 jFj ( 1- j ) j = 1, 2,
, m ( 4)
式中: E c 为扣除植物根系呼吸作用的土壤呼吸排放 1
碳量( t C a- 1 ) ; j 为土壤呼吸速 率( t C ( hm- 2 a- 1) ) ; Fj 为第j 类植被的总面积( hm2) ; m 为植被
( 3) 据长江与黄河源区约 21 104 km2 范围内 1980 1990 年代两 期遥感数据, 分析得出 的有关 草地变化数据; 近年来相关区域生态与环境调查结 果[ 17~ 19] .
2 草地土壤有机碳库储量及其分布特征
研究区域在行政管辖上分属于青海省( 不包括 其东部黄土农业区) 和西藏自治区, 草地土地类型 以高山草 甸土、高山 草原土、亚 高山与山 地草甸 土、亚高山 草原土、高 山漠土以 及非地带 性草甸 土、风沙土和沼泽土等为主. 由于土壤类型及其亚 类分布存 在差异, 加 之温度、水 分和植被 状况不 同, 同类土壤在青海与西藏的平均有机质含量表现 出一定的差异性, 如表 1 和 2 所示, 两大区域分布 的草地土壤类型及其平均有机质含量都有所不同. 为此, 在分析计算草地土壤碳储量时, 将分开两大 区域进行.
类型数; j 为根系呼吸所占的比例( % ) . 土地利用变化使土壤碳通量呈源或汇, 是一个
有争议的问题, 一般来讲, 森林砍伐将造成净碳排 放, 草地向耕地转变, 可以形成土壤碳排放, 也可 能导致土壤碳积累, 草地向牧地转变或草地退化, 则必然造成土壤碳排放[ 13, 14] . 有证据表明[ 13] , 土 壤活动层( 上层 1 m 左右) 可能有 50% 的碳在大约 50 a 的时间内损失掉, 其中大多数集中于前 25 a, 排放过程近似于指数型. 因此, 计算土地利用变化 造成的碳排放通量的时间尺度一般取 25 a, 采用下 式计算[ 15] :
51. 0
99. 4
其中耕地面积: 33 334 104 hm2
249. 254
3. 81
105
24. 7
167. 0
耕地面积: 60 227 104 hm2
19. 239
0. 293
110
10. 6
130. 0
耕地面积: 7 49 104 hm2
137. 032
2. 09
105
8. 3
103. 0
王根绪1, 2, 程国栋1, 沈永平1
( 1. 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室, 甘肃 兰州 2. 兰州大学 资源环境学院, 甘肃 兰州 730000)
730000;
摘 要: 定量分析了青藏高原各类草地 0~ 0 65 m 深 度范围内有机碳储量, 结果表明: 青藏高原总面积 为 1 6027 108 hm2 的草地有机碳量达到 335 1973 108 t C, 其 中以高原草 甸土和 高原草原 土有机 碳 积累量为 主, 两者之 和达 到 232 36 108 t C, 占全 国土 壤 有机 碳量 的 23 44% , 是 全 球土 壤 碳库 的 2 4% . 在有机碳储量分析的 基础上, 按土壤碳释放的两 种主要途 径: 土壤 呼吸作用 和土地利 用方式 变 化与草地退化, 对草地土壤碳排放进行了估算, 揭示出青藏高原草地 土壤通过呼 吸每年排放 的 CO2 达 到 11 78 108 t C a- 1 , 约占中国土壤呼吸总量的 28 3% , 明显高于全国乃至全球平 均值; 近 30 a 来, 青藏高原 草地土壤由于土地利用变化和草地退化所 释放的 CO2 估计约 有 30 23 108 t C. 保 护青藏 高 原草地对于全球变化意义重大. 关键词: 青藏高原; 草地; 土壤; 有机碳 中图分类号: S153. 6+ 1 文献标识码: A
青藏高原是地球陆地生态系统的重要 组成部 分, 是世界上低纬度冻土集中分布区, 作为欧亚大 陆最高最大的地貌单元, 不仅对全球气候变化十分
敏感, 而且在亚洲气候乃至全球气候变化中扮演重 要角色[ 4] . 青藏高原广泛分布的高寒草甸、高寒草 原与高寒沼泽草甸草地等均属自然控制类型, 并占 据青藏高原的绝大部分面积, 这类地表在欧亚大陆 具有相当的区域代表性[ 5] , 同时, 青藏高原草地发 育的高山草甸土、亚高山草甸土以及高山草原草甸 土等高山土壤富含有机质, 土壤碳密度明显高于其 它地域土壤[ 6] . 近年来, 诸多研究表明[ 7] , 青藏高 原气温不断升高, 由于冻土热力敏感性大, 因此高 原冻土具有很大的碳、氮等温室效应气体的排放潜 力. 正是由于青藏高原这种特殊的地理和生态单元 及其对全球变化的重要作用, 研究青藏高原草地土 壤温室气体和碳、氮等元素循环特征对于评价青藏 高原生物地球化学循环对全球变化的响应和反馈作 用就具有重要科学和实际意义.
第 24 卷 第 6 期 2 0 0 2 年 12 月
冰川冻 土
JOU R NAL OF GL ACIOL OGY A ND G EOCRYO LOG Y
V ol. 24 No. 6 Dec. 2002
文章编号: 1000- 0240( 2002) 06- 0693- 08
青藏高原草地土壤有机碳库及其全球意义
有机质 / ( g kg- 1)
101. 8
5. 6
1567. 689
23. 94
60
31. 2
92. 7
其中 中度 严 重退化 的面 积: 3. 435
357. 087
5. 45
110
67. 4
63. 3
104 hm2; 耕地: 4 073 104 hm2
63. 965
0. 98
60