广西土壤有机碳含量及空间分布特征
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【摘 要】根据广西第二次土壤普查结果，采用GIS技术估算广西土壤有机碳储量及空间分布规律，结果表明，在标准剖深下（0～100cm）广西陆地土壤有机碳含量约为16.80×108 t ；土壤有机碳密度变幅在0.9～28.5 kg/m2之间；砖红壤、红壤和赤红壤的土壤有机密度分别为4.87kg/m2、10.45 kg/m2和4.74kg/m2，三者占广西土壤面积的47.70%；广西平均土壤碳密度为8.37 kg/m2。广西土壤有机碳密度总的分布规律是北部山区高于中部丘陵、盆地地区，其中桂东北和桂西北的碳密度在7～29 kg/m2范围内；桂南大部分地区的碳密度在0～7 kg/m2范围内变化；全区土壤有机碳密度主要在5～11 kg/m2范围内变化。
【关键词】广西；土壤有机碳库；土壤碳密度；GIS
陆地生态系统碳循环是全球碳循环的重要组成部分，土壤碳库是陆地最大的碳储库。土壤有机碳的积累和分解的速率直接影响着大气中CO2浓度的变化，作为温室气体的CO2，对全球的温度变化起着关键作用，大气CO2浓度的上升、全球气候变暖，使土地利用模式及其变化对土地生态系统碳循环的影响研究成为当前的热点和难点。全球1m深土壤的有机碳含量约为1500Pg C，是植被碳库（550±100 Pg C）的3倍，大气碳库（805 Pg C）的2倍。土地利用变化主要对0～20cm土层内的土壤有机碳产生影响，且对第一层的影响比第二层的大。陆地生态系统是人类活动最频繁的地方，任何微小的扰动变化都可能影响到大气和土壤之间碳循环的平衡，进而改变人类的生存环境。因此不论是从研究地球各个圈层之间的物质循环还是从认识自然资源以便为人类更好的利用，都具有重要的参考价值和指导意义。
土壤有机碳储量研究一般是按照植被类型、土壤类型、生命带或模型法来做统计。
1 研究地区和研究方法
1.1 自然概括
广西壮族自治区地处祖国南疆，位于东经104°26'―112°04'，北纬20°54'―26°24'之间，北回归线横贯全区中部。全区土地总面积23.67万平方公里，占全国总面积2.47%。广西地貌总体是山地丘陵性盆地地貌，呈盆地状，其特征是：丘陵错综，占广西总面积10.3%；喀斯特广布，占广西总面积37.8%；山系多呈弧形，层层相套。广西是全国降水量最丰富的省区之一，各地年降水量为1080～2760mm，大部分地区在1300～2000mm之间。其地理分布具有东部多，西部少；丘陵山区多，河谷平原少；夏季迎风坡多，背风坡少等特点。由于受冬夏季风交替影响，广西降水量季节分配不均，干湿季分明。4～9月为雨季，总降水量占全年降水量的70%～85%，强降水天气过程较频繁，容易发生洪涝灾害；10～3月是干季，总降水量仅占全年降水量的15%～30%，干旱少雨。
1.2 数据来源
该研究数据来源于广西第二次土壤普查，以土种为基础分类单元的土壤分类级别，全区共观察土壤剖面186973个，其中水稻土平均208亩一个，耕作旱地土壤平均318亩一个，林荒地平均8396亩一个，共分析土壤剖面样15112个（39369层次），理化样53339个，速测样1043381个，共约480万个分析数据。
根据广西第二次土壤普查资料，调查土壤面积为20.08×104km2。其中石灰土所占面积最大：棕色石灰土、棕色石灰泥土占棕色石灰土区域的面积比分别为13.5%和61.7%，红色石灰土、红色石灰泥土占红色石灰土区域的面积比分别为66.1%，17.4%。
1.3 研究方法
利用地理信息系统软件ArcGIS将广西1：50万的土壤图数字化，建立以土种为单位的空间数据库，然后计算各土属每个土层的有机碳含量：选取该土属内所有土壤的典型剖面，按照土壤发生层分别采集土壤有机质的含量、土层厚度、容重等数据，部分土壤容重采用平均值，计算出每个土属的土壤有机质含量，（有机质含量乘以Bemmelen换算系数得0.58作为计算有机碳含量的常量），建立土壤有机质的属性数据库；利用Arc/Info的空间分析功能计算出广西各类土壤的有机碳含量，并绘制广西土壤有机碳密度（土壤有机碳含量与土壤面积的比值）分布图。
各类土壤的有机碳含量：
Ci=0.58×Si∑（HjOjWj）
式中，i为土壤类型，Ci为第i种土壤类型的有机碳储量（t），Si为第i种土类的面积，Hj为第i种土壤的j层的土属平均厚度，Oj为第i种土属的j层的土壤平均有机质含量，Wj为第i种土壤的j层的土属平均容重。
本文土壤有机碳储量的计算方法与王绍强等的方法相同，但计算单位和土壤剖面数量不同。
研究采用如下流程：
数据采集：来源于广西第二次土壤普查以土种为基础分类单元的土壤人类级别，全区共观察土壤剖面186973个其中水稻土平均208亩一个，耕作旱地土壤平均318亩一个，林荒地平均8396亩一个，共分析土壤剖面样15112个（39369层）。
土壤剖面有机质数据库：将广西第二次土壤普查的个种土种的属性数据录入ArcGIS数据库。
广西土壤图数字化：将广西全区的地形图进行矢量化。
空间分析：利用ArcGIS自带的空间分析工具，对数据和矢量图进行分析，得出最后成果图。
2 结果与分析
2.1 土壤有机碳含量
在ArcGIS技术的支持下，运行研究方法，结果表明：0～100cm剖深下广西有机碳储量为16.80×108t，土壤平均有机碳密度为8.37kg/m2。
黑泥田、黑色石灰泥土和烂疤锏挠谢碳密度最高，分别为28.45kg/m2、22.26kg/m2和21.03 kg/m2，这些土壤由于形成发育于山麓坡地以及山间各种微起伏地形的凹地中，有机质分解缓慢，腐殖质富集，造成土壤有机质积累，因此总体上土壤有机密度较高，总面积有293.2km2，占广西土壤面积的0.15%，土壤有机碳储量为54.59×105t，占总储量的0.32%。
杂沙赤红泥土、海积泥土的有机碳密度较低，分别为6.53kg/m2和2.71 kg/m2，分布面积为14.40km2，占广西土壤总面积的0.07%，有机碳含量占总储量的0.027%。
棕色石灰土、沙泥红壤和沙泥赤红壤是广西分布最广的土壤，其平均土壤有机碳密度分别是3.64 kg/m2、6.28 kg/m2和4.55 kg/m2；分布面积分别为4975.9km2、36433.3km2和36967.6km2，分别占全区土壤面积的2.48%、18.14%和18.41%，其土壤有机碳储量分别为26.83%、10.85%和7.98%。棕色石灰土有机质含量高，土层较黑色石灰土深厚，也比较连片，有机质及速效养分都比较丰富，适合各种植物生长，但岩溶地区一般地表水小，地下水埋藏深，水分蒸发大，土壤环境干旱，仅有稀疏灌丛，植被覆盖率低，水土流失大。沙泥红壤一般地处丘陵顶部或中、上部，土体分化层较浅，土层薄，较少开垦利用，多为林、荒地，有机质含量较高。沙泥赤红壤是广西南部的重要土壤资源，生产潜力大，肥力中等。
水稻土作为农业生产的主要土壤，在全区各地都有分布，面积20941.9km2，其平均碳密度为11.4kg/m2，高于全区的平均水平，这主要是由于水稻土长期淹水，且受人为增加肥力的影响，有机质积累较丰富，水稻土土壤有机碳储量2391.9×105t，占全区有机碳储量的14.24%。
2.2 广西土壤有机碳分布特征
土壤有机碳密度空间分布受诸多因子影响，如气候、地形、岩性、土壤和土地利用/覆被等。地表覆被是土壤有机碳的主要来源。就广西而言，从北部百色及桂林等地的原始森林出发，经中部盆地、丘陵至沿海，植被覆盖度总体呈现逐级降低趋势，这也在宏观上决定了广西土壤有机碳密度的分布也具有相似的走势。
气候类型多样，夏长冬短。从气候区划而论，广西北半部属中亚热带气候，南半部属南亚热带气候；从地形状况来看，桂北、桂西具有山地气候一般特征，“立体气候”较为明显，小气候生态环境多样化；而桂南又具有温暖湿润的海洋气候特色。所以从气候条件看，广西北部较之南部，冬季长夏季短，年平均气温低，更有利于有机碳的积累，故北部有机碳密度高于南部。
从全区土壤有机碳密度总体分布图上看（广西土壤有机碳密度分布图），广西西北部、东北部的土壤及南部沿海少量土壤有机碳密度高于中部盆地及山区，土壤有机碳密度为5～7 kg/m2的地区主要分布在桂东的大部分地区，总面积53059.3 km2，占自治区土壤面积的26.42%；土壤有机碳密度为7～9 kg/m2的地区主要有来宾市、河池市的东南以及百色至崇左市的区域，总面积25679.4 km2，占全区土壤面积的12.79%；碳密度为9～11kg/m2的地区主要分布在百色市西部及北部，河池市东北部，桂林北部及东南部，总面积为23008.4km2，占全区土壤面积的11.46%为三者合计占全区土壤面积的50.67%。可见，全区有机碳密度主要在5～11 kg/m2范围内变化。
广西土壤有机碳密度分布图（单位kg/m2）
土壤有机碳密度5 kg/m2的地区主要分布在桂中、桂西及桂北的广大地区，总面积为62468.9km2，占广西土壤面积的31.10%；而土壤有机碳密度11 kg/m2的主要分布在百色市北部及西北部、河池东南部、桂林东南部及钦州市和防城港市周边，总面积36979.0 km2，占全区土壤面积的18.4%。
2.3 广西土壤有机碳密度的比较
砖红壤、红壤、赤红壤是广西的主要土壤类型，分布面积广，占广西土壤面积的64.10%，其土壤有机碳密度0.85～13.45 kg/m2，变化范围较大，这是因为广西地处热带亚热带地区，全年降水较多，温度较高，植物生长茂盛但分布不均衡，长势不同，导致分解速度有快慢之分，且如果土地利用不合理，很容易造成土壤有机质的损失。
3 结语
广西土壤有机碳储量的计算是根据第2次土壤普查的土壤剖面的深度计算的，但土壤剖面以下，仍然含有部分有机碳，加上土壤空间分布的复杂性以及人为活动因素的影响，因此实际广西土壤有机碳含量的数值应该比计算的更大。
广西0～100cm标准剖深土壤有机碳储量为16.80×108t，0～20cm剖深土壤有机碳含量为6.72×108t，占土壤有机碳含量的40.0%，广西地处我国南部边疆，境内以山地为主，山地、丘陵约占陆地面积的68.3%，地形地质条件复杂，雨水充沛且较集中，大雨、暴雨较多，冲蚀力强，极易造成水土流失，土壤有机质的损失。如果不加以阻止，广西土壤腐殖质的损失可以造成生态危机，因为土壤腐殖质是地球表面太阳能的主要累积器，也是保证生物圈生态系统稳定的土壤生产力。
综上所述，必须从源头上治理水土流失，减少乱砍乱伐，升级农业结构，因地制宜，改革生产关系，才能根本上解决土壤有机碳不断流失的局面，改善生态效益，促进农业及广西经济又好又快发展！
参考文献：
[1]刘纪远，王绍强，陈镜明等，1999-2000年中国土壤与碳氮蓄积量与土地利用变化[J].地理学报，2004，59（4）
[2]周绪，刘志辉，菊春燕等.基于RS和GIS分析干旱区土地利用/覆被变化对陆地植被碳储量的影响[J].干旱地区农业研究，2007（6）
[3]Lal R. 1999. Word soils and greenhouse effect.IGBP Global Change Newsletter，37，4～5
[4]Houghton R A. Balancing the global carbon budget [J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences， 2007（1）
[5]Wang S-Q（王绍强），Zhou C-H（周成虎），L K-R（李克让）.2000.Analysis on spatial distribution of soil organic carbon reservoir in China.Acta Geogr Sin（地理学报），55（5）：53～544（in Chinese）
[6]Zhong J-H（钟继洪），Zhang B-G（张秉刚），Tang S-Y（唐淑英），eds.1998.Soil Physics and Management of Agricultural Development in Guangdong.Guangzhou：Guangdong Science and Technology Press.34～629（in Chinese）
[7]邓万刚，吴蔚东，陈智明，等.土地利用方式及母质对土壤有机碳的影响[J].生态环境，2008（3）
[8]Li L-H（李凌浩）.1998.Effects of land-use change on soil carbon storage in grassland ecosystems.Acta Phytoecol Sin（植物生态学报）.22（4）：300～302（in Chinese）
[9]Wang Q-B（王其兵），Li L-H（李凌浩），Liu X-H（刘先华），et al.1998.Spatial heterogeneity of soil organic carbon and totai nitrogen in an Xilin River basin grassland，Inner Mongolia.Acta Phytoecol Sin（植物生态学报），22（5）：409～414（in Chinese）
作者简介：
乔伟（1987- ），男，山西兴县人，助理工程师，学士，主要从事地理信息相关工作。