王甜甜+黃艷萍+聶兵

摘 要：城市作為主要的人類活動集中地，在碳循環(huán)中占據(jù)著重要地位。伴隨著全球氣候變化的加劇，城市土壤碳庫研究被賦予了新的內(nèi)涵，受到了廣泛關(guān)注。該文綜述了土壤類型法、模型法、生命地帶法及GIS估算法等幾種主要的城市土壤碳儲量估算方法，并分析了其優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：城市土壤；碳儲量；估算方法

中圖分類號 S153.6 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）01-0069-03

Abstract：The urban，as the main gathering place for human activities nowadays，takes an important role in carbon cycling.Nowadays，with the exacerbating of global climate change，the urban soil carbon pool is given a new connotation，and was widely concerned.This thesis summarizes several main methods of estimating the carbon storage，such as soil type method，model method，life zone method and GIS estimation method，etc.In addition，the thesis analyzed the merits and demerits of each method in order to reduce or avoid the mistakes caused by the improper research methods in the process of estimating carbon storage of the soil.

Key words：Urban soils；Carbon storage；Estimation method

1 引言

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及碳平衡對土地利用/覆被變化（LUCC）的響應(yīng)是當前全球變化和碳平衡研究的重點內(nèi)容[1-2]。人口增長壓力導(dǎo)致的LUCC正深刻影響著生態(tài)系統(tǒng)地上和地下的碳儲量[3]，已經(jīng)成為改變陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的主要驅(qū)動因素，對人類的生存環(huán)境和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生著重要的影響[4-5]。由于人口的高度集中和經(jīng)濟活動頻繁，快速發(fā)展過程中的城市用地在迅速擴張。城市用地的改變深刻影響著城市土壤的理化性質(zhì)，使得土壤既可能成為碳匯，也可能成為碳源[6]。章明奎等的研究表明，城市土壤碳具有明顯的積累并具較大的空間變異性，城區(qū)土壤的平均有機碳貯量遠高于遠郊區(qū)土壤，且城市土壤有機碳較為穩(wěn)定[7]。Pouyat的研究發(fā)現(xiàn)隨著相鄰的土地利用類型的城市化，城市的土壤碳儲量將受到強烈影響[8]。研究表明，大約60%～70%已損耗的碳，可通過采取合理的土地利用和管理方式被重新固定[9]。因此，精確估算城市生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量，準確評價其對土地利用/覆被變化的響應(yīng)，是制定合理的土地政策，增加陸地碳匯量的基礎(chǔ)[10]。

2 城市土壤碳儲量估算主要方法

目前研究城市土壤碳儲量的方法主要有土壤類型法、模型法、生命地帶法、GIS估算法等，由于受到資料收集、空間差異、科學技術(shù)等差異性因素影響，每種方法各有利弊。

2.1 土壤類型法 土壤類型法是通過實驗獲得土壤剖面數(shù)據(jù)，從而估算土壤碳含量，再根據(jù)區(qū)域或國家尺度的土壤圖上的各土壤類型面積計算得到土壤碳儲量[11]。學者史利江等采用土壤類型法，根據(jù)上海第二次土壤普查資料，研究了上海市土壤有機碳儲量、碳密度及其空間分布格局，結(jié)果表明，上海地區(qū)0～100cm深度的土壤有機碳總儲量及平均土壤有機碳密度分別為5.76×107t和10.55kg/m2，相對全國平均水平較高，表現(xiàn)為較強的碳蓄積能力[12]；陳曦以廣西第二次土壤普查的土壤剖面數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合廣西1：50萬的土壤圖以及行政區(qū)劃圖，計算得到各城市表層土壤有機碳庫儲量為6.42×1011kg，而有機碳密度均值為3.33kg/m2，低于全國平均值[13]。實際研究中，根據(jù)不同研究區(qū)域的地形地貌條件，學者們采用的土地分類方法也不盡相同，如許文強等基于網(wǎng)格的土壤類型法，估算干旱區(qū)典型的三工河流域城市土壤碳儲量為14.35GT，平均碳密度為6.70kg/m2[14]；劉為華采用扇形網(wǎng)格方法，將城市宏觀大尺度和土壤樣地小尺度數(shù)據(jù)加以整合，得到研究區(qū)綠地土壤0～30cm土層的碳密度和碳儲量分別為25.807kg/m2和3 589 968.57t，30～60cm土層土壤碳密度和碳儲量分別為28.129kg/m2和3 106 810.18t[15]。

綜合來說，土壤類型法的優(yōu)點在于：可以利用如世界土壤圖、國家土壤圖等統(tǒng)一的估算體系，方便各學者將研究結(jié)果進行歸總和比對，其缺點在于統(tǒng)一的估算系統(tǒng)較于籠統(tǒng)簡化，在計算結(jié)果的精度上可能存在較大差異。

2.2 模型方法 模型方法是根據(jù)各種土壤碳循環(huán)模型估算土壤碳蓄積量的方法，這種方法可以綜合考慮決定進入土壤的碳數(shù)量和質(zhì)量，以及決定土壤碳分解速率的各種因子，從而估算土壤有機碳儲量，并能根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)和氣候變化模擬數(shù)據(jù)，預(yù)測不同情況下的土壤碳蓄積量動態(tài)變化趨勢，探討土壤碳蓄積和固定潛力，分析氣候變化對土壤碳蓄積的不同綜合影響[16]。1991年Jenkinson使用了Lausanne模型計算了從土壤有機質(zhì)中釋放的二氧化碳排放量，估算出土壤有機質(zhì)在未來60a將有61×1015G[17]；李克讓應(yīng)用生物地球化學模型及生物物理子模型、植物生長子模型、土壤子模型3個包含關(guān)系的子模型，估算出中國陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤總碳儲量為82.65Gt，平均土壤碳密度為9.17kg/m2[18]。

根據(jù)不同的研究目的，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了多種土壤碳循環(huán)的模型，不僅能夠適用于各種要求的研究，也能夠解決尺度轉(zhuǎn)換的問題，但是土壤碳循環(huán)模型在開發(fā)和計算上都較為復(fù)雜困難，需要大量的模擬運算，不僅對技術(shù)手段有較高要求，而且需要大量的觀測數(shù)據(jù)。

2.3 生命地帶法 生命地帶法是根據(jù)生命地帶類型的土壤有機碳密度乘以該類型分布面積來計算土壤有機碳蓄積量的方法。最為經(jīng)典的是Post基于Holdridge生命帶模型，搜集了2 696個土壤土層數(shù)據(jù)資料，估算出全球1m土層有機碳庫為1 395Gt[19]。該方法不僅能夠計算出總的土壤有機碳儲量，還能夠了解不同生命地帶類型的土壤有機碳儲量，而且每個生命地帶類型還能夠包括不同的土壤類型，使得分布范圍更加廣泛。該方法的缺點是數(shù)據(jù)的來源過于廣泛，可靠性不足，容易造成計算結(jié)果有較大的差異性。

2.4 GIS估算法 GIS估算法是先數(shù)字化參加計算的土壤圖，確立以土屬為單位的空間數(shù)據(jù)庫，然后計算各土壤土屬各個土層的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，接著選取該土屬內(nèi)所有土種的典型土壤剖面，按照土壤發(fā)生層分別采集土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、土層厚度和容重等數(shù)據(jù)，計算出每個土層的土壤有機質(zhì)平均質(zhì)量分數(shù)和土層平均深度及其平均容重等，最后建立土壤有機質(zhì)的屬性數(shù)據(jù)庫，再利用GIS的空間分析功能計算出各類土壤的有機碳儲量[20]。已有研究中，吳志峰以廣州市為研究區(qū)，基于廣東省第2次土壤普查數(shù)據(jù)和2000年ETM+遙感數(shù)據(jù)，計算出廣州市0～20cm和0～100cm土壤有機碳儲量分別為2.16×107t，為6.40×107t，土壤有機碳平均密度分別為32.06t·hm-2，94.91t·hm-2[21]。許乃政基于1∶250000多目標地球化學調(diào)查數(shù)據(jù)，利用RS遙感影像和GIS統(tǒng)計技術(shù)，計算出1980—2005年間上海城區(qū)表層土壤有機碳密度為（3.926±1.381）kg.m-2，其均值是郊區(qū)的1.049倍，是鄉(xiāng)村地區(qū)的1.255倍，呈現(xiàn)出城市-郊區(qū)-鄉(xiāng)村空間梯度演替特性[22]。相對于人工野外調(diào)查、數(shù)理統(tǒng)計分析的方法，遙感技術(shù)支持下的GIS 估算法具有精高度、時相統(tǒng)一、效率高、調(diào)查全面等特點，并且能夠解決前者因為費時費力調(diào)查結(jié)果精度不高、不可靠的弊端。

3 結(jié)語

本文著重介紹了幾種國內(nèi)外通用的城市土壤碳儲量估算方法，每種方法都有其優(yōu)點和局限性。由于土壤分類系統(tǒng)、采樣方法、計算方法、參數(shù)估計方法存在一定的差異性，導(dǎo)致目前土壤碳儲量的估算值相差較大。今后還需要學者的繼續(xù)深入探索，綜合各種方法，融合多學科技術(shù)，不斷提高研究的精準性與科學性。

參考文獻

[1]SAMPSON R N，APPS M，BROWN S，et al.Terrestrial biosphere carbon fluxes quantification of sinks and sources of CO2[J].Water，Air，and Soil Pollution，1993，70：3-15.

[2]王紹強，陳育峰.陸地表層碳循環(huán)模型研究及其趨勢[J].地理科學進展，1998，17（4）：64-72.

[3]Houghton R A.Revised estimates of the annual net flux of carbon to the atmosphere from changes in land use and land management 1850-2000 [J].Tellus Series B-Chemical and Physical Meteorology，2003，55（2）：378-390.

[4]Li Z，Zhao Q.Organic carbon content and distribution in soil under different land use in tropical and subtropical China[J].Plant Soil，2001，231：175-185.

[5]Solomon A M，et al.The interaction of climate and land use in future terrestrial carbon storage and release[J].Water，Air，Soil Pollut，1993，70：595-614.

[6]吳建國，張小全，徐德應(yīng).土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能影響的綜合評價[J].中國工程科學，2003，5（9）：65-77.

[7]章明奎，周翠.杭州市城市土壤有機碳的積累和特性[J].土壤通報，2006，37（1）：19～21.

[8]Pouyat R.，Groffillan P，Yesilonis L，et al.Sole carbon pools and fluxes in urban ecosystem[J].Environment pollution.2002，116：107-118.

[9]Lal R.Soil carbon dynamics in cropland and rangeland[J].Environmental Pollution，2002，116：353-362.

[0]Robin W，Murray S，Rohweder M.Plot analysis of global ecosystem：grassland ecosystems[J].Washington D.C：World Resource Institute，2000，49-53.

[11]Eswaran H，Vander Berg E，Reich P.Organic carbon in soils of the world[J].Soil Sci.Soc.Am.J，1993，57 ：192-194 .

[2]史利江，鄭麗波，羅張衛(wèi)國，等.上海土壤有機碳儲量及其空間分布特征[J].長江流域資源與環(huán)境，2010，19（12）：1442-1446.

[3]陳曦.廣西土壤有機碳儲量估算及與全國部分省區(qū)的比較研究[J]地理科學，2014，34（10）：1247-1253.

[14]許文強，陳曦，羅格平，等.干旱區(qū)三工河流域土壤有機碳儲量及空間分布特征[J].自然資源學報，2009，24（10）：1740-1747.

[5]劉為華.上海城市綠地土壤碳儲量格局與理化性質(zhì)研究[D].華東師范大學，2009.

[6]邵月紅，潘劍君，許信旺，等.淺談土壤有機碳密度及儲量的估算方法[J].土壤通報，2006，37（5）：1007-1011.

[7]Parton WJ，Rasmussen PE.1994.Long-term effects of crop management in wheat/fallow Ⅱ.Century model simulations.Soil Sci Soc Am J，58：530-536.

[8]李克讓，王紹強，曹明奎.中國植被和土壤碳貯量[J].中國科學，2003，33（1）：72-80.

[9]Postw M，Emanuelw R， Zinke PJ，et al.Soil carbon pools and world life zones[J].Nature，1982，298 （8）：156-159.

[20]吳瑾，吳克寧，趙華甫，等.土壤有機碳儲量估算方法及土地利用調(diào)控措施研究進展[J].中國土地科學，2010，24（10）：18-24.

[2]吳志峰，黃銀華，姜春.廣州市土壤與植被碳蓄積及其空間格局分析[J].廣州大學學報（自然科學版），2014，13（3）：73-79.

[22]許乃政，張?zhí)伊?，王興祥，等.城市化進程中的土壤有機碳庫演變趨勢分析[J].土壤通報，2011，42（3）：659-663.

（責編：徐煥斗）