張炎周，梁玉喜，代立東，王 瀚，易 輝

(1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081;2.四川省森林資源和荒漠化監(jiān)測中心，四川 成都 610081;3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川 雅安 625014)

1 問題的提出

1.1 土壤有機碳及其分布的基本性質(zhì)

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)作為重要組成部分，在全球碳收支平衡中占有主導(dǎo)地位［1］，直接影響全球溫度的變化［2］。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡及碳貯存與分布的研究日益成為全球變化研究的焦點。準(zhǔn)確地評估陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)不僅是準(zhǔn)確地估算未來大氣CO2濃度、預(yù)測氣候變化及其對陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的關(guān)鍵，也是履行《聯(lián)合國氣候變化框架公約》與《京都議定書》等國際公約及制定應(yīng)對策略的關(guān)鍵點。因此，研究土壤有機碳含量可以反射影響因子的變化，折射特定時空的自然現(xiàn)象和人類活動，對全球生態(tài)環(huán)境研究具有指導(dǎo)意義［3］。

土壤有機碳(Soil Orgnic Carbon，SOC)儲量是進入土壤的生物殘體等有機物質(zhì)的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機物質(zhì)的損失之間的平衡［4］，現(xiàn)有土壤有機碳的含量是土壤有機碳分解速率、作物殘余物數(shù)量與組成、植物根系及其他返還至土壤中有機物的函數(shù)，土壤有機碳的庫存量與進入土壤的植物凋落物和地上生物量呈線性正相關(guān)關(guān)系［5～7］。土壤有機碳主要分布于土壤上層1m深度以內(nèi)，全球土壤上層1m內(nèi)的有機碳含量為1 220 Gt，相當(dāng)于總現(xiàn)存生物量(自然植被和作物)的1.5倍［8］。然而，全球土壤有機碳儲量在過去100 a一直呈下降趨勢［9］。

1.2 森林土壤有機碳在全球氣候變化中的重要意義

全球土壤有機碳量(1 500 Pg～2 000 Pg，1 Pg=1015g)約為陸地生物碳量(620 Pg)的2.4倍，為大氣圈CO2含量的兩倍［10］;土壤碳庫0.1%的變化將導(dǎo)致大氣圈CO2的濃度發(fā)生百萬分之一的變化，全球土壤有機碳10%的變化，其數(shù)量相當(dāng)于人類活動30 a排放的CO2量［11］。因此土壤有機碳的動態(tài)及其控制過程的研究不僅是土地資源可持續(xù)利用的重要基礎(chǔ)，而且可以對土壤碳循環(huán)與全球氣候變化的相互作用研究具有重要意義［12］。

森林在全球碳平衡中起著重要的作用，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)中大約75%的碳量儲存在土壤中，而森林土壤又保存了地下土壤碳的40%左右［13］，森林土壤碳占全球土壤碳的73%［14］。森林土壤碳含量大約是森林生物量的2倍～3倍。因此對土壤碳庫的研究與植被相比是同樣重要的。但目前土壤碳循環(huán)的研究是陸地碳循壞研究中最不充分的部分。這就說明對森林土壤碳排放進行深入研究的必要性，同時也說明對土壤碳庫做進一步研究的重要性［15］。森林土壤碳主要以有機碳形式存在。由于土壤有機碳儲量的巨大庫容，其較小幅度的變化就可能影響到碳向大氣的排放，以溫室效應(yīng)影響全球氣候變化。正確估算區(qū)域土壤有機碳含量及其變化是全球氣候變化研究以及全球環(huán)境變化研究的重要內(nèi)容。了解土壤碳循環(huán)是研究全國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基礎(chǔ)，精確計算土壤有機碳儲量的方法是進行土壤碳儲量計算的基礎(chǔ)，確定土壤有機碳的儲量、空間分布，對土壤碳循環(huán)，全球變暖現(xiàn)象的研究具有重要意義。

鑒于森林土壤有機碳在全球氣候變化研究中的重要性，IPCC也把土壤碳庫/源作為重要的研究內(nèi)容之一［16］。學(xué)術(shù)界也從土壤碳循環(huán)、碳庫、碳儲量等不同角度進行了土壤碳儲量的研究，并對各方面的研究進展進行了總結(jié)和評述［3，15，17～21］，因此本文對研究進程不再贅述，僅對研究方法進行回顧，并力圖從國際上公認為比較合理的方法中選擇出適合四川森林土壤碳研究實際的理想方法。

2 土壤有機碳儲量研究的基本方法

研究方法對于科學(xué)和準(zhǔn)確地估計土壤有機碳儲量，減少不確定性的重要意義不言而喻。在較大區(qū)域內(nèi)，例如全國或全省范圍內(nèi)，尋求統(tǒng)一而準(zhǔn)確的計量方法不僅是土壤有機碳儲量研究的必要手段，也是編制IPCC國家溫室氣體清單的必要步驟，而且對于解決全球碳循環(huán)研究中的“失匯(missing sink)”問題具有重要意義。世界各國不同研究者對全球土壤有機碳庫存量的估算所用的方法并無本質(zhì)的區(qū)別，但由于所用資料來源與土壤分類方式的不同，土壤有機碳庫存量的估計值有較大的差異［22～41］。綜合國內(nèi)外資料，目前國內(nèi)外有關(guān)土壤有機碳儲量研究通常采用生命地帶類型法、森林類型法、土組法、氣候參數(shù)法、碳擬合法、模型法、相關(guān)關(guān)系估算法、統(tǒng)計估算法、土壤類型法等。各類研究方法及其各自特點如下［15］:

2.1 按土壤類型的研究方法

土壤類型法實際上是土壤分類學(xué)方法，通過土壤剖面數(shù)據(jù)計算分類單元的土壤有機碳儲量，根據(jù)各種分類層次聚合土壤剖面數(shù)據(jù)，再按照區(qū)域或國家尺度土壤圖上的面積得到土壤有機碳蓄積總量。Batjes［41］將世界土壤圖劃分為0.5經(jīng)度×0.5緯度的基本面積單元，每個單元需要土種分布、土壤深度、土壤容重、有機碳及礫石含量等數(shù)據(jù)，用來計算面積單元的平均碳密度。設(shè)j代表地球表面面積網(wǎng)格單元，i代表土層單元，則各個面積單元j中的平均有機碳密度Tjd為:

其中ρi為第i層土壤容重，Pi為第i層土壤有機碳平均儲量，Di為第i層土壤厚度，Si為大于2 mm的平均礫石含量。然后可以推算出全球區(qū)域面積的土壤有機碳總量:

其中Aj是網(wǎng)格單元j的面積，Tjd是j單元平均有機碳密度，n為世界土壤圖面積網(wǎng)格單元總數(shù)(259200個)。

Betjes方法需要具備較完整的全球各類土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，若這項條件能滿足(實際上難以做到)則統(tǒng)計結(jié)果相對較為準(zhǔn)確可靠。

2.2 生命帶研究方法

生命帶法是按生命地帶土壤有機碳密度與該類型分布面積計算土壤有機碳蓄積量。Post［42］使用了可反映全球各主要生命帶的2696個土壤剖面，其中大多數(shù)來自美國土壤保持局的數(shù)據(jù)庫，其余為其本人所發(fā)表的研究結(jié)果。計算時對于沒有實測容重數(shù)據(jù)的土層，其容重根據(jù)土壤有機碳的密度與深度關(guān)系來擬合求出:

其中BD為土壤容重，b0、b1、b2為不同植被類型下的已知土壤容重和碳密度所確定的常數(shù)，D是從土表到土層中心的深度，Cf為有機碳質(zhì)量分數(shù)。于是單位面積(1 m2)土層的平均碳密度(C)可由下式計算:

其中δ2mm為直徑大于2 mm的礫石分數(shù)，V為土層體積。用碳密度乘以各個生命帶所對應(yīng)的土地面積并累加，可得全球土壤有機碳總儲量(1 m土層深度)。

使用該方法能較為容易地了解不同生命地帶類型的土壤有機碳庫蓄積總量，而且各類型還可以包含多種土壤類型，分布范圍更加廣泛，更能反映氣候因素及植被分布對土壤有機碳蓄積的影響。但Post方法中全球植被類型與面積難以精確統(tǒng)計，植被與土壤類型并不一一對應(yīng)，加之土地利用方式在人為影響下不斷變化，這樣統(tǒng)計中不確定因素增多，計算誤差也會較大。不過，在缺乏土壤剖面資料的情況下推算所得結(jié)果仍具有一定意義。

2.3 GIS估算土壤有機碳儲量

首先用地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO將一定比例土壤圖數(shù)字化，建立以土屬為單位的空間數(shù)據(jù)庫，然后計算各土壤土屬每個土層的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù):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，并建立土壤有機質(zhì)的屬性數(shù)據(jù)庫，利用ARC/INFO的空間分析功能計算出各類土壤的有機碳儲量。

各類土壤的總碳量:

其中i為土壤類型，Ci為第i種土壤類型的有機碳儲量(t)，0.58為碳儲量由有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)乘以Remmelen換算系數(shù)，Si為第i種土壤類型的面積，Hj為第i種土壤的j層的土屬平均厚度，Qj為第i種土壤j層的土屬平均有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，Wj為第i種土壤j層的土屬平均容重。

G1S估算方法可以對土壤圖進行較為精確的類型劃分，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用ARC/INFO的空間分析功能與上面的公式可估算出比一般方法較準(zhǔn)確的土壤有機碳儲量，并可繪制其空間分布特征圖。

2.4 模型估算土壤有機碳儲量

國際上已經(jīng)開發(fā)了多種土壤碳循環(huán)的模型［43～47］。模型的類型既有相關(guān)關(guān)系模型和機理過程模型也有基于實測數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)的模型。盡管統(tǒng)計分析是土壤碳庫評價中最小化空間變異性的可行方法，但模型卻可以將剖面數(shù)據(jù)外推到相似的土壤和生態(tài)區(qū)域，解決尺度轉(zhuǎn)換的問題。模型方法最大的限制性因素是缺乏大量相關(guān)和連續(xù)觀測的數(shù)據(jù)，使模型的參數(shù)化和初始化更加困難。隨著實驗方法的改善人們可以通過積累大量土壤碳動力學(xué)的信息改善土壤碳模型，以提高管理土壤有機碳庫的能力。

2.5 相關(guān)關(guān)系估算法

相關(guān)關(guān)系估算法主要是通過分析土壤有機碳蓄積量與采樣點的各種環(huán)境變量、氣候變量和土壤屬性之間的相關(guān)關(guān)系，建立一定的數(shù)學(xué)統(tǒng)計關(guān)系，從而實現(xiàn)在有限數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計算土壤有機碳蓄積量的目的［4，48～50］。這種方法要求建立的相關(guān)性較高，可以通過測采樣點的一些環(huán)境因子來得到土壤有機碳蓄積具有方便、省力和簡單等優(yōu)點。

建立土壤有機碳含量與降水、溫度、土壤厚度、土壤質(zhì)地、海拔高度和容重之間的相關(guān)關(guān)系是普遍采用的一種方式。然而它們的相關(guān)關(guān)系并非普遍適用，在不同的地方主要控制因素是不同的，各種相關(guān)性表現(xiàn)不一，因此所確定的統(tǒng)計關(guān)系需要得到檢驗和驗證，才能在本區(qū)域上應(yīng)用，這是在實際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。

2.6 統(tǒng)計估算法

用該方法計算土壤碳庫的公式如下:

其中，1為第j個土種的加權(quán)平均有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)(g·kg)，ci為統(tǒng)計剖面第i層土壤的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)(g·kg－1)，H為第i層土壤厚度(cm)，c為碳庫(kg)，ρ為土壤容重，取平均 1.4 t·m－3，2000/3為換算成平方米的系數(shù)，S為第j個土種的面積(hm2)［51］。

統(tǒng)計估算法適用于國家尺度或區(qū)域尺度的土壤碳庫計算，是一種較早應(yīng)用并比較成熟的計算方法。用以上計算公式可以推出無機碳的估算公式，說明它的應(yīng)用與適應(yīng)范圍是比較廣的。

2.7 土壤有機碳儲量估算方法誤差分析方法

土壤有機質(zhì)是受各種外在和內(nèi)在因素影響而不斷變化的［52］，依靠大量土壤普查獲取的數(shù)據(jù)只是代表當(dāng)時土壤的狀況，是靜態(tài)數(shù)值，并不能反映土壤的動態(tài)變化。土壤有機碳蓄積量的估算也只能是逐漸逼近真實值，不可能用一個值來代表土壤碳蓄積量。因此分析土壤碳蓄積量的誤差范圍，以及土壤采樣帶來的隨機誤差和系統(tǒng)性誤差，是準(zhǔn)確反映土壤有機碳實際存儲量的一個方法。大部分研究者在估算區(qū)域或國家、全球尺度土壤有機碳時分析了不同土壤類型或生態(tài)系統(tǒng)類型土壤碳庫的變異系數(shù)［41，53］和誤差范圍［41，54］，認為不確定性范圍在 20% ～50%。概括起來，計算土壤碳密度誤差項時有4種統(tǒng)計方法［41，49，54］:①土壤碳密度 ± 土壤碳密度的標(biāo)準(zhǔn)差(standard error);②土壤碳密度±土壤碳密度平均值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard error of means);③土壤碳密度±1/2的土壤碳密度標(biāo)準(zhǔn)差(1/2standard deviation);④首先使用t檢驗計算每個土壤亞類的碳密度精度范圍La(limit of accuracey):

式中，t是顯著性概率0.05水平下的分布值(置信度為95%，可根據(jù)實際情況設(shè)置不同的置信度);根據(jù)樣本數(shù)查找數(shù)學(xué)手冊中的t分布表可得t值，Ds是土壤碳密度的標(biāo)準(zhǔn)差，n為自由度(樣本數(shù))。然后乘以亞類的面積得到各個土壤亞類碳蓄積量的誤差范圍，加上所有土壤亞類的誤差得到國家尺度土壤有機碳蓄積量估計的總誤差范圍。

除了自然原因無法抗拒和改變之外，土壤分類、土壤觀測和實驗、數(shù)據(jù)收集、土壤采樣和計算方法等人為因素也是產(chǎn)生土壤有機碳蓄積量估算誤差的重要來源。此估算方法只是基于此而提出的。該估算方法的研究克服了因區(qū)域差異導(dǎo)致精確估算全球土壤碳庫量的困難，通過改善區(qū)域估計而獲得全球土壤有機碳儲量的估算方法。

2.8 土壤有機碳儲量估算方法的運用實踐

在眾多估算方法中以Batjes［41］所用的按土壤類型的研究方法和Post［42］的按生命帶方法的研究最有代表性。其中土壤類型法由于原理簡單，數(shù)據(jù)較易獲取，是目前國內(nèi)外土壤碳儲量估算的常用方法［55～57］。土壤類型法即土壤分類學(xué)方法，通過兩種方法［58］估算土壤有機碳儲量:一是利用區(qū)域(甚或世界)土壤圖和土壤分類系統(tǒng)來估算土壤有機碳儲量;二是利用每個土壤剖面代表一個分類學(xué)上的單元，土壤分類單元的土壤有機碳含量通過土壤剖面數(shù)據(jù)計算，根據(jù)土壤類型、土壤亞類、土種、土組等分類層次聚合土壤剖面數(shù)據(jù)，再按照區(qū)域或國家尺度土壤圖上的面積得到土壤有機碳蓄積總量。前者可以形成統(tǒng)一的土壤有機碳儲量估算體系，便于匯總和對比;然而忽略了大量區(qū)域或國家尺度的土壤類型細節(jié)和土壤多樣性，造成土壤類型分布圖和土壤屬性信息不同程度上的缺失。后者優(yōu)越性在于提供有關(guān)土壤類型的碳儲量及包含土地利用、植被和氣候等等與土壤有機碳含量變化有關(guān)的因子信息，便于分辨空間格局，了解有機碳儲量高低原因;局限性在于土壤剖面實測數(shù)據(jù)的缺乏和土壤類型的空間變異性導(dǎo)致土壤有機碳儲量估算的不確定性。

在這些方法中，我國于東升［59］、王義祥［60］用土壤類型推算法進行了研究。甘海華［61］、邱建軍［62］運用模型也作了這方面的研究;童成立［63］等比較了有機碳計算機模擬模型(SCNC)模型和英國洛桑模型(ROTHC－26.3)，結(jié)果顯示SCNC的接近真值的效果。趙永存［64］等認為回歸克里格預(yù)測土壤有機碳的空間分布效果最好，能更好地反映碳密度與地形的關(guān)系以及局部變異。方精云、王紹強［65］的研究工作都以同類型土壤碳密度的面積加權(quán)平均值作為各類型土壤有機碳密度，再利用土壤類型圖統(tǒng)計出的各類型土壤面積來估算土壤有機碳總儲量。潘根興［66］先計算出各土種剖面的土壤有機碳密度，然后利用各土種的面積統(tǒng)計資料來估算土壤有機碳儲量。李克讓［37］利用0.5°經(jīng)緯網(wǎng)格分辨率的氣候、土壤和植被數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物地球化學(xué)模型來進行估算。倪?。?7］基于1:400萬土壤植被圖以及其它資料，利用BIMEO3模型對全國土壤有機碳儲量進行了估算。

2.9 土壤有機碳儲量估算結(jié)果的不確定性及其產(chǎn)生的主要原因

當(dāng)前土壤有機碳儲量的研究仍是陸地碳循環(huán)研究中最不充分的部分，土壤有機碳儲量研究的不確定性極強，對土壤碳庫的估計誤差很大，成為編制IPCC-LULUCF國家溫室氣體的難點。例如我國學(xué)者估算的全國土壤有機碳儲量結(jié)果從50 Pg到180 Pg，相差3倍～4倍。產(chǎn)生不確定性的主要原因，歸納如下:

(1)土壤本身的復(fù)雜性和不確定性［21］。土壤是一個不均勻的二維結(jié)構(gòu)體，在空間上呈現(xiàn)復(fù)雜的鑲嵌性，且與氣候以及陸地植被和生物發(fā)生復(fù)雜的相互作用，因此在研究土壤碳循環(huán)，特別是在區(qū)域尺度上的研究仍面臨著大量需要解決的問題，甚至在某些測定上如土壤呼吸以及土壤內(nèi)植物細根的周轉(zhuǎn)速率等，至今仍沒有統(tǒng)一和準(zhǔn)確的觀測方法。土壤碳氮含量、質(zhì)地、容重等理化性質(zhì)存在很大的空間差異，氣候、母巖、植被和土地利用對土壤碳庫容量的綜合影響也很難確定［65］。

(2)土壤分類方法和研究方法的差異［15］。土壤分類系統(tǒng)的不統(tǒng)一，采樣方法的差異，以及選用不同的土壤碳蓄積量計算方法和參數(shù)估計方法使目前的土壤碳蓄積量的估算存在極大的不一致，土壤實測數(shù)據(jù)不充分和缺乏連續(xù)、可靠、完整、統(tǒng)一的土壤剖面數(shù)據(jù)也削弱了碳密度量測的可行性。各地區(qū)土壤厚度和面積統(tǒng)計資料來源不同也是蓄積估算不確定性存在的重要原因之一［68］。不同尺度上的影響因子及主要控制因子也存在很大差異，所以由此得到的土壤碳蓄積機理過程模擬及其潛在分解、固定和儲存能力分析都會有所不同。影響土壤碳儲量估算精確度的因素一般有以下幾個方面:土壤碳密度的空間變異性，容重受土壤含水量、松緊度等因素影響，也具有空間變異性，對不同土壤或植被類型的面積計算不準(zhǔn)確，植被與土地利用的變化，統(tǒng)計樣本偏小，缺乏土壤有機碳的濃度、土壤容重及礫石數(shù)量等資料等等，這都是造成土壤碳儲量估算差異的重要原因。

(3)研究尺度大小與精確性互相矛盾。國內(nèi)外對土壤碳庫的研究多在宏觀尺度上進行，中小尺度的研究較少。多數(shù)研究者或者研究全球和國家級陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳庫儲量，或者探討某個地帶、大區(qū)、大地形類型單元、大流域的土壤碳庫儲量，研究中小尺度地域單元內(nèi)土壤碳庫的成果尚不多見。研究尺度大，樣本數(shù)量必然不足，必然影響估算結(jié)果的精確性。

(4)統(tǒng)計方法單一。土壤碳儲量研究一般按植被類型、土壤類型、生命帶或模型法來作統(tǒng)計，不同研究者所用的各種統(tǒng)計方法并無本質(zhì)上的差別，通常都是用各種類型的平均碳密度乘以相應(yīng)的土地面積并累加獲得土壤碳庫儲量，實際上，即便在同一植被類型、土壤類型或生命帶內(nèi)，土壤碳密度也可能存在較大差異。用平均碳密度值代替實際值，過于簡單。土壤碳作為土壤的有機組成部分，其含量在空間上是連續(xù)漸變的，理論上可突破類型界限，通過制作土壤碳含量和容重等的空間分布等值線圖，利用地理信息系統(tǒng)強大的分析功能獲得土壤碳庫儲量。

3 四川森林土壤有機碳儲量計量研究的基礎(chǔ)條件和進展

四川地處亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，地域廣闊，地貌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地勢起伏劇烈，形成復(fù)雜的氣候、植被的區(qū)域性和垂直地帶性特征，在水平地帶性、垂直地帶性分布規(guī)律和錯綜復(fù)雜的生物氣候因素、地質(zhì)地貌因素的影響下，形成多種多樣的土壤類型。朱鵬飛等根據(jù)基于土壤發(fā)生學(xué)的土壤分類學(xué)原理，將四川省的森林土壤分成13個土綱、34個土類、51個亞類，構(gòu)成四川森林土壤的完整的分類系統(tǒng)［69］。為了研究的方便，四川的學(xué)者以土壤生物氣候特征的區(qū)域性差異為指標(biāo)，以山地土壤垂直帶譜及其組合為基礎(chǔ)，在全省共區(qū)分出3個土壤地區(qū)和土壤地帶，即四川盆地及其周圍山地濕潤亞熱帶森林土壤地區(qū)(黃壤地帶)、川西南山地季節(jié)性干濕交替亞熱帶森林土壤地區(qū)(紅壤地帶)和川西北高山高原半濕潤半干旱森林和草甸草原土壤地區(qū)(水平—垂直復(fù)合地帶，山地燥褐土、山地褐土、山地棕壤和高山草甸草原土)。立足自上世紀(jì)50年代以來的森林土壤調(diào)查與研究，共觀察記載4 000多個完整的土壤剖面，完成150多個土壤剖面理化性質(zhì)分析，輯錄了各區(qū)主要土類(山地黃壤、山地紅壤、山地褐土、山地黃棕壤、山地棕壤、山地暗棕壤、山地灰化土、紫色土)的理化性質(zhì)及其植被分布狀況［69～70］。

在森林土壤有機碳儲量及其空間分布研究領(lǐng)域，以黃從德等的研究為開端。黃從德用生命帶類型法，根據(jù)四川12類森林、約928個土壤剖面的理化性質(zhì)實測數(shù)據(jù)，結(jié)合全省近年來的森林資源二類調(diào)查資料，對四川森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量進行了宏觀估算和統(tǒng)計分析，并用GIS制作出森林土壤有機碳密度的空間分布圖［71～72］。此外，黃從德、楊萬勤等對四川亞高山暗針葉林、中低山人工林土壤有機碳含量進行了研究，所采用的方法依然是生命帶類型法或者土壤類型法［73～78］。這些研究成果均在不同側(cè)面反映了四川森林土壤有機碳儲量的某些特征，但是尚未形成系統(tǒng)的、完整的森林土壤有機碳儲量估算體系。

森林土壤有機碳儲量研究中存在問題及其產(chǎn)生的原因大致有如下方面:

(1)土壤有機碳儲量研究缺乏區(qū)域范圍內(nèi)完整準(zhǔn)確的土壤剖面實測數(shù)據(jù)。因幅員廣闊，地形復(fù)雜多變，地貌類型豐富，只是一定區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件豐富多樣，土質(zhì)較為復(fù)雜，從而進行完整的實測坡面數(shù)據(jù)較為困難，難以形成一套系統(tǒng)的實測數(shù)據(jù)［79］。

(2)土壤碳氮含量、質(zhì)地、容重等土壤性質(zhì)，以及氣候、地形、植被和土地利用的綜合影響存在相當(dāng)大的時空變異性，導(dǎo)致各個時期土壤有機質(zhì)研究工作者的數(shù)據(jù)資料均缺乏足夠的準(zhǔn)確性，在很大程度上影響了研究成果的科學(xué)性。

(3)土壤采樣方法的設(shè)計以及土壤碳蓄積量的計算方法存在較大差異。由于沒有統(tǒng)一的、系統(tǒng)的研究方法，導(dǎo)致土壤采樣方法的多樣性;同時，碳儲量的計算方法各異，計算結(jié)果不一致。有機碳儲量的差異性對研究結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。

4 四川開展土壤有機碳儲量計量研究的方法選擇

目前，為履行《聯(lián)合國氣候變化框架協(xié)議》和《京都議定書》，我國即將著手編制2005年國家溫室氣體清單。根據(jù)《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》、《國家溫室氣體清單優(yōu)良作法指南和不確定性管理》(GPG2000)和《土地利用、土地利用變化和林業(yè)優(yōu)良作法指南》(GPG－LULUCF)等文件，與林業(yè)有關(guān)的計量指標(biāo)主要體現(xiàn)在土地利用、土地利用變化與林業(yè)(land use，land use change and forestry.LULUCF)部分，土地利用變化與林業(yè)清單編制是國家溫室氣體清單編制的重要方面，編制LULUCF溫室氣體清單的主要任務(wù)，包含:估算2005年森林和其它木質(zhì)生物質(zhì)碳貯量變化;森林轉(zhuǎn)化溫室氣體排放;農(nóng)田和草地土壤碳變化;完成2005年土地利用變化和林業(yè)溫室氣體排放清單報告。土壤有機碳是編制LULUCF清單中極為重要的方面。

不僅四川土壤類型復(fù)雜多樣，植被類型更是極為豐富，同樣的土類上往往有多種甚或十余種群系［69～70，80］，因此根據(jù)四川實際，森林土壤有機碳儲量計量的方法，以土壤類型法和生命帶法相結(jié)合的辦法為宜，基本步驟如下:

4.1 土壤有機碳密度估算

土壤有機碳密度是指單位面積(1 m2)一定厚度的土層中有機碳儲量。目前的土壤碳密度計算以100 cm和20 cm的兩個不同土壤深度為基礎(chǔ)，己成為評價和衡量土壤有機碳儲量的重要指標(biāo)。某些土壤因土體很薄而不能推算至1 m的土層，則按實際深度計算。某一土層i的有機碳密度SOCi(kg·m－2)計算公式為［26，41，81］:

某一土體的剖面由k層組成，該剖面的有機碳密度SOCt的計算公式為:

式中，Ci為土壤有機碳含量(%)，Di為容重(g·m－3)，Ei為土層厚度(cm)，Gi為大于2 mm 的石礫所占的體積百分比(%);獲得容重和石礫含量數(shù)據(jù)是計算中的難點。

Ci由下式求得:Ci=SOMi×0.58

式中，SOMi為土壤有機質(zhì)含量，0.58為Bemmelen換算系數(shù)［82］。

4.2 土壤有機質(zhì)含量(SOMi)測定方法

土壤有機質(zhì)含量的測定方法主要有儀器法、干燒法、濕氧化法、重鉻酸鉀氧化法和微波密閉消解法等［83～85］。目前比較精確的測定方法是儀器法，即用High TOC II分析儀測量土壤中的有機碳，該方法具有操作簡單、樣品用量少、分析結(jié)果誤差小等特點，儀器法的測量精確度高于重鉻酸鉀氧化法和微波消化法［3］。

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