陳中星 張 楠 張黎明? 袁 平 姚彩燕 邢世和邱龍霞 陳翰閱 范協(xié)裕

（1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002）

（2 土壤生態(tài)系統(tǒng)健康與調(diào)控福建省高校重點實驗室，福州 350002）

土壤有機碳在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用，其儲量約為1 500 Pg（1 Pg=1015g），是大氣碳庫的3倍、植被碳庫的2.5倍，其較小幅度變化將會對大氣中二氧化碳（CO2）濃度產(chǎn)生劇烈影響［1］。我國的土地面積居世界第三位，土壤類型眾多，在全球溫室氣候變化研究中占據(jù)著十分重要的地位［2］。近年來，國際社會不斷尋找控制氣候變化的最佳途徑，土壤固碳效應(yīng)被廣泛認(rèn)為是能夠延緩全球氣候變化的有效措施［1，3］，而精確估算土壤有機碳儲量和明確其空間分布特征是制定固碳減排政策的前提。

目前，基于土壤普查資料并結(jié)合數(shù)字化土壤圖進(jìn)行有機碳儲量估算的方法越來越普遍。國外，Eswaran［4］于1993年基于16 000 個土壤剖面和其他已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，采用FAO-UNESCO土壤圖估算出全球土壤有機碳的儲量大約為1 576 Pg。Martín等［5］基于4 401個樣點對西班牙有機碳儲量進(jìn)行估算，結(jié)果表明該地區(qū)表層土壤（0～20 cm）有機碳儲量和平均密度分別為2.8 Pg和56.57 Mg hm-2。Veronesi等［6］使用英國和威爾士的土壤調(diào)查數(shù)據(jù)對米德蘭茲郡西部面積約為13 948 km2區(qū)域的碳儲量進(jìn)行了估算，結(jié)果表明，該地區(qū)表層和深層土壤有機碳儲量分別為162.91 ± 3.63 × 10-5Tg和66.71 ± 3.52 × 10-5Tg。Dorji等［7］基于數(shù)字化土壤圖和186個土壤剖面對喜馬拉雅東部的山地森林系統(tǒng)的有機碳儲量進(jìn)行估算，結(jié)果表明該區(qū)域有機碳儲量為27.1 Mt。國內(nèi)利用Shi等［8］提出的“PKB”（Pedological Knowledge Based method）法進(jìn)行土壤有機碳儲量估算的研究比較多。該方法主要根據(jù)土壤類型相一致與相似性、土壤成土母質(zhì)相近或者相同、土壤剖面點位置與分布區(qū)域的一致或鄰近等原則，將土壤數(shù)據(jù)庫中每個土壤剖面的屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)庫中相對應(yīng)的土壤類型圖斑單元連接起來。如，于東升等［9］利用1∶100萬土壤數(shù)據(jù)庫，并采用“PKB連接法”將7 292個剖面數(shù)據(jù)和土壤圖中的94 000多個圖斑連接，通過面積加權(quán)平均法得出我國的土壤有機碳儲量為89.14 Pg，有機碳平均密度為9.60 kg m-2。Zhi 等［10］利用浙江省1∶5萬土壤數(shù)據(jù)庫和2 154個土壤剖面屬性資料，采用“PKB連接法”估算出全省的土壤有機碳儲量為831.49 Tg，土壤有機碳平均密度為8.69 kg m-2。李曉迪等［11］采用“PKB連接法”估算出蘇北旱地地區(qū)在1∶5萬土壤數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上有機碳密度和儲量分別為1.56 kg m-2和61.20 Tg （1 Tg=1012g）。

但是從以上的研究可以看出，我國的國家和區(qū)域土壤有機碳儲量估算中大多數(shù)使用的是單一制圖尺度土壤數(shù)據(jù)庫，未考慮大、中、小系列比例尺土壤數(shù)據(jù)庫對有機碳估算的影響。不同比例尺土壤數(shù)據(jù)庫對有機碳空間分布的表達(dá)能力差異較大，土壤圖圖斑及其連接的屬性會隨著比例尺的改變而發(fā)生明顯變化［12］。有統(tǒng)計表明，目前我國土壤有機碳儲量估算的最小值為50 Pg，而最大值為185.69 Pg，二者相差近4倍，這說明使用不恰當(dāng)?shù)闹茍D尺度將會導(dǎo)致估算結(jié)果產(chǎn)生極大的不確定性［13-14］；此外，國家尺度的土壤碳儲量估算大多數(shù)是以小比例尺（1∶100萬、1∶400萬、1∶1 00 0萬）為基礎(chǔ)資料，而這些小比例尺下的圖斑概化對有機碳儲量估算精度的影響程度尚不清楚［15-16］。福建省森林覆蓋率高達(dá)65.95%，居全國第一，森林生產(chǎn)力高，土壤輸入有機質(zhì)量多，有利于土壤有機碳積累［17-18］，明確該地區(qū)有機碳儲量估算精度受目前常用制圖比例尺土壤數(shù)據(jù)庫的影響程度，對我國國家尺度和亞熱帶地區(qū)制定合理的固碳減排政策提供有力依據(jù)。基于此，本研究以整個地區(qū)均屬于亞熱帶的福建省作為研究區(qū)，分別計算“PKB連接法”建立的目前我國常用6種制圖尺度（1∶5萬、1∶20萬、1∶50萬、1∶100萬、1∶400萬、1∶1 000萬）表層和剖面土壤數(shù)據(jù)庫下的有機碳密度和儲量，并以目前土壤數(shù)據(jù)最為詳盡的1∶5萬尺度估算值為基準(zhǔn)，定量評價其他制圖尺度的誤差，結(jié)果可為我國亞熱帶地區(qū)土壤有機碳研究中選擇適宜的制圖尺度和定量化不同制圖尺度的估算精度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

福建省位于我國東南沿海（115°50′～120°40′E，23°33′～28°20′N），屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候（圖1）。根據(jù)全省66個氣象站點的統(tǒng)計得出，年平均氣溫為14.6～21.3 ℃，年均降水量為1 037～2 051 mm，氣候溫暖，雨量充足。福建省土壤類型以紅壤為主，達(dá)7.66 × 106hm2，占全省土壤總面積63.41%；水稻土為分布最廣的耕作土壤，面積僅次于紅壤，總面積1.07 ×106hm2，占全省土壤總面積8.71%；其他土壤類型（如濱海鹽土、潮土、風(fēng)砂土、山地草甸土、石灰土、新積土等）面積較?。?9］。

1.2 數(shù)據(jù)來源

圖1 福建省地理位置分布圖Fig. 1 Geographical location map of Fujian Province

本研究所使用的制圖尺度土壤數(shù)據(jù)庫來自全國第二次土壤普查成果，由屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫兩部分組成。其中，數(shù)據(jù)最為詳細(xì)的1∶5萬尺度土壤圖空間數(shù)據(jù)庫來自福建省8 4個縣（市）第二次土壤普查紙質(zhì)資料。借助ArcGIS工作平臺，采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線等積圓錐投影對第二次土壤普查紙質(zhì)圖件進(jìn)行數(shù)字化、編輯、修改并建立拓?fù)潢P(guān)系，建立該地區(qū)的空間數(shù)據(jù)庫，全省共計1 2個土類、2 3個亞類和8 3個土屬。福建省第二次土壤普查的各縣（市、區(qū)）《土種志》中共記錄的剖面點為3 082個，其屬性數(shù)據(jù)包含土壤類型名稱、土壤肥力和土壤理化性質(zhì)等指標(biāo)（圖2）。由于第二次土壤普查時期沒有GPS（Global Positioning System）儀器進(jìn)行剖面點的準(zhǔn)確定位，本研究根據(jù)第二次土壤普查《土種志》中記錄的剖面點詳細(xì)采樣位置，以村界為限定區(qū)域，找出與該剖面土壤類型一致的土壤圖最大面積“圖斑”，“圖斑”的中心點即認(rèn)為是第二次土壤普查剖面采集位置，從而實現(xiàn)了紙質(zhì)記錄剖面點位置的GIS（地理信息系統(tǒng)）空間化?？臻g數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接采用Shi等［8］提出的“PKB”進(jìn)行連接。在連接過程中，既要考慮剖面的土壤類型與圖斑土壤類型I D值相同，也要兼顧剖面的空間位置，當(dāng)出現(xiàn)多個剖面點與一個圖斑相對應(yīng)的情況時，取多個剖面點的屬性平均值賦予該圖斑，而當(dāng)一個剖面點對應(yīng)多個圖斑時，則取該剖面點的屬性值賦予相對應(yīng)的多個圖斑［16］。所有土壤圖制圖單元均采用中國土壤發(fā)生分類系統(tǒng)（Genetic Soil Classification of China，GSCC），隨著制圖比例尺的降低，制圖單元所對應(yīng)的土壤分類級別也隨之升高，1∶5萬～1∶1 000萬這6個制圖比例尺的制圖單元分別為土種、土屬、土屬、土屬、亞類和亞類。在制圖尺度降低過程中，由于圖斑概化導(dǎo)致的土壤類型歸并，6個尺度土壤圖的圖斑數(shù)目依次為247 969、46 408、15 282、6 343、440和345個，分別利用了3 082、3 082、2 718、2 547、1 000和890個土壤剖面的理化屬性數(shù)據(jù)（表1）。

圖2 1982年福建省土壤剖面點分布圖Fig. 2 Distribution of soil profiles （1982） in Fujian Province

表1 福建省1∶5萬～1∶1 000萬6個制圖比例尺土壤圖基本特征Table 1 Basic features of the six soil maps of Fujian different in mapping scale from 1∶50 000 ～ 1∶10 000 000

1.3 土壤有機碳密度及儲量計算

本研究采用土壤類型法估算福建省土壤有機碳儲量，以表層土壤0～20 cm和剖面土壤0～100 cm作為計算對象。

土壤有機碳密度指單位面積一定深度土層中的土壤有機碳儲量。土壤有機碳密度的計算公式為［20］:

式中，SOCD為土壤剖面有機碳密度（kg m-2）；n為參與計算的土壤層次總數(shù)；?i%為第i層＞2 mm礫石含量（體積百分含量）；ρi為第i層土壤容重（g cm-3）；Ci為第i層土壤有機碳含量（g kg-1），由土壤有機質(zhì)含量×0.58（Bemmelen轉(zhuǎn)換系數(shù)）換算得到［21］；Ti為第i層土層厚度（cm）；100用于單位換算。由于1982年福建省土壤普查剖面點資料中缺少容重信息，本研究采用Song等［22］基于第二次土壤普查建立土壤容重與有機碳含量的回歸模型：y=1.377×e-0.0048×SOC（R2=0.7870，p＜0.001，n=4 765），式中SOC代表土壤有機碳含量。

土壤有機碳儲量指一定區(qū)域范圍內(nèi)土層中所包含的土壤有機碳總量。土壤有機碳儲量的計算公式為［23］:

式中，SOCS為土壤剖面有機碳儲量（kg）；SOCDi為第i個土壤圖斑的有機碳密度（kg m-2）；Si為第i個土壤圖斑的面積（m2）；n為圖斑數(shù)。

1.4 不同制圖比例尺下的相對偏差

本次研究采用相對偏差（%）的絕對值來表示不同制圖尺度之間的土壤有機碳密度、儲量和土壤面積差異大?。?/p>

式中，Y為相對偏差（%）；xs為1∶20萬、1∶50萬、1∶100萬、1∶400萬和1∶1 000萬尺度計算的有機碳密度、儲量和土壤面積；x0為土壤數(shù)據(jù)最詳細(xì)的1∶5萬尺度計算的有機碳密度、儲量和土壤面積。

1.5 不同制圖比例尺的差異性檢驗

應(yīng)用統(tǒng)計軟件SPSS 22.0對不同制圖尺度下的土壤有機碳密度獨立樣本T檢驗［24］，分析1∶20萬、1∶50萬、1∶100萬、1∶400萬和1∶1 000萬尺度的有機碳密度與土壤數(shù)據(jù)最為詳盡的l∶5萬尺度之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同制圖尺度下福建省土壤有機碳密度與儲量分布

通過面積加權(quán)平均方法得到福建省1∶5萬～1∶1 000萬6個制圖尺度下表層（0～20 cm）土壤有機碳含量分別為：18.69 g kg-1、19.42 g kg-1、17.64 g kg-1、18.39 g kg-1、18.88 g kg-1和19.11 g kg-1；剖面（0～100 cm）土壤有機碳含量分別為：8.92 g kg-1、9.10 g kg-1、8.54 g kg-1、8.94 g kg-1、9.23 g kg-1和9.27 g kg-1。以數(shù)據(jù)最為詳細(xì)的1∶5萬制圖尺度為基準(zhǔn)，1∶50萬尺度下表層和剖面土壤有機碳含量相對偏差最大，分別為5.59%和4.28%；1∶400萬制圖尺度下表層相對偏差最小為1.03%，1∶100萬制圖尺度下剖面相對偏差最小為0.20%。結(jié)果表明：福建省表層土壤有機碳含量遠(yuǎn)大于剖面土壤有機碳含量，這是由于表層地表枯落物較為豐富，有機質(zhì)含量較高，而剖面土壤受枯落物的影響較低，有機質(zhì)含量相對較?。?5］；此外，受到人為活動的影響，表層活性有機碳會隨土壤深度的增加而降低，從而導(dǎo)致有機碳含量降低［26］。

從土壤有機碳密度來看，在數(shù)據(jù)最為詳細(xì)的1∶5萬制圖尺度下福建省土壤圖斑約為247 969個，估算出全省土壤面積為12.08×106hm2，表層（0～20 cm）和剖面（0～100 cm）土壤有機碳密度分別為4.57 kg m-2和11.55 kg m-2，有機碳儲量分別為552.23 Tg和1 396 Tg。從表2可以看出，福建省表層土壤有機碳密度高于全國平均水平［14］和臨近的廣東［27］、廣西［28］兩??；此外，剖面土壤有機碳密度也高于全國平均水平和臨近的廣東［27］、浙江［10］兩省，主要是由于該省山脈較多、氣候溫和濕潤、植物覆蓋面積大等有利于土壤有機碳積累的特殊地理環(huán)境所致［18］。

表2 不同省份表層和剖面土壤有機碳密度與儲量Table 2 SOC densities and SOCSs in the surface soil layers and profiles of different provinces

從圖3a中可以看出，福建省表層土壤有機碳密度空間分布差異很大，最小值為0.09 kg m-2，最大值為13.62 kg m-2，二者之間相差接近158倍。土壤有機碳密度較大（＞10 kg m-2）地區(qū)主要分布于福建省東北部、北部以及西部地區(qū)，合計面積為0.41×106hm2，占研究區(qū)土壤總面積的3.36%。福建省中部和西部地區(qū)相對于東部的氣溫較低，降雨量較大，低溫濕潤的環(huán)境條件能促進(jìn)植被生長，使得有機碳積累的更快。土壤有機碳密度較?。ǎ?.5 kg m-2）地區(qū)主要分布于福建省東南沿海地區(qū)，合計面積為2.19× 106hm2，占研究區(qū)土壤總面積的18.12%，這主要與該地區(qū)溫度高，降雨量少不利于有機碳的積累有關(guān)。從圖4a中可以看出，福建省剖面土壤有機碳密度空間分布差異也很大，最小值為0.10 kg m-2，最大值為50.42 kg m-2，二者之間相差超過500倍。剖面土壤中有機碳密度較高（＞20 kg m-2）的土壤分布于福建省東北部、北部以及西部地區(qū)，與土壤表層分布規(guī)律一致，面積為1.28×106hm2，占研究區(qū)土壤總面積的10.62%；土壤有機碳密度較?。ǎ? kg m-2）的區(qū)域同樣主要分布于福建省東南沿海地區(qū)。

從圖3b～圖3f和圖4b～圖4f可以看出，隨著制圖尺度的減小，福建省整個表層和剖面的土壤有機碳密度空間分布變化差異明顯。以1∶5萬制圖尺度為基準(zhǔn)，表層和剖面土壤有機碳密度較大（＞10 kg m-2和 ＞20 kg m-2）區(qū)域面積發(fā)生明顯變化，1∶20萬和1∶50萬尺度下該含量范圍的面積急劇增加，相對偏差分別為85%～124%和11%～28%；而1∶100萬～1∶1 000萬尺度下明顯減少，相對偏差分別為38%～44%和7%～49%。表層和剖面土壤有機碳密度較小（＜2 kg m-2和＜5 kg m-2）區(qū)域面積在不同制圖尺度下也發(fā)生明顯變化，相對偏差分別為1%～58%和7%～92%；其中1∶400萬和1∶1 000萬這兩個制圖尺度下有機碳儲量和密度估算結(jié)果有較高的不確定性，這主要是小比例尺下土壤類型的概化過程較其他尺度更為劇烈所致。1∶400萬制圖尺度下濱海鹽土、潮土、粗骨土、山地草甸土、新積土和紫色土這6個土類因圖斑面積太小而被概化；1∶1 000萬制圖尺度下除了上述6個土類被概化外，石灰土和風(fēng)砂土也同樣被概化，這也說明當(dāng)制圖尺度發(fā)生改變時，一方面不同土壤有機碳密度含量的空間分布位置會發(fā)生變化，如隨著制圖尺度減小，土壤有機碳密度較高的區(qū)域從福建省東北部和北部逐漸轉(zhuǎn)移至福建省西北部和中部地區(qū)，而土壤有機碳密度較小區(qū)域位置并未發(fā)生改變，仍為福建省東南沿海區(qū)域；另一方面制圖尺度較大的土壤圖中分布面積大、范圍較為廣泛的土壤類型可能是制圖尺度較小的土壤圖制圖單元中重要組成部分，分布面積小，范圍較窄的土壤類型則可能在圖斑概化過程中被刪除或者歸化至其他土類中［24］。

圖3 福建省不同制圖尺度土壤表層（0～20 cm）有機碳密度空間分布Fig. 3 Spatial distribution of organic carbon density in the surface soil layer（0～20 cm）of Fujian Province relative to mapping scale of the soil map

以1∶5萬尺度表層估算值為基準(zhǔn)值，1∶100萬尺度下的有機碳密度和儲量相對偏差最小，分別為0.82% 和0.32%，而1∶20萬尺度下的相對偏差最大，分別為15.57% 和15.34%，其他1∶50萬、1∶400萬和1∶1 000萬尺度下的相對偏差分別為5.05% 和3.80%、12.64% 和11.13%、4.05%和3.79%。以1∶5萬尺度剖面估算值為基準(zhǔn)，同樣1∶100萬尺度下的有機碳密度和儲量相對偏差最小，分別為0.26% 和0.10%，而1∶400萬和1∶1 000萬尺度下的相對偏差最大，分別為9.46% 和8.00%、9.98% 和9.72%，其他1∶20萬、1∶50萬和1∶400萬尺度下的相對偏差分別為7.84% 和7.58%、4.22% 和5.35%。表層下1∶20萬尺度下的相對偏差最大是因為該尺度下土壤有機碳密度較高（＞7.5 kg m-2）的區(qū)域面積為2.74 M hm2，占1∶20萬研究區(qū)總面積的22.72%，相比于1∶5萬土壤有機碳密度較高的區(qū)域面積（1.51 M hm2，占1∶5萬研究區(qū)總面積的12.48%）增加近一倍，而在剖面下1∶400萬和1∶1 000萬尺度的相對偏差最大是由于圖斑的概化，分別僅有1 000個和890個土壤剖面進(jìn)入屬性庫，有機碳密度較小但面積較大的風(fēng)砂土、濱海鹽土、潮土等被歸化為密度較大的水稻土和紅壤，從而使得這兩個尺度的土壤有機碳密度明顯高于其他尺度。

上述研究表明：福建省土壤有機碳密度空間分布中大比例尺有機碳密度空間分布相對分散，具有一定的科學(xué)分布規(guī)律，而小比例尺有機碳密度在空間分布上趨于集中，這是由于小比例尺土壤數(shù)據(jù)庫受概化過程的影響，圖斑的單位面積增大、土壤剖面數(shù)量減少、土壤類型的相互歸并所導(dǎo)致。隨著制圖尺度發(fā)生變化，某些土壤的空間分布發(fā)生改變，導(dǎo)致有機碳儲量發(fā)生改變。有些密度較小的土壤如濱海鹽土、粗骨土等在隨著制圖尺度發(fā)生變化時，這些土壤類型被概化為有機碳密度較大的紅壤、黃壤等。同樣某些密度較大的土壤如山地草甸土和新積土在制圖尺度變小時，歸并到水稻土、黃壤等有機碳相對密度較小的土壤類型中。由此可知，不同制圖尺度所帶來的估算結(jié)果差異性是由于空間分布所導(dǎo)致。

2.2 不同制圖尺度下各土壤類型有機碳密度與儲量分布

圖4 福建省不同制圖尺度土壤剖面（0～100 cm）有機碳密度空間分布Fig. 4 Spatial distribution of organic carbon density in the soil profiles （0～100 cm） of Fujian Province relative to mapping scale of the soil map

從表3可以得出，在數(shù)據(jù)最詳細(xì)的1∶5 萬尺度下，福建省表層和剖面土壤中有機碳密度最大的是山地草甸土，分別達(dá)到7.75 kg m-2和29.07 kg m-2，該土類主要分布于中山山頂?shù)钠骄彶课唬昶骄鶜鉁氐停?8.8 ℃），海拔較高（1 430 m），降水量較大（1 667 mm），草甸植被生長茂密且分解緩慢，使得土壤有機質(zhì)富集明顯［29］；其次，黃壤的有機碳密度也較高，表層和剖面分別為6.48 kg m-2和16.18 kg m-2，該土類主要分布于中山地帶，該區(qū)域溫度低濕度高（18.2 ℃、1 709 mm），導(dǎo)致表層積累大量的有機質(zhì)。水稻土受到人為施肥的影響，且在水耕熟化過程中有機碳普遍呈現(xiàn)出積累的趨勢［30］，導(dǎo)致表層和剖面有機碳密度分別達(dá)到3.93 kg m-2和11.17 kg m-2。福建省有機碳密度最低的是風(fēng)砂土和粗骨土，表層和剖面的有機碳密度分別為0.94 kg m-2、2.17 kg m-2和1.22 kg m-2、3.22 kg m-2，這主要是因為前者主要分布于東南沿海地區(qū)，該地區(qū)干旱少雨氣候不利于有機碳積累；此外，該土類中砂粒含量較高，占顆粒組成的85%以上，有研究表明，有機碳密度與土壤砂粒的含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系［31］；而后者主要分布于邊緣山丘地區(qū)，有機質(zhì)和土壤養(yǎng)分貧瘠導(dǎo)致有機碳密度低。其他土類表層和剖面土壤有機碳密度分別介于2.19～4.83 kg m-2和5.18～11.91 kg m-2之間。

隨著制圖尺度的變化，土壤有機碳密度受制圖尺度影響最大的土類為粗骨土，在1∶5萬尺度下表層和剖面的有機碳密度分別為1.22 kg m-2和3.22 kg m-2，而在1∶50 萬尺度下高達(dá)4.55 kg m-2和11.01 kg m-2，相對偏差為273.24%和241.72%。土壤有機碳儲量受制圖尺度影響最大的也是粗骨土，在1∶5 萬尺度下分別為0.001 Tg和0.0 035 Tg，而在1∶50 萬尺度下分別為11.86 Tg和11.01 Tg，相對偏差分別達(dá)8.88×105%和8.13×105%。首先，該土類在1∶5萬數(shù)據(jù)庫下只有16個圖斑，面積為1.10×102hm2，在1∶20萬和1∶50萬數(shù)據(jù)庫下分別有107和378個圖斑，面積分別為6.10×103hm2和2.61×105hm2，其次，在1∶20萬和1∶50萬數(shù)據(jù)庫下密度相對較大的山地草甸土、黃壤、紅壤、水稻土等由于制圖尺度的降低，被概化或歸并為粗骨土，導(dǎo)致該土類有機碳密度增大。其次，不同制圖尺度下石灰土表層和剖面土壤有機碳密度差異也很大，1∶20萬和1∶50萬尺度下相對偏差均大于60%，而在1∶100萬和1∶400萬制圖尺度下相對偏差均小于35%，這主要是由于在制圖尺度降低過程中，該土類的圖斑數(shù)量和面積均呈下降趨勢。紅壤和水稻土分別是福建省分布最廣的自然和農(nóng)業(yè)土壤，這兩種土類儲量占各制圖尺度總儲量的80%以上，這一方面由于二者的土壤有機碳密度相對較高，不同尺度下表層和剖面分別在4.83～5.76 kg m-2、3.92～4.89 kg m-2和11.12～13.28 kg m-2、11.09～14.08 kg m-2之間；另一方面由于他們所占的面積較大，合計在不同尺度土壤總面積的80%以上。但相對而言，紅壤受不同制圖尺度的影響相對較小，表層和剖面土壤相對偏差均在4%～19%之間；而水稻土受不同制圖尺度的影響相對較大，表層土壤有機碳密度的相對偏差在4%～19%之間，剖面土壤有機碳密度的相對偏差在11%～54%之間。

2.3 不同制圖尺度下各行政區(qū)域有機碳密度與儲量分布

表4可以看出，在1∶5萬制圖尺度下，南平市和龍巖市表層和剖面土壤有機碳密度最高，分別為5.41 kg m-2和15.05 kg m-2、5.44 kg m-2和12.28 kg m-2，這一方面由于兩市背靠武夷山脈，距海較遠(yuǎn)，年平均氣溫低且降雨量較大（18.0 ℃、1 722 mm和19.5 ℃、1 649 mm），低溫多雨的氣候條件有利于有機碳積累；另一方面由于兩市耕地面積占福建省耕地資源比重最大，分別為16.69%、13.75%［32］，長期且持續(xù)肥料的施用以及生物積累能夠有效增加土壤中有機碳含量。廈門市表層和剖面土壤有機碳密度最低，分別為3.03 kg m-2和7.84 kg m-2，由于距海較近，年平均氣溫高且降雨量較?。?0.9 ℃、1 401 mm），且濱海地區(qū)土壤砂粒含量高，導(dǎo)致養(yǎng)分貧乏，從而有機碳含量低。

隨著制圖比例尺變化，表層和剖面土壤有機碳密度受制圖尺度影響最大的是福州市，以1∶5萬尺度估算值為基準(zhǔn)值，在1∶400萬制圖尺度下的相對偏差最大，分別達(dá)到33.99%和40.14%；此外，在1∶5萬制圖尺度下該市有16 922個圖斑，包含新積土、石灰土、風(fēng)砂土、潮土等11種土壤類型，而1∶400萬制圖尺度下只有54個圖斑，僅有水稻土、紅壤、黃壤、赤紅壤4種土壤類型。表層土壤有機碳密度和儲量受制圖尺度影響最小的是泉州市，1∶20萬～1∶1 000萬5個尺度下的相對偏差分別在1.24%～18.32%和0.06%～17.12%

之間；而剖面土壤有機碳密度受制圖尺度影響最小的是龍巖市，1∶20萬～1∶1 000萬5個尺度下的相對偏差分別在0.48%～8.69%和0.43%～7.84%之間。總體而言，1∶50萬制圖尺度下僅有廈門市剖面土壤有機碳密度相對偏差大于10%，其他行政區(qū)域剖面土壤有機碳密度和儲量相對偏差均小于10%。很多學(xué)者研究表明，由于陸地系統(tǒng)是一個自然等級系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)不同尺度上的主導(dǎo)過程是不同的，地表信息在時間上和空間上的分辨率均有很大的跨度，在某一尺度上人們觀察到的性質(zhì)、總結(jié)出來的原理和規(guī)律，在另一個尺度上可能仍然有效，可能有相似性，也可能需要修改［33］。從本研究的結(jié)果來看，在福建省不同地級市下1∶50萬制圖尺度空間有機碳密度及儲量與目前大區(qū)域尺度數(shù)據(jù)最詳盡的1∶5萬數(shù)據(jù)庫比較接近。因此，福建省各地級市在缺乏精確土壤數(shù)據(jù)庫的情況下，可使用1∶50萬制圖尺度進(jìn)行有機碳儲量估算和農(nóng)業(yè)管理措施的制定，這一方面可保證相對比較高的精度，另一方面數(shù)據(jù)容易獲取，也可省時省力。

表3 不同制圖尺度數(shù)據(jù)庫下福建省各土壤類型有機碳儲量（Tg）和密度（kg m-2）Table 3 SOC density（kg m-2） andSOC storage （Tg） in the soils of Fujian Province relative to soil type and mapping scale of the soil map

表4 不同制圖尺度下福建省各行政區(qū)域土壤有機碳密度（kg m-2）和儲量（Tg）Table 4 SOC density （kg m-2） and SOC storage （Tg） in different administrative areas of Fujian Province relative to mapping scale of the soil map

3 結(jié) 論

明確不同制圖尺度土壤數(shù)據(jù)庫是正確估算亞熱帶土壤有機碳儲量，實施“固碳減排”國家戰(zhàn)略的基礎(chǔ)。從整個福建省來看，1∶100萬尺度下估算的表層（0～20 cm）和剖面（0～100 cm）土壤有機碳密度及儲量與目前大區(qū)域數(shù)據(jù)最詳細(xì)的1∶5萬尺度相對偏差比較小，分別為0.67% 和0.82%；而1∶20萬尺度相對偏差比較大，分別達(dá)到15.57% 和15.34%。目前，1∶100萬尺度是國家有機碳估算中使用最為廣泛的比例尺，本研究一定程度上也證明了該尺度在國家級別土壤有機碳研究應(yīng)用中的可靠性。從不同土壤類型來看，粗骨土受到制圖比例尺影響最大，1∶50萬尺度下表層和剖面土壤有機碳密度及儲量的相對偏差分別達(dá)到273.24%、8.88×105%和241.72%、8.13×105%；面積最大的紅壤有機碳密度相對偏差在表層土壤下1∶100萬尺度最小，為4.28%，而在剖面土壤下1∶50萬最低，僅為1.53%。從不同行政區(qū)來看，除廈門市外，其他地級市表層和剖面土壤有機碳密度的相對偏差均在1∶50萬尺度下最低，這說明各地級市在缺乏精確土壤數(shù)據(jù)庫的情況下，可使用該尺度進(jìn)行有機碳儲量估算和農(nóng)業(yè)管理措施的制定。

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