宋婭麗，王克勤

(西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)與水土保持學(xué)院，云南 昆明 650224)

1 引言

森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)作為全球碳循環(huán)的重要組成部分，在全球碳收支平衡中占有主導(dǎo)地位，是陸地上最大的碳儲庫和碳吸收匯，直接影響全球溫度的變化[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量約占全球土壤的39%[2]，土壤亞系統(tǒng)在調(diào)節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和減緩全球氣候變化中起著重要作用[3]。氣候變化勢必會改變森林生態(tài)系統(tǒng)的水熱平衡，在重新達(dá)到平衡的動態(tài)過程中，土壤有機(jī)質(zhì)循環(huán)發(fā)生改變，也必然引起土壤碳收支的變化[4]。近十幾年來，國內(nèi)外研究者對森林土壤碳儲量的研究主要集中于全球、全國以及區(qū)域尺度不同森林類型的土壤碳儲量特征、土壤碳儲量的時空變化、土壤呼吸、土壤碳的穩(wěn)定性以及氣候因子、土地利用類型等因素對土壤碳過程的影響等方面[5～7]。

然而，全球土壤有機(jī)碳儲量在過去100年中一直呈下降趨勢[8]，因此亟待開展有關(guān)全球森林土壤有機(jī)碳儲量變化機(jī)理的研究。了解森林土壤碳循環(huán)是研究森林土壤碳儲量機(jī)理的基礎(chǔ)，但是由于不同地區(qū)森林類型多樣性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的差異以及干擾和環(huán)境因子對森林時空動態(tài)變化的影響，導(dǎo)致森林土壤碳儲量的估算存在較大的不確定性[9]。本文系統(tǒng)分析了目前國內(nèi)外土壤有機(jī)碳相關(guān)計量方法、測定方法和國內(nèi)外研究進(jìn)展及特點(diǎn)，并指出現(xiàn)階段國內(nèi)外森林土壤有機(jī)碳儲量研究方面存在的若干問題，旨在為如何精確的計算森林土壤有機(jī)碳儲量提供基礎(chǔ)，研究結(jié)果將有助于揭示森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)機(jī)制、土壤碳關(guān)鍵過程及其穩(wěn)定性維持機(jī)制對全球變化響應(yīng)的時間、方式和規(guī)模。

2 森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量估算方法

森林土壤碳儲量研究一般按土壤類型、植被類型和生命地帶法、模型法、GIS估算法、相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計方法來統(tǒng)計，不同研究者所用的各種統(tǒng)計方法無本質(zhì)差別，但是所用的資料來源不一，加上土壤分布的空間變異性和各區(qū)域相關(guān)因素的差異性，使得各方法在研究中受到不同的限制，統(tǒng)計數(shù)據(jù)在一定程度上也具有一定的不確定性。

2.1 土壤類型法

土壤類型法實(shí)際上是土壤分類學(xué)方法，它是通過挖土壤剖面或用土鉆來獲得土壤剖面數(shù)據(jù)，從而計算分類單元的土壤碳儲量。根據(jù)各種劃分層次匯總土壤剖面數(shù)據(jù)，根據(jù)公式計算土壤碳儲量，再按照區(qū)域或國家尺度土壤圖上的面積得到土壤碳蓄積總量。同時，土壤類型法也可以利用世界土壤圖和全球土壤分類系統(tǒng)形成統(tǒng)一的估算體系用來估算全球土壤碳蓄積量[10]。此方法是國內(nèi)外土壤碳儲量估算最常用的方法，原理簡單，數(shù)據(jù)較易獲得。但土壤類型法需要更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)、土壤類型分布圖以及土壤屬性信息，以便更好的提高估測精度；同時此方法忽略了同一土壤類型中不同生態(tài)系統(tǒng)對有機(jī)碳的輸入不同而產(chǎn)生的碳含量的差異[11，12]。

2.2 植被類型和生命地帶法

植被類型法是按照不同植被類型、生命地帶土壤有機(jī)碳密度與該類型分布面積計算土壤有機(jī)碳蓄積量。該方法能較容易了解不同植被類型對土壤有機(jī)碳儲量的影響以及在不同植被類型下土壤碳儲量，而且各類型還可以包含多種土壤類型。但此方法僅在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行精確的研究，全球范圍內(nèi)的植被類型和分布面積難以精確統(tǒng)計，加之植被類型與土壤類型并不能一一對應(yīng)，土地利用類型在逐漸發(fā)生變化，導(dǎo)致影響因素增多，誤差較大；同時忽略了同一生態(tài)系統(tǒng)中不同土壤類型所產(chǎn)生的土壤碳含量的差異[13]。

2.3 模型方法

模型估算法是通過各種土壤碳循環(huán)模型(相關(guān)關(guān)系模型、機(jī)理過程模型、基于實(shí)測數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)的模型等)來估算土壤碳的蓄積量。模型是研究大尺度陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的必要手段，主要有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、機(jī)理過程模型以及半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚14]。該方法可以綜合考慮決定進(jìn)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，從而可以估算土壤碳蓄積量，并且能夠根據(jù)大量實(shí)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。模型的限制性因素是所用數(shù)據(jù)必須來自實(shí)測值，需要大量相關(guān)和連續(xù)的數(shù)據(jù)，很難將所有影響因素參數(shù)化和初始化。

2.4 GIS估算法

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(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)質(zhì)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)和土層平均深度及其平均容重等，并建立土壤有機(jī)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(jī)碳儲量，并可繪制其空間分布特征圖[15]。

2.5 相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計法

相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計法是通過分析土壤碳的蓄積量與采樣點(diǎn)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，在有限數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計算土壤碳的蓄積量。土壤碳蓄積量的地理格局和土壤形成因子之間的關(guān)系可以通過比較土壤碳和母質(zhì)、土壤理化性質(zhì)、地形、植被和氣候的空間分布，從而得到土壤碳的含量與形成影響因素之間的空間相關(guān)關(guān)系[16]。建立土壤有機(jī)碳含量與降水、溫度、土壤厚度、質(zhì)地、海拔高度、容重之間的相關(guān)關(guān)系，是普遍采用的一種方式，但是由于各區(qū)域的主要控制因素不同，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(yàn)和驗(yàn)證后方可應(yīng)用。

運(yùn)用上述研究方法將森林土壤樣品分層帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)后，通常需對森林土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行測定(%)，再通過與某一土層容重(g·cm3)、厚度(cm)及<2 mm土壤含量(%)的乘積得到某一土層土壤碳儲量(kg·m2)。土壤有機(jī)碳含量測定方法主要包括干燒法和濕氧化法。前者分析時采用儀器主要有：TOC分析儀、CN元素分析儀、High TOC II分析儀、HT1500 Solids Module等[17～20]，該方法分析結(jié)果較為精確、操作簡單、樣品用量少，但價格昂貴、耗時。后者原理為土壤與含有氧化劑(重鉻酸鉀、鉻酸高錳酸鉀等)、硫酸和磷酸的混合物消化，在煮沸的溫度下(180～210 ℃)將有機(jī)物完全氧化為CO2，用適當(dāng)?shù)奈談┪蘸笥弥亓糠?、容量法等進(jìn)行測定，該方法對土壤有機(jī)質(zhì)的氧化約為90%，測定結(jié)果還應(yīng)乘以較正系數(shù)100/90=1.1。由于該方法成本低、精確度較高，目前應(yīng)用較廣。

3 國外森林土壤碳儲量研究進(jìn)展及特點(diǎn)

國外學(xué)者首先利用世界土壤圖和全球土壤分類系統(tǒng)形成統(tǒng)一估算體系來估算全球碳蓄積量。1976年Bohn利用土壤分布圖和相關(guān)土壤的有機(jī)碳含量，估算出全球土壤有機(jī)碳庫儲量為2946 Pg[21]。1977年Bolin根據(jù)不同研究者發(fā)表的美國9個土壤剖面的碳含量，估算出全球1 m厚度土層有機(jī)碳庫為710 Gt[22]，而1982年Schleisinger的研究結(jié)果為1515 Gt[23]。同年，Post等在Holdridge生命帶模型的基礎(chǔ)上，使用了2696個土壤剖面數(shù)據(jù)，建立了全球土壤碳密度的地理分布與植被和氣候因子之間的相互關(guān)系，對土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，得到總的碳儲量為1395.5 Gt[24]。1990年Schlesinger研究研究全球土壤碳的結(jié)果為1500 Gt[25]，1993年Eswaran的研究結(jié)果為1576 Gt[26]。1996年Batjes通過分析4000多個土壤剖面數(shù)據(jù)，按經(jīng)緯度將全球劃分為259200個土壤面積單元，根據(jù)每個面積單元中各土壤類型的比例計算土壤平均碳密度，從而求出全球土壤有機(jī)碳儲量總量為2157～2293 Pg[27]。

1985年Franzmeier利用美國中西部地區(qū)1∶250萬的土壤分布圖，估算了研究區(qū)域的土壤有機(jī)碳儲量[28]。1989年P(guān)arton使用Century模型估算得出了美國大平原地區(qū)的土壤碳含量[29]。1996年，俄羅斯運(yùn)用GIS技術(shù)在1∶250萬土壤分布圖上建立了土壤碳的空間數(shù)據(jù)庫，計算并繪制了俄羅斯全國不同土層厚度的有機(jī)碳庫存量、0～100 cm土壤無機(jī)碳庫存量的分布圖，得出土壤總碳庫存量為453.4 Pg[30]。1997年Lacelle建立了加拿大1∶100萬的數(shù)字化土壤圖和由15000個土壤斑塊組成的描述土壤景觀及土壤碳含量的數(shù)據(jù)庫，計算出加拿大0～30 cm土層的土壤碳庫量為72.8 Gt，1 m土層的土壤碳庫量為262.3 Gt[31]。1998年Tiltyanova等根據(jù)5850個土壤剖面的腐殖質(zhì)含量數(shù)據(jù)和2300個土壤容重資料，建立了西北利亞地區(qū)土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)庫，計算出土壤有機(jī)碳儲量為199 Gt[32]。

全球不同地區(qū)森林碳密度的趨勢與當(dāng)?shù)仄骄涤炅?控制天氣)、自然條件、土壤礫石含量和土壤養(yǎng)分含量等因素有關(guān)。近年來，Li和Zhao[33]基于中國熱帶亞熱帶215.2 M ha的總面積，在年平均溫度和降雨量分別為為15～28 ℃和1200～2000 mm的條件下，估算出的闊葉林和針葉林土壤平均碳密度為60 Mg/ha。Djukic等[34]的研究地點(diǎn)在海拔高度為900～1900 m的奧地利阿爾卑斯山，此地區(qū)氣候類型為亞高山、高山氣候區(qū)。在900～1500 m的海拔范圍，溫度隨著海拔高度的增加而降低，引起了微生物活動的降低，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳的分解程度降低，SOC儲量增加，森林土壤平均碳儲量為98 Mg/ha。這可以解釋SOC從900到1500 m的海拔增加的原因。濕熱帶的闊葉林區(qū)土壤碳儲量達(dá)到190 Mg/hm2，也被認(rèn)為是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量最高的地區(qū)。Meier和Leuschner[35]調(diào)查了索爾山和圖林根州盆地之間(德國中部)綿延150 km長降水梯度(年均970～520 mm)的成熟山毛櫸土壤碳儲量，年均降雨量小于600 mm的土壤碳儲量僅為年均降雨量為900 mm的77%。中歐森林土壤碳儲量增加了20%。在干旱氣候條件下，土壤碳儲量同樣降低了植被樹干生物量。研究表明，氣候條件對土壤碳儲量的影響比土壤質(zhì)地本身還要大，土壤碳儲量與平均降雨量、梯度和礫石含量有正相關(guān)關(guān)系，與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[36]。

4 國內(nèi)森林土壤碳儲量研究進(jìn)展及特點(diǎn)

4.1 土壤類型法

國內(nèi)大多選擇在區(qū)域尺度上研究土壤碳儲量的學(xué)者，近年來普遍以我國在20世紀(jì)70年代末和80年代初進(jìn)行的第二次土壤普查數(shù)據(jù)、中國土壤圖為主要依據(jù)，用土壤類型法對不同區(qū)域統(tǒng)一的1 m深度以內(nèi)的土壤碳儲量做了估算。如陳芳等人根據(jù)甘肅省第二次土壤普查所得的37個土壤類型，281個典型土壤剖面的理化性質(zhì)和土壤各類型分布面積，以及1∶300萬甘肅省紙質(zhì)土壤圖，利用土壤類型法估算了甘肅省土壤有機(jī)碳的儲量，有機(jī)碳含量約為39.87×108t，占全國儲量的4.47%，土壤平均碳密度為17.62 kg/m2[37]。近年來，不少學(xué)者也在全國尺度上研究了土壤碳儲量，如王紹強(qiáng)等人在1999年運(yùn)用GIS技術(shù)，根據(jù)第一次土壤普查數(shù)據(jù)，得到的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳總量為1001.8×108t，平均碳密度為10.83 kgC/m2[38]。而在2000年王紹強(qiáng)等人根據(jù)中國第二次土壤普查實(shí)測的2473個典型土壤剖面的理化性質(zhì)，以及土壤各類型分布面積，并采用中國資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫1∶400萬中國土壤類型分布圖，估算出中國土壤有機(jī)碳庫的儲量約為924.18×108t，平均碳密度為10.53 kg/m2[39]。運(yùn)用第二次普查數(shù)據(jù)得出的結(jié)果較第一次，中國土壤有機(jī)碳總量和平均碳密度分別減小8.41%和2.66%。謝憲麗等人基于1∶400萬的《中華人民共和國土壤圖》和第二次土壤普查數(shù)據(jù)，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，對中國土壤有機(jī)碳密度及儲量做出估算，并且分析了土壤有機(jī)碳密度的空間分布差異。結(jié)果表明，全國100 cm深度的土壤有機(jī)碳密度介于1.19 kg/m2和176.46 kg/m2之間，20 cm深度的土壤有機(jī)碳密度介于0.27 kg/m2到53.46 kg/m2之間，100 cm和20 cm深度的土壤有機(jī)碳儲量分別為84.4 Pg和27.4 Pg[40，41]。

同樣研究者在區(qū)域尺度對各地區(qū)不同植被類型土壤碳儲量做出估算。但由于采用的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的采樣或分析方法，導(dǎo)致相同區(qū)域出現(xiàn)了差異較大的結(jié)果。例如劉曦喬等[42]用土壤剖面法將剖面按0～10、10～20、20～30、30～50、50～100 cm分層，估算了湖南省森林土壤1 m深范圍內(nèi)總碳儲量的最終估算結(jié)果為98.30 t/hm2，土壤碳儲量隨著深度的增加不斷減小，不同森林類型間土壤層碳密度依次為闊葉林(118.16 t/hm2)>杉木林(109.40 t/hm2)>竹林(102.81 t/hm2)>柏木林(99.55 t/hm2)>馬尾松林(91.71 t/hm2)>經(jīng)濟(jì)林(77.85 t/hm2)>楊樹林(79.08 t/hm2)>灌木林(54.17 t/hm2)>濕地松林 (51.67 t/hm2)。但同樣是在湖南省，李斌等[43]則根據(jù)森林資源清查數(shù)據(jù)估算出的湖南省森林土壤層(80 cm)平均碳密度為137.15 t/hm2，遠(yuǎn)高出100 cm內(nèi)劉曦喬等[42]的估算結(jié)果。廣州馬尾松林土壤碳密度(55.54 ～ 66. 69 t/hm2)[44]、廣西不同林齡喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)表層土壤有機(jī)碳密度(65.76 t/hm2)[45]，略低于目前所報道的中國森林(100 cm)土壤層平均碳密度107.8 t/hm2[46]和世界土壤碳密度平均水平(189.0 t/hm2)[47]。

4.2 植被類型法

國內(nèi)諸多學(xué)者通過植被類型法來研究森林土壤碳儲量，如林培松等人以粵東北山區(qū)的梅江區(qū)天然常綠闊葉林、針闊混交林、馬尾松針葉林和桉樹人工林四種主要森林類型為研究對象，在每個林分中按照“S”形選擇4個土壤剖面，來計算土壤碳密度，得到四種林型土壤碳密度總平均值為14.14 kg/m2[48]。渠開躍等人用植被類型法，分析了遼東山區(qū)不同林型土壤有機(jī)碳剖面分布特征，結(jié)果表明同一林型有機(jī)碳含量及碳儲量均隨土層加深而逐漸遞減；其中全土(0～30 cm)有機(jī)碳儲量的42.48～61.54%分布在土壤表層(0～10 cm)[49]。常宗強(qiáng)等人通過野外調(diào)查，室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，采用植被類型法，在植被類型變化較大林區(qū)，研究了相鄰相同海拔、坡向和土壤類型的天然林，牧坡草地和農(nóng)田等植被類型土壤碳動態(tài)[50]。

諸多研究表明不同植被類型土壤剖面上的有機(jī)碳隨土壤深度增加而降低[51～53]。楊玉盛等人用植被類型法研究了33年生格氏栲人工林和杉木人工林的有機(jī)碳含量及分配，得出兩者人工林有機(jī)碳存在一定的差異[54]。解憲麗等人用土壤、植被類型相結(jié)合的方法，運(yùn)用全國第二次土壤普查和新疆等區(qū)域土壤調(diào)查典型剖面數(shù)據(jù)資料和1∶400萬中國植被圖，建立數(shù)據(jù)庫，研究了中國不同植被類型下的100cm和20cm厚度土壤有機(jī)碳密度和儲量，繪制了土壤有機(jī)碳儲量的地理分布圖。結(jié)果表明：基于植被分類計算的我國100 cm和20 cm厚度土壤有機(jī)碳儲量分別為69.38 Gt和23.81 Gt；100 cm深度的森林土壤最大約為17.39 Gt，占總儲量的25%；土壤碳儲量空間差異明顯[44,45]。

4.3 模型方法

國內(nèi)學(xué)者用的最為廣泛的為CENTURY模型，如高魯鵬等人利用CENTURY模型，模擬自然狀態(tài)下黑土表層(0～20 cm)土壤有機(jī)碳從無機(jī)類到穩(wěn)定的過程，模擬開墾前自然條件下黑土有機(jī)碳庫的積累規(guī)律，測出0～20 cm表層土壤有機(jī)碳總量穩(wěn)定在7914.72～11672.78 g/m2[55]。黃忠良運(yùn)用Century模型模擬了在不同管理措施下馬尾松林在不同階段的土壤有機(jī)質(zhì)、N含量以及生產(chǎn)力。結(jié)果表明除去地被物和林下層植物會使土壤肥力降低，導(dǎo)致生產(chǎn)力下降，并證明Century模型可用于森林演替的模擬[56]。趙俊芳等人基于中國森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支模型FORCCHN，研究了1981～2002年中國東北地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的分布格局。結(jié)果表明：中國東北地區(qū)在此期間土壤碳儲量為8.36 PgC/a，土壤碳儲量為全國森林的63.88%，土壤碳密度為全國森林的1.22倍[57]。

4.4 GIS估算法

國內(nèi)的土壤有機(jī)碳儲量研究歷時約30年，隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，我國學(xué)者也將GIS技術(shù)應(yīng)用于土壤有機(jī)碳的研究，積累了大量數(shù)據(jù)資料。于東升等人基于中國1∶100萬土壤數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，利用土壤有機(jī)碳儲量和碳密度的空間化表達(dá)和計算方法，采用“土壤類型GIS連接法”實(shí)現(xiàn)了土壤剖面有機(jī)碳密度與圖形圖斑連接，通過制圖單元碳儲量求和得出全國碳儲量，并利用面積平均法計算全國及各類型土壤的有機(jī)碳平均密度。結(jié)果表明，中國的土壤面積共有928.10×104km2，有機(jī)碳儲量89.14 Pg，土壤平均碳密度9.60 kg/m2[58]。李克讓等利用全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)，建立土壤空間和屬性數(shù)據(jù)庫，計算了不同土壤類型的有機(jī)碳密度和儲量，繪制出中國土壤100 cm和20 cm深度的有機(jī)碳統(tǒng)計表格，并用模型計算出中國土壤碳儲量為82.65 Gt[59]。

甘海華等人采用廣東省第二次土壤普查資料，選取典型的土壤剖面，采用1∶100萬土壤圖，應(yīng)用GIS軟件ARC/INFO將土壤圖數(shù)字化，建立空間數(shù)據(jù)庫，并繪制廣東省土壤有機(jī)碳密度分布圖，得出廣東省陸地土壤有機(jī)碳儲量約為17.52×108t，平均土壤碳密度為10.44 kg/m2，土壤有機(jī)碳密度總的分布規(guī)律是東南沿海地區(qū)高于粵北山區(qū)[60]。陳慶美等人采用全國第二次土壤普查中內(nèi)蒙古自治區(qū)的典型土壤剖面資料，收集了245個典型剖面，770個土樣。在剖面深度的基礎(chǔ)上，用地統(tǒng)計學(xué)和地理信息系統(tǒng)(GIS)方法，分別按土壤類型和植被類型法計算出內(nèi)蒙古自治區(qū)土壤有機(jī)碳密度處于3.24～43.24 kg/km3之間[61]。曾永年等人選擇青海省果洛藏族自治州，利用第二次全國土壤普查所得的土壤剖面數(shù)據(jù)和1∶50萬的數(shù)字化土壤類型圖，在GIS的支持下利用土壤類型法對黃河源區(qū)草地土壤碳庫進(jìn)行了估算。結(jié)果表明，黃河源區(qū)土壤碳密度較高，平均土壤有機(jī)碳密度為29.97 km/m2，有機(jī)碳總儲量達(dá)到15×108tC[62]。

一些學(xué)者也運(yùn)用全國土壤普查數(shù)據(jù)和GIS估算法相結(jié)合的方法來估算土壤碳儲量，如姜小三等人基于1∶50萬的江蘇省土壤圖和江蘇省土壤的數(shù)據(jù)，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS將土壤圖數(shù)字化，簡歷以土屬為單位的空間數(shù)據(jù)庫，對江蘇表層土壤有機(jī)碳密度及儲量做出估算，并分析了土壤有機(jī)碳密度的空間分布差異。結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳密度介于4.2～20.32 kg/m2之間，土壤有機(jī)碳儲量為673892×106kg[63]。

4.5 相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計法

由于相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計法的特點(diǎn)，國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用較少。張勇等人采用方差分析和逐步回歸分析等方法，來研究滇黔桂地區(qū)土壤有機(jī)碳密度變異的影響因素。土壤剖面數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)書中記載的典型剖面數(shù)據(jù)，主要包括土壤類型、土壤理化性質(zhì)、采樣點(diǎn)位置描述、成土母質(zhì)和土地利用方式等。首先利用ArcGIS9.1，根據(jù)中國1∶25萬地形圖確定剖面點(diǎn)的空間位置，將剖面點(diǎn)空間化，然后利用空間分析模塊從年平均氣溫和年平均降雨量數(shù)據(jù)中分別獲取各剖面點(diǎn)的年平均氣溫和年平均降雨量[64]。趙永存等人選取河北省的362個土壤剖面，運(yùn)用多元線性回歸、派克里格和回歸克里格三種方法，結(jié)合由DEM獲取的地形屬性因子預(yù)測河北省土壤有機(jī)碳密度的空間分布。將誒過表明，對河北省土壤碳密度空間分布預(yù)測效果最好的是回歸克里格方法，派克里格方法稍差，而多元線性回歸方法則不理想[65]。

另外，奚小環(huán)在中國土壤碳儲量計算方法研究中，提出了單位土壤碳量的概念，即采用4 km2網(wǎng)格為計算單元，即以多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查確定的土壤表層樣品分析單元為計算單位，土壤表層樣碳含量及其對應(yīng)的深層樣碳含量(分析單元為16 km2)，分別代表計算單位表層土壤碳含量與深層土壤碳含量，依據(jù)土壤碳含量分布模式計算得到單位土壤碳量，對單位土壤碳量進(jìn)行加和計算取得土壤碳儲量[66]。奚小環(huán)基于多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查的土壤有機(jī)碳儲量計算中得到江蘇省、內(nèi)蒙古河套地區(qū)、四川省四川盆地西部區(qū)、吉林省平原區(qū)、湖南省洞庭湖區(qū)有機(jī)碳儲量分別約為1.82×109t，2.86×108t，1.78×109t，2.61×109t，8.37×108t；平均有機(jī)碳儲量分別為1.71×105t/km2，9.59×103t/km2，2.91×104t/km2，2.74×104t/km2，2.2×104t/km2[67]。

目前，由于缺乏連續(xù)、可靠、完整和統(tǒng)一的土壤剖面實(shí)測數(shù)據(jù)，森林土壤碳含量、質(zhì)地、容重等土壤理化性質(zhì)存在相當(dāng)大的空間變異性，以及氣候、地形、母巖、植被和土地利用在時間和數(shù)量上復(fù)雜性的綜合影響，現(xiàn)階段森林土壤有機(jī)碳儲量很難估算。不同研究者對陸地土壤碳庫的估算結(jié)果差異較大，是由于他們計算時所采用的基礎(chǔ)資料來源不同、土壤采樣方法的設(shè)計不同以及土壤碳蓄積量的計算方法不同導(dǎo)致同一土壤理化性質(zhì)不同、土壤面積差異、土壤剖面?zhèn)€數(shù)相差較多、土壤深度不統(tǒng)一。森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量研究是一個長期持續(xù)的過程、學(xué)科涉及面廣、時空尺度復(fù)雜、數(shù)據(jù)量龐大，為更加準(zhǔn)確深人地研究森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量，今后應(yīng)加強(qiáng)和完善森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測，提高森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，增加必要的實(shí)測數(shù)據(jù)，提高精度；同時采用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)圖像數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，利用高精度遙感影像數(shù)據(jù)，與土壤實(shí)測值、模型方法相結(jié)合，建立完整的森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量數(shù)據(jù)庫。另外，研究中應(yīng)注重人為活動、土地利用和土地覆蓋變化對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響，使得碳儲量的估算更加注重多因素的綜合影響并能在一定程度上揭示碳儲量的動態(tài)變化過程及其變化機(jī)理。

5 存在問題及其展望

森林土壤有機(jī)碳儲量是進(jìn)入土壤的生物殘體等有機(jī)物質(zhì)的輸入與以土壤微生物分解作用為主的有機(jī)物質(zhì)的損失之間的平衡?，F(xiàn)有森林土壤有機(jī)碳的含量是土壤有機(jī)碳分解速率、作物殘余物數(shù)量、組成植物根系及其他返還至土壤中有機(jī)物的函數(shù)。土壤有機(jī)碳的庫存量與進(jìn)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。但目前國內(nèi)外研究中尚存在以下幾個問題。

(1)由于土壤分類系統(tǒng)的不統(tǒng)一，采樣方法的差異，以及選用不同的土壤碳儲量計算方法和參數(shù)估計方法使目前的土壤碳儲量的估算存在極大的不一致。因此，采用統(tǒng)一規(guī)范的研究方法，來獲取大量的有代表性的森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳儲量的實(shí)測數(shù)據(jù)，來減少區(qū)域尺度碳平衡研究中的不確定性，同時能夠更精確的評價森林生態(tài)系統(tǒng)在全球變化和氣候系統(tǒng)中的作用。

(2)目前國內(nèi)外研究土壤碳儲量的方法主要有：土壤類型法、植被類型法、生命地帶類型法、模型法、相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計法。學(xué)者分別使用土壤類型法和植被類型法，以及模型法來研究土壤碳儲量，但沒有將兩者結(jié)合起來。

(3)目前森林生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)研究主要集中于單一元素的循環(huán)模擬，但是將碳、氮、磷等多種元素循環(huán)相耦合的模擬很少，但可利用氮的不足將限制生態(tài)系統(tǒng)碳的吸收和存貯，因此有必要研究多種元素的循環(huán)模擬以及各元素之間的關(guān)系。

(4)尺度問題，大多學(xué)者在用模型來研究土壤碳儲量時，選用的變量必須在待研究尺度上可測。而在指定尺度上難于測定，即使它可以提高模型的適用性也要將其去除。目前集中于小尺度的研究，開展多尺度的調(diào)查研究，不僅要在小尺度上精確研究某個森林生態(tài)系統(tǒng)土壤碳密度，同時將小尺度研究外推到較大空間領(lǐng)域，增加模型的適用性和準(zhǔn)確性。