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土壤有机碳库是陆地生态系统中最大的碳库,土壤固碳是一种有效的固碳方式。对土壤有机碳储量的准确估算是评估土壤固碳潜力的基础,因此,土壤有机碳储量的估算有着重要意义。喀斯特地貌约占我国国土面积的1/3,但喀斯特土壤多为非连续土壤,土壤有机碳密度的估算的不确定度较大。为了探索喀斯特土壤有机碳的估算,本文以我国西南典型喀斯特峰丛洼地生态恢复区(PCDR)、自然保护区(PCDN)、峰林谷地(PFV)三个典型喀斯特样区和一个地带性土壤—红壤低山样区(HRS)为研究对象,通过表层土样和剖面土样的采集和土壤分布的调查,利用传统方法和本文的改进方法计算了各样区的土壤有机碳密度。传统方法是土壤有机碳、容重、土层厚度、石砾含量的函数,而改进方法还考虑到了土壤分布,包括各种土壤分布形态的面积比例(土面、石土面、石面土、石缝/石槽土等)及其平均深度。并用传统方法和改进方法分别估算了环江县域尺度土壤有机碳密度。还比较了两种土壤剖面的采样方法对土壤有机碳密度的影响:包括第二次土壤普查普遍采用的土壤发生层采样和目前的研究越来越多的按固定层次法采样。得到如下结果与结论:
1)峰丛洼地样区的石灰岩与峰林谷地的白云岩发育的土壤表现出明显的差异,前者表现为石土界面清晰,后者表现出石土混合,石砾含量为34.3%。石灰岩发育的土壤在各植被类型下表现出分布的差异。原生林、次生林土壤总量较少,前者表现为40%浅层(平均16 cm)的石面土,后者则仅有8.9%的石缝/隙土;坡地各种植被及利用方式(早地、草地、人工林、灌丛)的土壤分布较为相似,有45.8%-64.2%的土面或者石缝土等分布;洼地约有80%的土面覆盖。植被类型与土壤分布有一定的关系,主要表现为土壤分布面积的大小在一定程度上决定了土地的耕作适宜度,从而决定了其是否被开垦,进而决定了植被类型。
2)喀斯特土壤有机碳含量(0-20 cm和20-50 cm)表现出自然林地(原生林、次生林、灌丛)等大于退耕林草地或者旱地,说明生态保育有利于有机碳的积累,而在相同土壤分布的情况下,坡地早地≈人工林<草地<灌丛的趋势,说明生态恢复提高了土壤有机碳含量。应继续保育次生林和原生林等自然林地,以维持和提高土壤有机碳的含量;草地有机碳含量大于人工林,并且草地50-90 cm有机碳与原生林相当,说明退耕自然演替形成的草地的土壤固碳作用优于还林,前者的底层固碳能力较强。
3)固定层次厚度采样和按发生层采样计算得到的土壤有机碳密度值表现出了极显著(P<0.01)的相关性,而且差异不显著。两种方法的采样偏差与地形部位有关。本文改进的土壤有机碳密度的计算方法考虑了土壤分布,其计算结果与传统方法的计算结果比值在PCDN,PCDR和PFV样区分别为24.3%,59.5%,89.6%。改进方法将土壤分布和植被类型作为影响土壤有机碳密度的主要因素,适合喀斯特区,且更详细,更接近实际。本文将改进方法应用到环江县域尺度,验证了该方法的可行性。
4)在研究的各样区,不同植被类型土壤有机碳含量的变异系数与样本量的关系可用分段函数拟合,两条拟合曲线的交叉点的样本量是108个。红壤和喀斯特小尺度的研究中(本文的样区面积为3.7-8.5 km2)按植被类型进行采样时,可能说明为了获得稳定的样本,应采集应该超过约108个。喀斯特地区的土壤分布的变异包括在不同母岩和植被类型间的变异;喀斯特样区植被类型间的土壤有机碳的差异要大于红壤。土壤有机碳密度的变异与有机碳含量的变异,土壤分布的不确定性及计算过程有关。