晏承志， 潘自平

(1.贵州省地质调查院，贵阳 550004; 2.中国贵州茅台酒厂(集团)有限责任公司 茅台学院，贵州 仁怀 564500)

贵阳中心区土壤碳密度和碳储量分布特征

晏承志1， 潘自平2

(1.贵州省地质调查院，贵阳 550004; 2.中国贵州茅台酒厂(集团)有限责任公司 茅台学院，贵州 仁怀 564500)

利用贵州省多目标区域地球化学调查(贵阳中心区)(1∶250000)成果，对贵阳中心区土壤碳密度和碳储量分布特征进行了研究，主要取得如下成果：(1)贵阳中心区表层、中层和深层土壤全碳密度平均值分别0.68×104t/km2、2.22×104t/km2、3.15×104t/km2，高于四川、湖南等其他省区，全碳储量分别为0.16×109t、0.53×109t、0.76×109t；(2)研究区土壤有机碳密度较高，有机碳储量占全碳储量约90%，表明有机碳极为丰富，土地较肥沃，适宜于农业生产；(3)土壤有机碳密度随土壤类型、土地利用方式及生态系统的不同而存在一定差异；(4)区内(0～1.8 m)无机碳密度平均值为0.31×104t/km2，无机碳储量为0.08×109t，仅占总碳量的10%.研究成果可为碳循环研究、生态环境影响和农业生产提供科学依据.

贵阳中心区；土壤；碳密度；碳储量；分布特征

碳是自然界中与人类生存密切相关的最重要物质之一，它在水圈、大气圈、岩石圈和生物圈中动态循环.近代以来，大气CO2浓度持续增高，与全球气候变化具有较好的耦合关系，气候变化对生态环境具有重要影响[1].土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，土壤碳库量是植被碳库的2～3倍，是全球大气碳库的2倍，土壤呼吸释放的CO2大约占陆地生态系统与大气间碳交换量的2/3[2].同时，有机碳是土壤肥力指标之一，具有调节土壤理化性状的功能，是衡量土壤养分的重要指标.因此，土壤碳库是研究土壤碳循环的核心内容，准确估算土壤碳储量，认识土壤碳密度和碳储量分布规律及现状，对于正确评价陆地生态系统碳循环、全球碳循环以及全球环境变化和因地制宜发展农业生产具有重要的理论和现实意义.

土壤碳库由有机碳库和无机碳库组成.国外对土壤的有机碳储量估算始于20世纪50年代[1].中国土壤碳库统计始自20世纪90年代，统计数据来源于全国第一次和第二次土壤普查资料，主要涉及有机碳库[3-9]，无机碳库只做过粗略统计[10].中国地质调查局实施的多目标区域地球化学调查项目，采用双层网格化采样布局，分别采集表层、深层土壤样品，采用现代先进仪器和分析技术测试包括碳、有机碳、pH值在内的54项元素/指标，为区域土壤碳密度及碳储量的研究提供海量高精度数据和资料，如于成广等利用多目标区域地球化学成果对辽河流域土壤碳密度及碳储量进行了研究[11].本文利用贵州省多目标区域地球化学调查(贵阳中心区)数据，对贵阳中心区土壤碳密度及碳储量分布特征进行研究，以摸清区内碳密度和碳储量地球化学家底，为碳循环研究，生态环境影响和农业生产提供科学依据.

1 研究区概况

贵阳为贵州省会城市，位于贵州省中部云贵高原东斜坡地带，属东部平原向西部高原过渡地带，地形地貌多样，海拔高，纬度低，具有亚热带湿润温和型气候的特点.冬无严寒、夏无酷暑、雨量充沛、无霜期长.研究区位于贵阳市中心地带，地理坐标为东经106°30′～106°59′，北纬26°10′～26°49′，面积2 404 km2，涉及南明区、云岩区、小河区、乌当区、花溪区和白云区等6个行政区，经济较发达，交通极为便利.

研究区地处一级大地构造单元～扬子准地台之上，北部属四级构造单元贵阳复杂构造变形区，南部属四级构造单元贵定南北向构造变形区.地层发育较全，从寒武系至第四系均有出露，累计最大厚度约万米.各时代的地层以三叠系分布最广，二叠系、寒武系次之，其余多属零星分布.

研究区以岩溶地貌和少量低中山碎屑岩地貌为特点，土壤类型较复杂，大致可分为黄壤、紫色土、石灰土粗骨土及水稻土等5个大类，其中以黄壤和石灰土为主，占总面积的50%以上.

2 研究方法

2.1 样品采集及分析方法

2008年贵州省地质调查院按照《多目标区域地球化学调查规范(1∶25万)》[12]进行了贵阳中心区多目标区域地球化学调查工作，调查面积2 404 km2，采用双层网格化采样布局，分别采集表层土壤和深层土壤样品，表层土壤采样深度0～20 cm，采样密度为1件/1 km2，每4 km2组合成1件组合样进行分析；深层土壤采样深度150～200 cm，采样密度为1件/4 km2，每16 km2组合成1件组合样进行分析.全区共采集表层土壤2 413件，深层土壤样品150件，组合表层土壤分析样品601件，组合深层土壤分析样品150件.

样品分析委托国土资源部南京矿产资源监督检测中心承担，分析TC、Corg、N、pH值等54项元素和指标，取得了3万多个高精度地球化学数据.土壤TC、Corg分别采用管式炉燃烧非水滴定法、重铬酸钾容量法测定，方法检出限、准确度、精密度及样品报出率等分析质量指标均优于多目标区域地球化学调查规范要求[12].

2.2 单位土壤碳量与土壤碳储量计算方法

在多目标区域地球化学调查成果基础上，奚小环提出了单位土壤碳量(USCA)的概念[13]，即以多目标区域地球化学调查确定的土壤表层样品分析单元为计算单位，土壤表层样碳含量(分析单元为4 km2)及其对应的深层样碳含量(分析单元为16 km2)分别代表计算单位表层土壤碳含量与深层土壤碳含量，依据其含量分布模式计算得到单位土壤碳量.通过对单位土壤碳量进行加和计算得到土壤碳储量.土壤碳含量由表层至深层主要存在两类分布模式，即指数分布模式和直线分布模式，其中有机碳含量分布为指数模式，无机碳含量分布为直线模式.贵阳中心区土壤容重数据采用了《贵州省土壤》[14]中的土壤容重统计结果.

有机碳、无机碳、全碳单位土壤碳量(碳密度)计算方法详见参考文献[11]，本文不再赘述.

3 结果与讨论

3.1 土壤全碳密度及储量分布特征

贵阳中心区表层土壤(0～0.2 m)碳密度范围为(0.22～3.48)×104t/km2，平均碳密度为0.68×104t/km2，表层土壤碳储量为0.16×109t；中层(0～1.0m)碳密度范围为(0.8～12.64)×104t/km2，平均碳密度为2.22×104t/km2，中层土壤碳储量为0.53×109t；深层(0～1.8 m)土壤碳密度范围为(1.13～16.67)×104t/km2，平均碳密度为3.15×104t/km2，深层土壤碳储量为0.76×109t.贵阳中心区浅层、中层、深层(0～1.8 m)土壤碳密度分布特征如图1、2、3所示.浅层、中层和深层土壤碳密度分布规律基本一致，高密度主要分布于贵阳市西南、北西面，主要与龙潭煤系地层有关，而低密度主要分布于金阳、龙洞堡及研究区东南角，可能与泥盆系、侏罗系地层有关，另外与石漠化也存在一定关系.

图1 贵阳中心区表层土壤碳密度分布图

图2 贵阳中心区中层土壤碳密度分布图

图3 贵阳中心区深层土壤碳密度分布图

与其他省区土壤全碳密度比较(如图4所示)，贵阳市中心区表层、中层及深层土壤全碳密度均高于四川、湖南、吉林、江苏等其他省区及全国平均值，表明贵阳中心区表、深层土壤中含碳量较高，且有机碳明显高于无机碳，土壤肥沃、有利农作物生长.

3.2 土壤有机碳密度及储量分布特征

贵阳中心区地表0～1.8 m有机碳密度范围(1.09～11.62)×104t/km2，平均值为2.84×104t/km2，有机碳储量为0.68×109t，占总碳储量的90%，表明贵阳市土壤有机碳极为丰富.有机碳高密度主要位于贵阳市西面、北西面的花溪区石板镇-金阳新区朱昌镇长冲一线，有机碳密度>3.57×104t/km2，展布方向与龙潭煤系地层出露地带基本一致，贵阳环城林带有机碳密度也较高；有机碳低密度主要位于贵阳市龙洞堡机场及其附近、金阳新区-白云区一线、花溪区高坡乡一带，有机碳密度<20 000 t/km2，展布方向与泥盆系、侏罗系地层出露地带基本一致.此外，比较纯的碳酸盐分布地区是石漠化严重地区，有机碳密度相对较低.

3.2.1 不同类型土壤有机碳分布特征

贵阳中心区主要是岩溶地区，岩溶面积占全区超过85%，主要土壤类型为粗骨土、黄壤、石灰土、水稻土、紫色土等5大类.

表1为不同土壤类型中深层土壤(0～1.8m)的有机碳储量统计，图5为不同类型土壤碳密度对比图.从表1和图5可见， 不同类型土壤碳密度存在差异，深层土壤(0～1.8 m)粗骨土和水稻土有机碳密度较高，超过28 000 t/km2，分别为35 486 t/km2、28 386 t/km2，紫色土最低，为21 623 t/km2.粗骨土有机碳密度较高，可能是由于贵阳中心区地表植被发育，岩石风化时间不长，具有岩石颗粒、土壤、植物残体等因素，且龙潭煤系岩石风化易形成粗骨土.水稻土有机碳密度较高，可能与施用农家肥等有关.

表1 贵阳中心区不同土壤类型深层(0～1.8 m)土壤有机碳储量统计

图4 研究区与其他地区土壤碳密度对比图

图5 研究区不同土壤类型有机碳密度对比图

由于不同土壤类型有机碳密度的差异，加之不同土壤类型分布面积不等，导致土壤有机碳储量也存在差异，其中黄壤有机碳储量最大，达24 458 504 t，石灰土、粗骨土、水稻土居中，紫色土最小.

3.2.2 不同土地利用现状土壤中有机碳分布特征

贵阳中心区土地利用方式分为农用地、建设用地和未利用地，农用地又分为水田、旱地、园地等6个一级分类，建设用地分为居民用地、交通用地等2个一级分类.其中农用地面积最大，占总的90%以上.表2为不同类型土地利用方式中层(0～1.0 m)土壤有机碳储量统计，从表2可见，深度为0～1.0 m不同土地利用方式土壤有机碳密度存在一定差异，其中旱地最高(平均碳密度为25 408.87 t/km2)，水田、居民工矿用地及草地相近，园地最小(15 997.70 t/km2).

表2 贵阳中心区不同土地利用类型中层(0～1.0 m)土壤有机碳储量统计

3.2.3 不同生态系统土壤有机碳分布特征

按照生态系统分类，贵阳中心区可划分为农田生态系统、城市生态系统和森林生态系统等3类，其中森林生态系统面积最大，占总的64%，其次为农田生态系统，占总的约30%，城市生态系统最小.表3为不同类型生态系统表层(0～0.2 m)土壤的有机碳储量统计表.统计结果显示，不同生态系统碳密度存在差异，其中农田生态系统平均碳密度最高(7 097.52 t/km2)，可能与贵阳中心区植被发育和施用农家肥等因素有关；其次为城市生态系统，平均碳密度为6 412.51 t/km2；森林生态系统土壤平均碳密度最小，为6 191.38 t/km2.与其他生态系统比较，城市生态系统碳储量受人为因素影响更大，形成过程更为复杂，改变了原有生态系统的功能和平衡，研究表明，由于人类活动的影响，城市表层土壤中有机碳含量呈逐年增加的趋势[15].

表3 贵阳中心区不同生态系统表层(0～0.2 m)土壤有机碳储量

3.3 土壤无机碳量分布特征

贵阳中心区地表0～1.8 m无机碳含量范围(0.007 7～13.97)×104t /km2，平均值为0.31×104t/km2，无机碳储量为0.08×109t，仅占总碳量的10%.无机碳高密度主要分布于贵阳市西面、北西面的花溪区石板镇-金阳新区朱昌镇长冲一线，乌当区水田镇云雾山、新堡乡香纸沟及其周边地区，无机碳密度>0.38×104t/km2，与寒武系中下统地层、龙潭煤系地层出露地带相耦合，贵阳环城林带无机碳密度也较高；无机碳低密度主要分布于乌当区永乐乡、花溪区高坡乡等地，有机碳密度<0.08×104t/km2，与泥盆系、侏罗系地层出露地带及石漠化严重地区分布基本一致.

4 结论

利用贵州省多目标区域地球化学调查(贵阳中心区)(1∶25万)数据，对贵阳中心区碳密度和碳储量分布特征及其规律进行研究，主要得出以下结论：

(1)贵阳中心区表层、中层和深层土壤全碳密度平均值分别0.68×104t/km2、2.22×104t/km2、3.15×104t/km2，高于四川、湖南等其他省区，全碳储量分别为0.16×109t、0.53×109t、0.76×109t.贵阳中心区浅层、中层、深层土壤碳密度具有相似的分布特征，全碳高密度主要分布于贵阳市西南、西北面，而低密度主要分布于金阳、龙洞堡及研究区的东南角.

(2)研究区土壤有机碳密度较高，有机碳储量占全碳储量约90%，表明有机碳极为丰富，土壤有机质含量高，土地肥沃，适宜于农业生产.

(3)土壤有机碳密度及储量随土壤类型、土地利用方式及生态系统不同而存在一定差异.不同土壤类型有机碳密度排序为：粗骨土>水稻土>黄壤>石灰土>紫色土；不同土地利用方式土壤有机碳密度排序为：旱地>水田>居民工矿用地>草地>园地；生态系统土壤有机碳密度排序为：农田生态系统>城市生态系统>森林生态系统.

(4)研究区深层土壤(0～1.8 m)无机碳密度平均值为0.31×104t/km2，无机碳储量为0.08×109t，仅占总碳量的10%.无机碳高密度主要分布于贵阳市西面、西北面、乌当区水田镇和新堡乡，与寒武系中下统地层、龙潭煤系地层出露地带相耦合；无机碳低密度主要分布乌当区永乐乡、花溪区高坡乡等地，与泥盆系、侏罗系地层出露地带及石漠化严重地区分布基本一致.

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[责任编辑 仲 圆]

Distribution Characteristics of Carbon Density and Carbon Storagein Soils in the Central Area of Guiyang City

YAN Cheng-zhi1, PAN Zi-ping2

(1. Guizhou Geological Survey, Guiyang 550004, China;2. Maotai College, China Guizhou Moutai Winery (Group) Co., Ltd., Renhuai 564500, China)

Based on the data of multipurpose regional geochemical survey (central area of Guiyang ) (1∶250 000) in Guizhou province, the distribution of carbon density and carbon storage are studied in the central area of Guiyang City. Major conclusions are as follows: (1) The average value of total carbon density of surface, middle and deep of soils are respectively 0.68×104t/km2,2.22×104t/km2and 3.15×104t/km2, and they are higher than that of other province such as Sichuan and Hunan, while its total carbon storage are respectively 0.16×109t,0.53×109t and 0.76×109t . (2) The organic carbon density of soils was higher in the study area, and the organic carbon storage accounted for about 90% of the total carbon storage, which indicated that the organic carbon is extremely rich and the land is more fertile, and it is suitable for the agricultural production. (3) The organic carbon density of soils varies with different soil types, land-use types and ecosystems. (4) Within the region (0-1.8 m), the inorganic carbon density is 0.31×104t/km2, and the inorganic carbon storage is 0.08×109t, which only accounted for 10% of the total carbon content. The study results would provide a scientific basis for the research on soil carbon circulation, the assessment of environmental effect and agricultural production.

central area of Guiyang; soils; carbon density; carbon storage; distribution characteristics

1008-5564(2016)06-0080-06

2016-07-25

贵州省优秀科技教育人才省长专项资金项目(黔省专合字(2012)27号)；多目标区域地球化学调查项目(GZTR20070110)

晏承志(1970—)，男，四川蓬溪人，贵州省地质调查院工程师，主要从事地球化学勘查研究； 潘自平(1969—)，男，贵州铜仁人，中国贵州茅台酒厂(集团)有限责任公司茅台学院高级工程师，博士，主要从事资源与环境研究.

P578.1+6

A