廣東陽江-茂名地區(qū)土壤碳儲量及其時空變化規(guī)律

李婷婷，賈黎黎，黎旭榮，羅思亮

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣州510080）

（Guangdong Geological Survey,Guangzhou 510080,Guangdong）

廣東陽江-茂名地區(qū)土壤碳儲量及其時空變化規(guī)律

李婷婷，賈黎黎，黎旭榮，羅思亮

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣州510080）

（Guangdong Geological Survey,Guangzhou 510080,Guangdong）

本文參照DZ/T0258-2014多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000），對調(diào)查區(qū)碳儲量進行計算研究。精確計算陽江-茂名地區(qū)土壤碳儲量，并利用多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查實測土壤有機碳密度與1985年廣東省第二次土壤普查取得的土壤有機碳密度進行對比，分析30年來，調(diào)查區(qū)內(nèi)土壤碳密度及碳儲量的時間變化規(guī)律，為該區(qū)土壤碳循環(huán)研究提供數(shù)據(jù)支撐。研究發(fā)現(xiàn)，土壤總有機碳儲量為1.19×108t，各層位有機碳占碳總儲量的比例與全球土壤水平相當，無機碳儲量遠小于有機碳儲量。從空間分布來看，各層位總碳和有機碳區(qū)域分布較為相似，土壤碳密度表現(xiàn)出了明顯的垂直地帶性和水平地帶性特征。水田土壤較旱地土壤有機碳含量多，花崗巖母質(zhì)對表層土壤有機質(zhì)的貢獻較大，而林地對中層和底層土壤有機碳貢獻較大。30年來，陽江-茂名地區(qū)在高強度人類活動改造下土壤有機碳的變化情況發(fā)現(xiàn)，陽江-茂名地區(qū)土壤有機質(zhì)含量略有增加，其增加趨勢及強度在空間上具有較大差異。而林地和農(nóng)用地這兩種利用類型土壤有機碳的改變是影響區(qū)域土壤有機碳儲量的主要因素。

土壤碳儲量；空間分布特征；時間變化規(guī)律

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫,土壤碳庫動態(tài)是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及全球變化研究的重點和熱點之一[1]，自然因素和人為因素都會影響土壤有機碳儲量。而土壤碳庫以土壤有機質(zhì)的形態(tài)儲存于土壤中，其穩(wěn)定、增長或釋放都與大氣碳庫的變化有重要的關(guān)系。近年來，由于人類對自然資源，尤其是化石燃料的燃燒、開荒毀林和改變土地利用方式等活動，對碳在地球各圈層之間的平衡有相當大的影響，尤其是大氣圈和土壤圈[2]。造成大氣CO2濃度增高，而CO2作為溫室氣體的主要成分之一，對全球溫度的上升有直接的影響。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大且周轉(zhuǎn)時間最慢的碳庫，由有機碳庫和無機碳庫組成，土壤無機碳庫所占比例較小，土壤有機碳的積累和分解的速率決定著土壤碳庫的儲量；土壤有機碳也是土壤肥力的重要體現(xiàn)[3]。因此，無論是研究地球各圈層的物質(zhì)循環(huán)，還是維護農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，都需對土壤有機碳的儲量和分布特征進行研究。目前對于土壤有機碳儲量研究有很多種方法和模型，但由于資料來源不同，所得結(jié)果存在一定的差異。本文參照DZ/T0258-2014多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000），對調(diào)查區(qū)碳儲量進行計算研究。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

陽江－茂名調(diào)查區(qū)地處廣東省西南部，東毗珠江三角洲，西臨湛江，北連廣西壯族自治區(qū)，南臨中國南海。境內(nèi)海岸線曲折，港灣多，海岸線總長達589.9 km。區(qū)內(nèi)海陸空交通便利，三茂、陽陽、河茂、茂湛鐵路和陽湛、廣東西部沿海高速公路以及207、325國道連成網(wǎng)絡(luò)，還有茂名港、陽江港，以及陽江民航機場。交通基本已形成立體網(wǎng)絡(luò)，靠近東部的陽江更是已融入珠江三角洲兩小時經(jīng)濟圈。

陽江－茂名地區(qū)在大地構(gòu)造上屬華南褶皺系，涉及范圍橫跨云開大山隆起及粵中凹陷兩個構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)地貌結(jié)構(gòu)：山地、丘陵、臺地、平原兼有，以山地、丘陵面積較廣，屬粵西沿海流域區(qū)，河川發(fā)達，溪流密布。地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤，雨量充沛。全年平均氣溫22℃以上，年平均降雨量在1530～2346 mm之間。夏秋臺風(fēng)較多，有利于環(huán)境自凈，但自然災(zāi)害也比較多；陽江市江城區(qū)及陽東縣亦是廣東暴雨中心之一。據(jù)載，每年7-9月有2-3次臺風(fēng)襲擊，風(fēng)力7-8級，最大可達12級；每年11月到次年3月迷霧較多，陰天500 m以上的山區(qū)，云霧環(huán)繞，終日不散。

1.2 土壤碳儲量的計算方法

土壤碳密度是指單位面積內(nèi)（km2）中一定深度土體中碳元素 (包括有機碳和無機碳)的儲量（質(zhì)量），單位一般為kg/m2、t/km2。土壤碳儲量是指一定面積內(nèi)一定深度土壤的碳儲量（質(zhì)量），一般用質(zhì)量單位表示，常用單位有t、Gt、Pg等。分別計算表層（0-20 cm）、中層（0-100 cm）、底層（150-180 cm）、深層（0-180 cm）等不同層位土壤全碳、有機碳、無機碳儲量及密度。本文參照DZ/T0258-2014多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1︰250000），對調(diào)查區(qū)碳儲量進行計算研究，具體計算方法如下[4]：

1.2.1 土壤碳密度

土壤碳密度計算公式：

式中：SCD---土壤碳密度，單位為千克每平方米（kg/m2）;

D----土壤深度，單位為厘米（cm）;

ρ----土壤容量，單位為克每立方厘米（g/cm3）;

C----土壤碳含量，%；

10----單位換算系數(shù)；

土壤碳密度計算深度不同，土壤有機碳和無機碳含量取值不同：

D=20 cm時，C為表層土壤碳含量（無機碳和有機碳）；

D=100 cm時，計算公式如下：

有機碳含量：

式中：TOC表和TIC表----為表層土壤有機碳和無機碳含量，%；

TOC深和TIC深----為深層土壤有機碳和無機碳含量，%；

d1----10;

d2----深層土壤實際采樣深度，單位為厘米（cm）

1.2.2 單位土壤碳量

單位土壤碳量是指以4km2為單位的范圍內(nèi)，一定深度土體中的碳量。

單位土壤碳量計算公式如下：

USCA＝4×103×SCD

式中：USCA----單位土壤碳量，單位為噸（t）；

4×103----換算系數(shù)；

SCD----土壤碳密度，單位為千克每平方米（kg/m2）

1.2.3 土壤碳儲量

土壤碳儲量計算公式：

式中：SCR----土壤碳儲量，單位為噸（t）;

USCA----單位碳儲量，單位為噸（t）；

n----土壤碳儲量統(tǒng)計范圍內(nèi)，單位土壤碳量的加和個數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同深度碳儲量及區(qū)域分布特征

按照上述不同層位土壤碳儲量計算方法，分別計算了調(diào)查區(qū)表層（0-20 cm）、中層（0-100 cm）、底層（150-180 cm）、深層（0-180 cm）等不同深度土壤總有機碳（TOC）、總碳（TC）和總無機碳（TIC）量，計算結(jié)果見表1。

由表1可知，調(diào)查區(qū)內(nèi)表層土壤（0-20 cm）碳密度平均值為2.82 kg/m2，低于全國水平，這可能是由于陽江-茂名地區(qū)地處熱帶亞熱帶地區(qū)，水熱條件較好，土壤有機質(zhì)分解快，加上土壤過度開墾，易造成土壤有機質(zhì)的損失；底層土壤碳密度平均值為1.79 kg/m2，土壤表層碳密度大于底層土壤碳密度，是底層土壤碳密度的1.59倍。表層土壤碳儲量是底層土壤碳儲量的1.57倍，遠大于底層土壤碳儲量。調(diào)查區(qū)內(nèi)表層、中層、深層土壤碳儲量分別為2.56×107t、9.74×107t、1.44×108t，其中有機碳分別為2.18×107t、7.81×107 t、1.19×108t，占相應(yīng)層位總碳儲量的比例分別為 85.16%、80.18%和82.64%，各層位有機碳占碳總儲量的比例與全球土壤水平相當。無機碳儲量遠小于有機碳，分別為3.85×106t、1.93×107t、2.52×107t，占相應(yīng)層位總碳儲量的比例分別為14.84%、19.82%和17.36%。一般認為，土壤碳庫主要是由土壤有機碳庫貢獻的，而土壤無機碳庫對整個土壤碳庫的貢獻是極少的，可以忽略的。

表1 研究區(qū)不同層土壤各種形式的元素量Table 1 Elements com position in different depth of soil in Yangjiang-M aom ing area,Guangdong province

與廣東省珠三角地區(qū)土壤相比（表1），調(diào)查區(qū)土壤有機碳密度較珠三角地區(qū)有機碳密度略低，底層有機碳密度稍大于珠三角地區(qū)底層土壤有機碳密度。與我國其它地區(qū)土壤相比，調(diào)查區(qū)全層土壤有機碳密度相對較低，遠低于吉林（27.42 kg/m2）、洞庭湖、江蘇（17.12 kg/m2）等地區(qū)，但高于內(nèi)蒙古（9.59 kg/m2）。王邵強等研究發(fā)現(xiàn)，在東北地區(qū)和四川盆地由于植物茂密，氣候濕潤，土壤有機質(zhì)積累過程明顯；內(nèi)蒙古等地及中西部地區(qū)由于水分、溫度的限制，地表植被覆蓋少，土壤有機質(zhì)輸入量少，因而TOC密度最低[4]。

從表層、中層、深層土壤的碳密度空間分布可見，各層位總碳和有機碳區(qū)域分布較為相似。表層土壤有機碳與全碳密度高值區(qū)主要分布在茂名市茂南區(qū)公館圩至陽江市陽江縣新圩鎮(zhèn)一帶，包括茂名市區(qū)以東、電白區(qū)坡心鎮(zhèn)、大衙鎮(zhèn)、觀珠鎮(zhèn)、馬踏鎮(zhèn)北西部，以及陽江市新圩鎮(zhèn)、塘口鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、雙捷鎮(zhèn)等，呈帶狀分布。其他高值區(qū)零星分布于陽西縣溪頭鎮(zhèn)，陽西縣域、電白區(qū)笪橋鎮(zhèn)、化州市新安鎮(zhèn)，并在化州市以西、高州市石板鎮(zhèn)以西、高州市潭頭-大井東部出現(xiàn)極值點。從地貌上看主要分布與盆地、平原、丘陵、崗地等地勢較低處，水田較多的區(qū)域。其次，花崗巖出露地區(qū)表層有機碳含量較高。深層土壤有機碳與全碳密度高值區(qū)主要分布在調(diào)查區(qū)的北西（大片分布）及東部少數(shù)地區(qū)，并在高州市荷花鎮(zhèn)南西，化州市那務(wù)鎮(zhèn)以東，高州市大井鎮(zhèn)南部，茂名市茂南區(qū)金塘鎮(zhèn)北東，陽江市白沙鎮(zhèn)以南出現(xiàn)極值點。而在調(diào)查區(qū)西南及中部地區(qū)碳密度低值區(qū)成片分布，在東南沿海地帶碳密度出現(xiàn)最低值。

中層土壤有機碳和全碳密度高值區(qū)分布與深層土壤有機碳和全碳密度高值區(qū)分布相似。主要分布于地勢較高的丘陵、臺地及山區(qū)，主要為旱地和林地區(qū)。有機碳的這種分布特征說明，調(diào)查區(qū)內(nèi)，水田土壤較旱地土壤有機碳含量多，花崗巖母質(zhì)對表層土壤有機質(zhì)的貢獻較大，而林地對中層和深層土壤有機碳貢獻較大。

2.2 區(qū)內(nèi)土壤有機碳不同時空變化規(guī)律

利用多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查實測土壤有機碳密度與1985年廣東省第二次土壤普查取得的土壤有機碳密度[6]進行對比，分析30年來，陽江-茂名地區(qū)在高強度人類活動改造下土壤有機碳的變化情況。其中第二次土壤普查數(shù)據(jù)依據(jù)《廣東土壤》第二次土壤普查數(shù)據(jù)制作的耕層土壤有機質(zhì)含量分布圖，對應(yīng)多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查采樣網(wǎng)格提取土壤有機質(zhì)平均含量值，除以轉(zhuǎn)換系數(shù)1.724換算為有機碳含量值。

對比結(jié)果表明，30年來，陽江-茂名地區(qū)土壤有機質(zhì)含量略有增加。1985年調(diào)查區(qū)表層土壤有機質(zhì)平均含量為1.66（%），2015年表層土壤有機質(zhì)平均含量為1.93（%），略有增加。從空間變化上來看，其增加趨勢及強度在空間上具有較大差異（圖1），增加高值點主要出現(xiàn)在茂名市茂南區(qū)白沙鎮(zhèn)、陽江市及北東部分區(qū)域、陽西縣塘口鎮(zhèn)、電白區(qū)黃嶺鎮(zhèn)、電白區(qū)馬踏鎮(zhèn)-望夫鎮(zhèn)、電白區(qū)觀珠鎮(zhèn)、電白區(qū)小良鎮(zhèn)以西、茂南區(qū)公館鎮(zhèn)、化州市官橋鎮(zhèn)、化州市平定鎮(zhèn)以南、化州市文樓鎮(zhèn)、化州市那務(wù)鎮(zhèn)、高州市荷花鎮(zhèn)南西。其中，在陽江市西南和東北區(qū)域、陽西縣塘口鎮(zhèn)、電白區(qū)黃嶺鎮(zhèn)以及化州平定以南，增加幅度最大。調(diào)查區(qū)西部存在大片有機質(zhì)含量降低的區(qū)域，高州市大井鎮(zhèn)以西、高州市沙田鎮(zhèn)-化州市江湖鎮(zhèn)、電白區(qū)坡心鎮(zhèn)及其西部地區(qū)降低趨勢尤為顯著；東南沿海地帶存在較大面積弱降低區(qū)域。

不同利用類型土壤有機碳密度統(tǒng)計結(jié)果見表2。與1985年土壤有機碳密度相比，30年間陽江-茂名地區(qū)土壤有機碳密度和有機碳儲量有所增加，增加幅度為15.96%。農(nóng)用地、城鎮(zhèn)用地、林地有機碳密度均有所增加，有機碳密度分別增加0.08 kg/m2、0.94 kg/m2、0.25 kg/m2，增加幅度分別達18.35%、30.33%、13.41%。其中，城鎮(zhèn)用地有機碳密度增加幅度最大，達30.33%，這可能跟投影地圖老舊，圖中沒有及時更新城區(qū)的擴大，導(dǎo)致統(tǒng)計城鎮(zhèn)用地面積較小，樣品數(shù)量較少有關(guān)，還需進一步研究。而灘涂土壤有機碳密度降低0.27 kg/m2，降低幅度達16.44%，降幅較大，考慮與部分樣品含砂較多有關(guān)。由于調(diào)查區(qū)內(nèi)林地和農(nóng)用地分布面積較大，且林地和農(nóng)用地有機碳儲量分別增加1.01×106t 和0.20×107t，占全區(qū)有機碳儲量變化量的比例分別為13.41%和18.35%，所以認為這兩種利用類型土壤有機碳的改變是影響區(qū)域土壤有機碳儲量的主要因素。

圖1 表層土壤有機碳含量變化空間分布圖Fig.1 Spatial variation oforganic carbon content ofsoil in Yangjiang-Maomingarea,Guangdong province

表2 廣東陽江-茂名地區(qū)不同時期土地利用類型表層土壤有機碳儲量分布對比Table 2 Organic carbon storage in surface soil copmarison among different use-type lands in 1985 and 2015 in Yangjiang-M aom ing area,Guangdong province

3 討論

陽江-茂名地區(qū)土壤有機碳儲量計算結(jié)果顯示，調(diào)查區(qū)內(nèi)表層土壤碳密度平均值為2.82 kg/m2。土壤總有機碳儲量為1.19×108t，底層土壤碳密度平均值為1.79 kg/m2，土壤表層碳密度大于底層土壤碳密度，是底層土壤碳密度的1.59倍。表層土壤碳儲量是底層土壤碳儲量的1.57倍，大于底層土壤碳儲量。各層位有機碳占碳總儲量的比例與全球土壤水平相當，無機碳儲量遠小于有機碳儲量。從空間分布來看，各層位總碳和有機碳區(qū)域分布較為相似，土壤碳密度表現(xiàn)出了明顯的垂直地帶性和水平地帶性特征。表層土壤有機碳與全碳密度高值區(qū)從地貌上看主要分布與盆地、平原、丘陵、崗地等地勢較低處，水田較多的區(qū)域。其次，花崗巖出露地區(qū)表層有機碳含量較高。而中層土壤有機碳和全碳密度高值區(qū)分布與深層土壤有機碳和全碳密度高值區(qū)分布相似。主要分布于地勢較高的丘陵、臺地及山區(qū)，主要為旱地和林地區(qū)。

分析30年來陽江-茂名地區(qū)在高強度人類活動改造下土壤有機碳的變化情況發(fā)現(xiàn)，陽江-茂名地區(qū)土壤有機質(zhì)含量略有增加，其增加趨勢及強度在空間上具有較大差異。調(diào)查區(qū)西部和東南沿海地帶存在大片有機質(zhì)含量降低的區(qū)域。對不同利用類型土壤有機碳密度統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，30年間陽江-茂名地區(qū)土壤有機碳密度和有機碳儲量均有所增加，僅灘涂土壤有機碳密度有所降低。由于林地和農(nóng)用地分布面積較大，所以這兩種利用類型土壤有機碳的改變是影響區(qū)域土壤有機碳儲量的主要因素。

[1]許文強,陳曦,羅格平,王濤,藺卿.干旱區(qū)三工河流域土壤有機碳儲量及空間分布特征[J].自然資源學(xué)報,2009,24 (10):1740-1747.

[2]王紹強,周成虎,李克讓,朱松麗,黃方紅.中國土壤有機碳庫及空間分布特征分析 [J].地理學(xué)報,2000,55(5): 533-544.

[3]甘海華，吳順輝，范秀丹.廣東土壤有機碳儲量及空間分布特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2003,14(9):1499-1502.

[4]中國地質(zhì)調(diào)查局.DZ/T 0258-2014《多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1:250000）》[S].2014.

[5]唐曉紅，呂家恪，魏朝富，謝德體，潘根興，曾希柏.區(qū)域稻田土壤碳儲量的空間分布特征 [J].中國農(nóng)業(yè)通報,2009, 15(14):173-177.

[6]廣東省土壤普查辦公室.廣東土壤[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

LI Ting-Ting,JIA Li-Li,LI Xu-Rong,LUOSi-Liang

The calculation of the carbon storage has been made in the Maoming-Yangjiang area based on the DZ/T0258-2014 multi-objective geochemical survey specification(1:250000).This result,together with the comparison of the soil organic carbon density obtained from the multi-objective geochemical survey and the second soil survey in GuangdongProvince in 1985,we further analysis the time variation of the soil carbon densityand the carbon storage in recent 30 years.This temporal variation can provide us data support for the research of the soil carbon cycle in the studyareas.It shows that the total soil organic carbon storage in the study areas is about 1.19×108t,much more than that of the inorganic carbon.In addition,the proportion of the organic carbon storage in each layer is commensurate with that of the global level.Judging from the spatial distribution,we can find that the distribution of the total carbon and the organic carbon in each layer is similar to each other,and the soil carbon density shows characteristics of vertical and horizontal zonality.Moreover,we also find that the organic carbon content in paddy soil is greater than upland soil,and granite has a large soil organic matter contribution to the surface soil,while the forest contributes more to the middle and lower layers.In recent 30 years,although there is a great space difference in increase trend and intensity,the soil organic matter content in the Yangjiang-Maoming area has increased slightly,which maybe associated with the high intensityofhuman activities.Forest and agricultural land,as twomain kinds ofuse type soil,their changes in organic carbon content should be the major factor in influencing the regional soil organic carbon storage.

soil carbon storage;spatial distribution characteristics;time variation law

P69；S153.6

A

1007-3701（2017）01-094-06

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.01.010

Li T T,Jia L L,Ling X R and Luo S L.Soil carbon storage and its time variation in Yangjiang-M aom ing area,Guangdong province.Geology and M ineral Resources of South China,2017,33 (1):94-99.

2017-1-22；

2017-3-31.

中國地質(zhì)調(diào)查局"廣東陽江-茂名地區(qū)多目標地球化學(xué)調(diào)查"（編碼：12120113000500）項目資助.

李婷婷（1987—），女，碩士，工程師，主要從事地球化學(xué)勘查、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查與研究工作，E-mail:314825424@qq.com.