遼寧西部沿海地區(qū)土壤碳庫(kù)構(gòu)成及變化規(guī)律研究

王誠(chéng)煜，李玉超，關(guān) 旭，王 毅，韓巖宏，于 躍，楊兵兵

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng)110032

0 引言

土壤碳庫(kù)因其巨大的碳儲(chǔ)量，對(duì)全球氣候變化和陸地生態(tài)系統(tǒng)具有深刻影響，因此長(zhǎng)期成為關(guān)注的熱點(diǎn)［1-2］.土壤中碳的賦存形態(tài)包括有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳.在表生環(huán)境下，受人類活動(dòng)、土壤特性和自然環(huán)境的共同影響，土壤碳庫(kù)是動(dòng)態(tài)變化的，不斷發(fā)生著“源”“匯”相互轉(zhuǎn)化［3-4］.因此，近年來(lái)許多研究致力于土壤碳庫(kù)在空間上和時(shí)間上的變化規(guī)律［5-10］.

奚小環(huán)等［5］通過(guò)總結(jié)我國(guó)中東部地區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)由高緯度帶至低緯度帶土壤碳密度呈現(xiàn)高—低—高—低的規(guī)律性變化.王文俊［6］研究顯示，福建土壤平均有機(jī)碳密度呈現(xiàn)出隨海拔高度增高而變大，內(nèi)陸地區(qū)高于沿海地區(qū)的區(qū)域空間變化規(guī)律.代杰瑞等［7］研究顯示，山東陸域表層土壤整體表現(xiàn)為“碳匯”效應(yīng)，尚有505.23 Mt的固碳潛力.張秀芝等［8］根據(jù)不同土類有機(jī)碳含量最大值估算，河北平原尚有188.6 Mt的固碳潛力.

多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查是21世紀(jì)初中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織開(kāi)展的全國(guó)范圍內(nèi)的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查，至今已獲得了大量高精度土壤碳含量數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)計(jì)算不同深度的土壤碳密度及碳儲(chǔ)量提供了基礎(chǔ)條件.提出的“單位土壤碳量”計(jì)算方法［11］，已精確計(jì)算了我國(guó)典型地區(qū)的土壤碳儲(chǔ)量［12-15］.

遼寧西部沿海地區(qū)是環(huán)渤海區(qū)域的重要組成部分，本文利用已開(kāi)展的多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)，旨在分析土壤碳庫(kù)構(gòu)成特征及固碳潛力，研究20世紀(jì)80年代至今近40年間土壤有機(jī)碳變化規(guī)律.

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location map of the study area

研究區(qū)地處遼寧西部沿海，行政區(qū)劃屬葫蘆島市、興城市和綏中縣，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)120°05′～121°05′，北緯40°25′～41°15′，總面積6364 km2（圖1）.研究區(qū)依山傍海，地形地勢(shì)受燕山山脈制約，區(qū)內(nèi)山地屬燕山山脈的東延部分，地勢(shì)自西北向東南逐漸降低，由海拔400 m以上的山區(qū)，經(jīng)丘陵區(qū)到海拔20 m以下的濱海平原，在渤海海岸形成狹長(zhǎng)的濱海平原，素有“遼西走廊”之稱.該區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，水熱同期，降水集中，日照充足，季風(fēng)明顯.年平均氣溫在8.7～9.8℃，年平均降水量為600～652.5 mm，年平均蒸發(fā)量為1714.6 mm，無(wú)霜期175 d左右，年均日照2544.2 h，日照率為57%.

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文計(jì)算土壤碳密度和碳儲(chǔ)量的參數(shù)提取于全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)和多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù).全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)來(lái)源于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）和維也納國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)研究所（IIASA）所構(gòu)建的世界和諧土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD），數(shù)據(jù)分辨率為1 km.中國(guó)境內(nèi)數(shù)據(jù)來(lái)源為南京土壤研究所提供的1∶100萬(wàn)土壤數(shù)據(jù)，主要匯編自20世紀(jì)80年代開(kāi)展的全國(guó)第二次土壤普查成果.該數(shù)據(jù)集可通過(guò)“地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)”［16］瀏覽下載，數(shù)據(jù)為grid柵格格式，WGS84投影.該數(shù)據(jù)提供了20世紀(jì)80年代土壤有機(jī)碳含量，用于分析研究區(qū)土壤碳密度的變化特征.

多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于2016—2017年遼寧省多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目，其采用雙層網(wǎng)格化土壤測(cè)量方法［17-18］，表層（0～20 cm）土壤樣品采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/km2，深層（0～180 cm）土壤樣品采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/4 km2.土壤的分析樣品由4個(gè)表層單點(diǎn)樣組合而成，即表層土壤分析單元為1個(gè)點(diǎn)/4 km2，深層土壤分析單元為1個(gè)點(diǎn)/16 km2.

2.2 樣品測(cè)試

樣品分析測(cè)試由國(guó)土資源部沈陽(yáng)礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心負(fù)責(zé)，土壤有機(jī)碳和全碳分析采用X射線熒光光譜法和重鉻酸鉀容量法，樣品的測(cè)試和質(zhì)量監(jiān)控按《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000）》［18］執(zhí)行，測(cè)試分析質(zhì)量參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 測(cè)試分析質(zhì)量參數(shù)表Table 1 Quality parameters of sample test and analysis

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理基于Microsoft Excel 2007、SPSS 23和ArcGIS 10.2完成.

遼寧西部沿海地區(qū)多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查的表層和深層分析數(shù)據(jù)被賦予所在網(wǎng)格的中心坐標(biāo)，并在ArcGIS中分別制作成表層和深層點(diǎn)文件.按照最近距離原則進(jìn)行空間連接，將1個(gè)深層點(diǎn)數(shù)據(jù)賦給鄰近4個(gè)表層點(diǎn)數(shù)據(jù)，形成以表層點(diǎn)為基準(zhǔn)的空間信息數(shù)據(jù)庫(kù).將全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、土地利用類型數(shù)據(jù)、地質(zhì)單元數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)等矢量和柵格數(shù)據(jù)與表層點(diǎn)進(jìn)行疊加分析，按照空間位置獲取各點(diǎn)屬性信息，并加入到屬性表中，最終導(dǎo)出屬性表到Microsoft Excel軟件中以做分析計(jì)算.土壤固碳潛力圖在ArcGIS軟件中完成.

2.4 數(shù)據(jù)計(jì)算方法

依據(jù)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查所采用的雙層采樣網(wǎng)格化模式，計(jì)算土壤0～20、0～100、0～180 cm三個(gè)深度土壤碳庫(kù)的碳密度和碳儲(chǔ)量.本文有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳密度計(jì)算方法是以文獻(xiàn)［11，19］的計(jì)算方法為基礎(chǔ)加以修正的.土壤表層和深層容重、礫石體積百分比等基本參數(shù)來(lái)源于世界和諧土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD）.

2.4.1 土壤有機(jī)碳密度

土壤有機(jī)碳密度（SOCD），單位kg/m2，計(jì)算公式如下：

1）表層土壤有機(jī)碳密度

式中，TOC表為表層土壤有機(jī)碳含量（%）；ΔD為表層土壤深度，取20 cm；ρ表為表層土壤容重（g/cm3）；G表為表層土壤礫石含量百分比（%）.

2）中層土壤有機(jī)碳密度，如公式（2）.式中，TOC深為深層土壤有機(jī)碳含量（%）；ΔD為中層土壤深度，取100 cm；ρ深為深層土壤容重（g/cm3）；G深為深層土壤礫石含量百分比（%）；d1、d2、d3分別為表層、深層、中層土壤含量對(duì)應(yīng)的深度值，分別取10、180、100 cm.

3）深層土壤有機(jī)碳密度，如公式（3）.式中ΔD為深層土壤深度，取180 cm.

2.4.2 土壤無(wú)機(jī)碳密度

土壤無(wú)機(jī)碳密度（SICD），單位kg/m2，計(jì)算公式如下：

1）表層土壤無(wú)機(jī)碳密度

式中，TIC表為表層土壤無(wú)機(jī)碳含量（%）；ΔD為表層土壤深度，取20 cm.

2）中層土壤無(wú)機(jī)碳密度，如公式（5）.式中，TIC深為深層土壤無(wú)機(jī)碳含量（%）；ΔD為中層土壤深度，取100 cm.

3）深層土壤無(wú)機(jī)碳密度

式中ΔD為深層土壤深度，取180 cm.

2.4.3 其他參數(shù)

土壤碳密度（SCD，單位kg/m2）：

單位土壤有機(jī)碳量（USCATOC，單位t）：

單位土壤無(wú)機(jī)碳量（USCATIC，單位t）：

單位土壤碳量（USCATC，單位t）：

土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量（SCRTOC，單位t）：

式中，n為土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)，單位土壤碳量加和的個(gè)數(shù).

土壤無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量（SCRTIC，單位t）：

式中，n為土壤無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)，單位土壤碳量加和的個(gè)數(shù).

土壤碳儲(chǔ)量（SCR，單位t）：

3 分析結(jié)果與討論

3.1 不同深度土壤碳庫(kù)構(gòu)成特征

遼寧西部沿海地區(qū)土壤不同深度的碳儲(chǔ)量和碳密度見(jiàn)表2.土壤碳庫(kù)構(gòu)成比例顯示，有機(jī)碳儲(chǔ)量在表層占比最高，為82.87%，其次為中層（78.85%）和深層（76.95%），而無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量則相反.反映出土壤中碳賦存形式以有機(jī)碳為主，同時(shí)無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量隨深度增加有所增大.圖2顯示，土壤碳儲(chǔ)量主要集中在0～100 cm，有機(jī)碳儲(chǔ)量、無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量和全碳儲(chǔ)量占比分別為67.33%、60.29%和65.71%.與全國(guó)典型地區(qū)相比，有機(jī)碳儲(chǔ)量占比與成都平原（70.84%）、洞庭湖地區(qū)（70.54%）、江蘇（69.48%）、華北平原（69.79%）、渭河平原（68.63%）等［20］相當(dāng)，高于山東（55.70%）［7］，但低于松遼平原（95.72%）［20］.

表2 不同深度土壤碳儲(chǔ)量與碳密度統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of soil carbon storage and carbon density by depths

圖2 不同深度土壤碳儲(chǔ)量比例Fig.2 Percentage of soil carbon reservoir by depths

土壤有機(jī)碳密度在表層、中層和深層分別為2.14、7.59和11.27 kg/m2，低于全國(guó)多目標(biāo)調(diào)查區(qū)平均值（表層3.19 kg/m2，中層11.64 kg/m2，深層15.34 kg/m2）［20］和環(huán)渤海地區(qū)（表層2.88 kg/m2，中層8.94 kg/m2）［21］.我國(guó)由高緯度帶至低緯度帶地區(qū)表層土壤有機(jī)碳密度呈現(xiàn)高—低—高—低的空間分布特征.研究區(qū)地理位置處于由北向南的第一個(gè)低值區(qū)，低于黑龍江（3.86 kg/m2）、吉林（3.44 kg/m2），與河北（2.21 kg/m2）、河南（2.42 kg/m2）相當(dāng)［5］.

3.2 不同分類單元土壤碳庫(kù)特征

土壤碳庫(kù)構(gòu)成在區(qū)域上主要受控于自然因素，包括地質(zhì)背景、地貌類型、土壤類型等.但研究表明，人為因素對(duì)其影響作用日漸增大，具有顯著的相關(guān)性［19，22］.因此，了解研究區(qū)不同分類單元的土壤碳儲(chǔ)量及碳密度分布特征具有重要意義.

3.2.1 不同地質(zhì)單元土壤碳儲(chǔ)量及碳密度

遼寧西部沿海地區(qū)7類地質(zhì)單元的土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3.中生界和變質(zhì)巖為土壤碳儲(chǔ)量最高的兩個(gè)單元，分別為：表層5.34和4.26 Mt，中層18.98和16.34 Mt，深層26.04和26.25 Mt.二者分布面積共占全區(qū)的57.71%，其土壤碳儲(chǔ)量也達(dá)到全區(qū)一半以上，共計(jì)占比為：表層58.42%、中層57.66%、深層56.10%.其次為新生界、元古宇和侵入巖區(qū)，共計(jì)占比為：表層33.20%、中層33.84%、深層35.49%.古生界和潛火山巖最低，共計(jì)占比為：表層8.38%、中層8.49%、深層8.41%.

各類地質(zhì)單元的土壤碳密度構(gòu)成見(jiàn)圖3，元古宇（3.76 kg/m2）和中生界（3.73 kg/m2）在表層相對(duì)較高，而中層和深層為古生界，分別為14.19 kg/m2和21.47 kg/m2.變質(zhì)巖的碳密度在各層位均較低.從碳庫(kù)構(gòu)成來(lái)看，有機(jī)碳分布特征與全碳類似，但無(wú)機(jī)碳有所區(qū)別.隨著深度增加，元古宇和古生界的無(wú)機(jī)碳密度增加明顯，在各類地質(zhì)單元中，中層和深層表現(xiàn)最高，這與地層巖性為白云巖、灰?guī)r等碳酸鹽巖密切相關(guān)，表明深層土壤無(wú)機(jī)碳庫(kù)更多受控于地質(zhì)背景.此外，變質(zhì)巖、侵入巖、新生界3類碳密度相對(duì)較低，可以看出，各類土壤碳密度分布特征與碳儲(chǔ)量有所區(qū)別，變質(zhì)巖雖然碳儲(chǔ)量較高，但碳密度截然相反，表明不同分類單元的土壤碳儲(chǔ)量更多受控于所在單元的土壤面積，而碳密度更能反映該類土壤的固碳能力.

圖3 不同地質(zhì)單元土壤碳密度構(gòu)成Fig.3 Soil carbon density composition by geological units

3.2.2 不同地貌類型土壤碳儲(chǔ)量及碳密度

遼寧西部沿海地區(qū)4種地貌類型的土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4.剝蝕隆褶低山和剝蝕丘陵是研究區(qū)面積分布最廣的兩類地貌，共占全區(qū)的97.42%，土壤碳儲(chǔ)量分別為：表層10.40和5.75 Mt，中層38.45和21.68 Mt，深層56.65和34.71 Mt.二者面積比例約為6∶5，但土壤碳儲(chǔ)量相差近1倍，剝蝕隆褶低山表現(xiàn)出更大的土壤固存能力.剝蝕隆褶中低山和山前坡洪積傾斜平原兩類地貌因面積分布較小，土壤碳儲(chǔ)量也相對(duì)較低，共計(jì)占比為：表層1.73%、中層1.83%、深層1.99%.

各類地貌單元的土壤碳密度構(gòu)成見(jiàn)圖4，各深度土壤碳密度均表現(xiàn)為：剝蝕隆褶中低山＞剝蝕隆褶低山＞剝蝕丘陵＞山前坡洪積傾斜平原，可以看出山區(qū)的土壤碳密度要高于丘陵和平原.山區(qū)植被豐富，林草地有利于土壤中碳的積累，同時(shí)海拔增加對(duì)于土壤有機(jī)碳積累具有促進(jìn)作用［6］，而丘陵和平原主要為農(nóng)耕區(qū)，受人類活動(dòng)影響較大，會(huì)造成土壤碳的流失.從碳庫(kù)構(gòu)成來(lái)看，各深度土壤有機(jī)碳密度最高為剝蝕隆褶低山，而土壤無(wú)機(jī)碳密度分布特征與全碳一致.隨著深度增加，剝蝕隆褶中低山的土壤無(wú)機(jī)碳密度增加明顯，其中深層土壤無(wú)機(jī)碳密度分別是剝蝕隆褶低山、剝蝕丘陵、山前坡洪積傾斜平原的1.73倍、2.02倍、3.44倍，這也解釋了低山土壤有機(jī)碳密度最高而全碳密度低于中低山的原因.

表3 不同地質(zhì)單元土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of soil carbon storage and carbon density by geological units

3.2.3 不同土壤類型土壤碳儲(chǔ)量及碳密度

遼寧西部沿海地區(qū)4種土壤類型的土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5.棕壤和潮土面積占比分別為53.30%和31.03%，是研究區(qū)主要的土壤類型，土壤碳儲(chǔ)量分別為：表層9.59和4.10 Mt，中層35.17和15.71 Mt，深層51.77和25.51 Mt.其次為粗骨土，表層2.53 Mt，中層9.55 Mt，深層14.48 Mt.褐土和濱海鹽土最低，共計(jì)占比為：表層1.24%、中層1.35%、深層1.56%.

圖4 不同地貌類型土壤碳密度構(gòu)成Fig.4 Soil carbon density composition by landforms

各類土壤類型的土壤碳密度構(gòu)成見(jiàn)圖5，褐土的土壤碳密度最高，表層、中層和深層分別為2.65、8.63和12.83 kg/m2，其次為粗骨土和棕壤，潮土最低.這與其地貌類型分布特征較為一致，潮土主要分布在丘陵和平原區(qū)，而粗骨土和棕壤主要分布在山區(qū).從碳庫(kù)構(gòu)成來(lái)看，土壤有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳分布特征均與全碳類似，但值得注意的是，褐土深層的土壤無(wú)機(jī)碳密度明顯增大（9.66 kg/m2），是其他土壤類型的近3倍，這與褐土的成土母質(zhì)為碳酸鹽密切相關(guān).盡管研究區(qū)內(nèi)褐土分布面積較小，但遼寧西部地區(qū)分布廣泛，對(duì)土壤碳儲(chǔ)存具有重要作用.

表4 不同地貌類型土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics of soil carbon storage and carbon density by landforms

表5 不同土壤類型土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of soil carbon storage and carbon density by soil types

圖5 不同土壤類型土壤碳密度構(gòu)成Fig.5 Soil carbon density composition by soil types

3.2.4 不同土地利用類型土壤碳儲(chǔ)量及碳密度

遼寧西部沿海地區(qū)8種土地利用類型的土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6.耕地是研究區(qū)面積分布最廣的土地利用類型，占比51.52%.土壤碳儲(chǔ)量分別為：表層6.60 Mt，中層25.23 Mt，深層41.19 Mt.其次為林地和草地，土壤碳儲(chǔ)量分別為：表層5.28和2.91 Mt，中層18.70和11.05 Mt，深層25.76和16.66 Mt.園地、住宅用地、其他建設(shè)用地、水域、灘涂相對(duì)較低，共計(jì)占比為：表層10.03%、中層10.23%、深層10.31%.

各類土地利用類型的土壤碳密度構(gòu)成見(jiàn)圖6.林地土壤有機(jī)碳密度最大，表層、中層和深層分別為3.11、10.48和14.14 kg/m2.各深度土壤有機(jī)碳密度分布特征均表現(xiàn)為：林地＞草地＞住宅用地＞其他建設(shè)用地＞水域＞園地＞耕地＞灘涂.土壤全碳密度與有機(jī)碳類似，僅住宅用地高于林草地.由此看出，林草地對(duì)于土壤碳的固持起積極促進(jìn)作用，而耕地固碳能力較差.

圖6 不同土地利用類型土壤碳密度構(gòu)成Fig.6 Soil carbon density composition by land use types

3.3 表層土壤碳庫(kù)變化趨勢(shì)分析

3.3.1 土壤固碳潛力

土壤固碳潛力是指土壤碳達(dá)到飽和水平時(shí)所容納碳的最大能力，受區(qū)域氣候、土壤類型、土地利用類型和農(nóng)業(yè)管理措施等因素的綜合影響［7］.本文以不同土壤類型的土壤碳含量為基礎(chǔ)，采用累積頻率97.5%對(duì)應(yīng)的含量值作為該土壤類型的碳含量最大值，用該值減去本類土壤點(diǎn)位碳含量，差值作為固碳潛力［23］.

研究區(qū)表層、中層和深層固碳潛力分別為33.91、103.32和129.37 Mt.其中有機(jī)碳固碳潛力大于無(wú)機(jī)碳，各深度分別為：表層25.73和8.17 Mt，中層71.76和31.57 Mt，深層83.53和45.83 Mt.不同深度土壤固碳潛力圖（圖7—9）顯示，表層、中層和深層分布特征大體類似，基本表現(xiàn)為綏中縣地區(qū)相對(duì)較高，興城市以北地區(qū)相對(duì)較低.土壤有機(jī)碳和全碳在沿海地區(qū)固碳潛力較低，而在綏中縣北部地區(qū)相對(duì)較高.土壤無(wú)機(jī)碳在綏中縣整個(gè)地區(qū)表現(xiàn)出較大的固碳潛力.

各類土壤類型固碳潛力（表7）顯示，棕壤最大，表層、中 層 和 深 層 占 比 分 別 為76.26%、72.13%和65.29%，其次為潮土和粗骨土，褐土和濱海鹽土最低.平均固碳量顯示：棕壤＞粗骨土＞潮土＞濱海鹽土＞褐土.其中，棕壤的有機(jī)碳平均固碳量是潮土和粗骨土近3倍.各類土地利用類型固碳潛力（表8）顯示，耕地最大，表層、中層和深層占比分別為52.28%、53.51%和53.29%，其次為林地和草地，其他用地類型相對(duì)較低.同時(shí)發(fā)現(xiàn)，果園的平均固碳量最高，其次為耕地、林地和草地.綜合考慮土壤類型和土地利用類型的固碳潛力，加大植樹(shù)造林、退耕還林還草，以及科學(xué)耕種管理均是未來(lái)提高土壤碳儲(chǔ)量的重要方式.

3.3.2 不同時(shí)期土壤有機(jī)碳變化特征

研究區(qū)現(xiàn)階段和20世紀(jì)80年代的表層、中層土壤有機(jī)碳變化特征見(jiàn)表9、10.結(jié)果顯示，近40年間，表層土壤有機(jī)碳輸出量為1.38 Mt，輸入量為3.28 Mt；中層土壤有機(jī)碳輸出量為2.62 Mt，輸入量為12.39 Mt.可以看出，土壤有機(jī)碳總體呈增加態(tài)勢(shì).前期研究顯示［24］，區(qū)內(nèi)土壤碳匯區(qū)主要分布在低山丘陵區(qū)的林草地，而碳源區(qū)主要分布在耕地集中區(qū).

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，各土壤類型的土壤有機(jī)碳的碳匯效應(yīng)均大于碳源效應(yīng)（表9），其中棕壤的表層和中層土壤有機(jī)碳輸入量最高，分別為2.35和8.81 Mt，貢獻(xiàn)占比為71.80%和71.11%.各土地利用類型表現(xiàn)則略有不同（表10），耕地和園地的表層土壤有機(jī)碳的碳源效應(yīng)均大于碳匯效應(yīng)，總體呈減少態(tài)勢(shì)，灘涂表層和中層土壤呈相同規(guī)律.表明近40年間，人類農(nóng)耕活動(dòng)對(duì)表層土壤有機(jī)碳具有深刻影響，釋放有機(jī)碳量為0.29 Mt.同時(shí)發(fā)現(xiàn)，林地的表層和中層土壤有機(jī)碳輸入量最高，分別為1.93和6.70 Mt，貢獻(xiàn)占比為58.77%和54.04%.表明林地對(duì)增加土壤碳庫(kù)是最為有效的一種土地利用方式.

表6 不同土地利用類型土壤碳儲(chǔ)量和碳密度統(tǒng)計(jì)表Table 6 Statistics of soil carbon storage and carbon density by land use types

表7 不同土壤類型的土壤固碳量統(tǒng)計(jì)表Table 7 Statistics of soil carbon sequestration amount by soil types

表8 不同土地利用類型的土壤固碳量統(tǒng)計(jì)表Table 8 Statistics of soil carbon sequestration amount by land use types

4 結(jié)論

1）遼寧西部沿海地區(qū)土壤碳庫(kù)構(gòu)成以有機(jī)碳為主，表層、中層和深層碳儲(chǔ)量占比分別為82.87%、78.85%和76.95%，同時(shí)無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量隨深度增加有所增大.表層、中層和深層土壤有機(jī)碳密度分別為2.14、7.59和11.27 kg/m2，低于全國(guó)多目標(biāo)調(diào)查區(qū)平均值和環(huán)渤海地區(qū).

2）不同分類單元土壤碳庫(kù)構(gòu)成具有一定差異：中生界和變質(zhì)巖兩個(gè)地質(zhì)單元土壤碳儲(chǔ)量較高，而碳密度在不同深度各異，表層較高為元古宇和中生界，中層和深層為古生界；剝蝕隆褶低山和剝蝕丘陵土壤碳儲(chǔ)量較高，山地區(qū)土壤碳密度大于丘陵和平原；棕壤、潮土、粗骨土是碳賦存的主要土壤類型，褐土土壤碳密度最高，其次為粗骨土和棕壤，潮土最低；耕地、林地和草地土壤碳儲(chǔ)量較高，各深度土壤有機(jī)碳密度分布特征均表現(xiàn)為林地＞草地＞住宅用地＞其他建設(shè)用地＞水域＞園地＞耕地＞灘涂.

圖7 表層土壤固碳潛力圖Fig.7 Carbon sequestration potential map of surface soil

圖8 中層土壤固碳潛力圖Fig.8 Carbon sequestration potential map of middle soil layer

圖9 深層土壤固碳潛力圖Fig.9 Carbon sequestration potential map of deep soil

表9 20世紀(jì)80年代至今各土壤類型有機(jī)碳變化特征表Table 9 Variation characteristics of organic carbon by soil types since 1980s

表10 20世紀(jì)80年代至今土壤各土地利用類型有機(jī)碳變化特征表Table 10 Variation characteristics of organic carbon by land use types since 1980s

3）研究區(qū)表層、中層和深層固碳潛力分別為33.91、103.32和129.37 Mt，其中有機(jī)碳固碳潛力大于無(wú)機(jī)碳.同時(shí)，棕壤分布區(qū)和耕地分布區(qū)土壤固碳潛力最大.

4）近40年間，表層土壤有機(jī)碳輸出量為1.38 Mt，輸入量為3.28 Mt；中層土壤有機(jī)碳輸出量為2.62 Mt，輸入量為12.39 Mt，土壤有機(jī)碳總體呈增加態(tài)勢(shì).其中，棕壤的土壤有機(jī)碳輸入量最高，耕地和園地的表層土壤總體表現(xiàn)為碳源效應(yīng)，釋放有機(jī)碳量為0.29 Mt.同時(shí)，林地對(duì)表層和中層土壤有機(jī)碳的輸入貢獻(xiàn)最大.