草地土壤有机碳储量模拟技术研究
２８０—２９４ ２０１ ３年１２月 草 业 学 报 Ａ（、ＴＡ ＰＲＡＴＡ（、ＵＩ ＴＵＲＡＥ ＳＩＮＩＣＡ 第２２卷 第６期 Ｖｏ１．２２，ＮＯ．６
草地土壤有机碳储量模拟技术研究
任继周，林慧龙
（草地农业生态系统【蚓家重点实验室兰州大学草地农、Ｉ 斗技学院甘肃省草原生态研究所，”肃兰卅『７３００２０）
摘要：探知全球草地生态系统的土壤有机碳储量是调控令球陆地碳循环过程的必要环节和最大难题之一。本文回 顾了草地生态系统土壤有机碳储量的研究进展，分析了现有的草地土壤有机碳模拟技术 草地土壤有机碳模型 的主要技术特征，就模型的基础数据、模型的结构和模型内的函数参数等三方面，讨论了现存草地土壤有机碳模拟 技术的缺陷，提出样地清查、遥感分析和模型模拟方法的综合运用将是解决这一问题的根本途径。最后，提出了一 种基于草地综合顺序分类系统（ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｇｒａｓｓｌａｎｄ，ＣＳＣＳ）的草地土壤有机 碳储量分类指数模型的构架。将样地清查、基于ＣＳＣＳ的草地土壤有机碳分类指数模 与遥感的高时空分辨率特 征三者耦合起来，分析不同草地类型、气候区划等生态条什下的草地土壤有机碳特征，以求提高草地土壤有机碳估 算结果的准确性。此外，草地生态系统土壤的碳汇效应等生态功能与放牧利用不存在绝对对立关系，实现放牧的 现代化转型是以对草地土壤有机碳储量精准估算为前提的。 关键词：草地土壤有机碳；草地碳储量；草地土壤碳汇；草地综合顺序分类法；模型 中图分类号：￥８１２．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４ ５７５９（２０１３）０６ ０２８０ １５ ＤＯＩ：１０．１１６８６／ｃｙｘｂ２０１３０６３４
１ 草地土壤有机碳储量研究的意义
随着全球变化研究的深入，全球碳循环研究已成为当前全球变化研究的热点之一。陆地生态系统作为全球
碳循环的重要组成部分，在全球碳收支平衡中占有主导地位，是预测大气ｃ（）。含量及气候变化的重要基础。土
壤是连接大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈的纽带，是陆地生态系统的核心。土壤碳库是地球表层系统中最大的
碳储库 。土壤中的有机碳库与无机碳库都是陆地生态系统重要的碳库．但由于土壤无机碳的更新周期在１千
年尺度以上，因此土壤碳库对全球变化敏感的主要因子是土壤有机碳。对土壤贮碳和释碳能力的不同认识，是陆
地生态系统ＣＯ 源、汇功能之争的核心 ｊ。精确估计土壤有机碳库对陆地生态系统碳平衡的影响是当前全球陆
地表层碳循环研究的重点内容。］。目前对陆地生态系统土壤有机碳储量的估算存在着很大的不确定性。但已有
研究表明，陆地生态系统中土壤有机碳库约在１．５×１０ Ｐｇ左右，几乎是大气碳库的３倍Ｈ］，是陆地生物量的
１．５～３．０倍 。土壤有机碳库的轻微变化足以引起大气中ｃ（） 的极大改变，进而通过温室效应影响全球气候
变化 。。］。因此，土壤有机碳的分布及其转化日益成为全球碳循环研究的焦点…”］。
全球草地生态系统［包括灌丛、热带（或亚热带）稀树草原及苔原］覆盖了４ｏ 的地球表面 。 ］．是全球陆地
生态系统的主要类型。草地生态系统所贮存碳量约为７６ｌ（ ｔ，其中８９．４ 贮存在土壤中，另外ｌ０．６ 贮存在植
被中 ” ，贮存在土壤中的碳远大于贮藏在地 生物巾的碳，这一特征使草地成为全球碳循环研究的焦点。尽管
不同类型草地的植物一土壤系统碳的总储量差别较大，但是有机碳在系统巾的分布却相当稳定 】。草地土壤有
机碳主要来源于残根，因在土中较深，分解速率较小，导致草地土壤有机碳密度往往比森林土壤的要高［１ 。草地
生态系统明显区别于森林等其他陆地生态系统的特点之一，就是它的碳素储量绝大部分集中在土壤中，草地生态
系统碳循环的主要过程也是在土壤中完成的。草地土壤有机碳含量和组成不仅表明土壤有机质的水平，而且能
够说明营养元素Ｎ、Ｐ等的可利用状态，同时还影响着土壤的物理特性。作为全球陆地生态系统主体类型之一的
收稿日期：２０１２ ０５ ０６；改回ｋｔ期：２（）Ｌ３ Ｏ７ １０ 基金项日：国家自然科学基金项目（３１ｌ７２２５０）资助。 作者简介：任继周（１ ９２４一） 男，山东平原人，中国上程院院 。 ＊通汛作者。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｎｈｕｉｌｏｎｇ＠Ｉ
ｚｕ．ｃｄｕ．ｃｎ 第２２卷第６期 草业学报２０１３年
草地生态系统，其土壤有机碳储量及其变化与调控机制是草地碳循环研究的核心，也是陆地生态系统碳循环研究 的重要内容之一，对预测全球环境变化背景下草地土壤有机碳的去向和周转速率非常重要［２ 。充分认识草地土
壤有机碳的分布特点对草地资源的持续利用和有效管理具有重要意义，准确估算草地生态系统土壤有机碳储量
并认识其空间分布特征和时间演变规律也是草地碳循环研究的关键问题，但当前草地土壤有机碳储量的研究却
是草地碳循环研究中最不充分的部分。 草地土壤有机碳储量及其变化与调控机制是草地碳循环研究的核心。以气候变暖为特征的全球变化对陆地
生态系统的影响将导致土壤有机碳储量及其动态平衡的变化。草地土壤有机碳的分解和积累与气候变化密切相 关，探索草地土壤有机碳对气候变化的响应是研究草地生态系统对气候变化的适应和响应机制的重要组成部分。
随着全球气候变化研究的深入，Ｖｅｒｂｕｒｇ等 认为ＣＯ。倍增的环境下草地土壤根系的分解将减缓，这种作用可
抵消环境温度升高６。Ｃ时所促进的土壤有机碳分解。鉴于ＣＯ 倍增时相应的大气环境温度仅升高２℃，因此众
多学者认为在ＣＯ 倍增的条件下，草地土壤的碳汇效应将更为显著ｌ＿２。 。目前在全球变化的背景下，对草地土 壤有机碳储量、分布、转化机理进行研究，并揭示其影响因素和生态效应，将有助于探求如何科学地利用和保护有
限的草地资源，减缓草地土壤中温室气体排放，增加土壤碳截存，提高草地土壤质量，对退化草地的生态恢复及环
境治理和保护都有重要意义。同时，了解气候变化对草地土壤有机碳的影响对于准确理解气候变化背景下草地 土壤有机碳的演变机制具有重要指导作用。其中，草地土壤有机碳模拟技术可以使人们清楚地了解有机碳在土
壤中的转化及迁移规律，为进一步研究地带性草地类型的固碳潜力、草地土壤有机碳储量的区域分布和全球分布
提供可能。这对草地土壤作为大气ＣＯ 源和汇的潜力进行评估至关重要。
２ 目前草地土壤有机碳储量估算存在很大的不确定性 根据Ａｊｔａｙ等 的估算，全球草地的碳储量约占陆地生态系统总碳储量的１５．２ ，其中８９．４ 贮存在草地 土壤中。Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ等 。６］认为，全球草地生态系统碳总储量约占陆地生态系统碳总储量的１２．７％，约为２６６．３
Ｐｇ，其中草地土壤有机碳储量占世界土壤有机碳储量的１５．５ 。ＰｒｅｎｔｉｃｅＥ ２ｒ；曾综合其他学者的报道，认为全球 草地（包括苔原、灌木草地、稀树草原）土壤有机碳储量约占整个陆地生态系统碳储量的２７．５ 。Ｓｃｈｕｍａｎ等＿２
报道全球草地生态系统中碳的总贮量约为３０８ Ｐｇ，其中约９２ （２８２ Ｐｇ）贮存在土壤中，地上生物量中的碳所占 的比例不到１Ｏ （２６ Ｐｇ），草地土壤有机碳估计占全世界有机碳的１０ ～３Ｏ ［２ 。根据ＷＢＧＵ估算，全球草地 生态系统碳储量约为１２００ Ｐｇ＿３ ，其中约９２ 的碳储存在土壤中 。由于数据源和估算方法存在差异，特别是
对地下生物量的估算存在很大的不确定性，使得全球草地生态系统的碳储存能力可能被大大低估 。 ”］。 中国天然草原面积约为４００×１０。ｈｍ ，约占国土总面积的４１．７ ，主要集中分布于西部和北部地区，其中
北方天然草原约占全部草地面积的７８ ，是中国草地的主体。迄今为止，对国家尺度上草地土壤有机碳的研究 尚不多见。方精云等【３ 估算出我国草地土壤有机碳储量为７４．７４ Ｐｇ，约是植被碳储量的６０．７６倍。Ｎｉ： 统计，
我国草地生态系统土壤有机碳储量为４１．Ｏ３ Ｐｇ，是植被层的１３．５倍；认为从地区上看，中国草地８５ 以上的有
机碳分布于高寒和温带地区；从草地类型上分析，高寒草甸、高寒草原和温性草原的碳储量最大，分别为１１．３Ｏ，
６．３８和４．８４ Ｐｇ，这三类草地占全国草地总碳储量的５１．１ 。Ｎｉ＿３ 估算中国草地０～１００ ｃｍ土层的平均有机碳 密度和有机碳储量分别为１３．２ ｋｇ／ｍ 和４１．０ Ｐｇ；Ｌｉ等口 估算中国草地０～１００ ＣＩＴＩ土层的平均有机碳密度和
有机碳储量分别为１０．０ ｋｇ／ｍ 和１６．７ Ｐｇ；Ｘｉｅ等 基于第二次全国土壤普查资料估算的中国草地土壤有机碳 密度为１５．１ ｋｇ／ｍ 。杨红飞等 。。报道中国草地土壤碳储量为４１．０３ Ｐｇ。不同学者估算的中国草地土壤有机碳
储量存在很大的差异，其原因可能在于采用的模拟技术、设置的土壤参数、选取的草地分类系统以及划定的统计 面积存在不一致所致＿３ 。。 。Ｐｉａｏ等 鲴基于土壤有机碳与归一化植被指数（ＮＤＶＩ）及气候因子的多元回归方
程，估计１９８２—１９９９年中国草地（３３１×１０ ｈｍ ）土壤有机碳储量年均增加（６．０±１．０）Ｔｇ。而Ｙａｎｇ等［４０ ４１ 基 于大样本野外测定数据的分析结果则表明，过去２０余年中国北方草地和青藏高原草地（总面积为１９６×１０
ｈｍ ）土壤有机碳没有明显变化。显然，基于多元回归方程的估计值 并不支持Ｙａｎｇ等［４０ ４１ 基于测定数据的 分析结果。若按１９８１ ２０００年中国草地植被平均碳汇７ Ｔｇ／ａＥ北 计算，草地土壤碳汇则为３．Ｏ～４．７ Ｔｇ／ａ。结
合Ｐｉａｏ等 妇的研究可得，中国草地土壤有机碳储量年均增加（４．９－－＋－
＿１．６）Ｔｇ，但此估计值具有极大的不确定 ＡＣＴＡ ＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥ ＳＩＮＩＣＡ（２Ｏ １ ３）
性Ｌ 。
３现有的草地土壤有机碳模拟技术达到的水平 目前针对草地土壤有机碳的计算，国际上主要采用资源调查和模型估测２种方法。虽然资源调查法被认为
是目前最好的方法，即直接测定不同草地类型不同深度的土壤有机碳含量、土壤有机质输入速率和分解速率、土 壤呼吸速率等，然后根据该草地类型的土壤面积计算总有机碳储量。这种方法能保证草地土壤有机碳估计的精
确性，但是通过植物的光合作用直接估计对ＣＯ 的吸收是很困难的，而且也难以通过直接测定大尺度草地土壤 有机碳的分解和土壤呼吸作用估计ＣＯ 的释放量。直接测定ＣＯ。净通量的最实际技术是采用微气候技术，但
是这些技术要求条件高，且观测和试验时间很长，耗费比较大。由于草地土壤有机碳变化十分缓慢，作为监测土
壤有机碳变化的手段，长期野外试验的应用范围极为有限，会受到区域差异、巨大工作量和资料的有效性和统一 性等方面的限制，尤其表现在较大的时问和空间尺度上对草地土壤有机碳演变的研究。利用数学模型对草地土
壤有机碳进行计算不仅可将时间和空间上离散的资料进行综合分析，从而更深刻地认识客观条件下土壤有机碳
的周转规律，而且能够模拟现实状态下土壤有机碳的变化，这为大的时空尺度上研究土壤有机碳提供了另外一 种有效且必不可少的手段，在当前气候变化和全球碳循环研究中起到了重要作用，获得了广泛的认可。
精确的模拟技术方法是研究土壤有机碳储量的基础，综合国内外资料，目前国内外有关草地土壤有机碳储量
草地生态系统的碳循环过程和机制探究
草地生态系统的碳循环过程和机制探究
草地是地球上重要的生态系统之一，被广泛分布在亚洲、北非、北、中、南美和欧洲等大陆。草地的植物覆盖率和生物多样性对全球碳循环和气候变化有着重要的影响。草地生态系统的碳循环过程包括碳吸收、固定、转化和释放，其中影响最大的是植物的生长和碳质物质分解。
碳吸收和固定
草地的碳吸收主要是依靠植物的光合作用，将二氧化碳转化为有机物。草地上往往以草类为主体，草类叶片中存在着大量的叶绿素，可以充分吸收太阳能并进行光合作用，将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物。叶片相对干燥是影响草地植物生长的主要因素之一，一些适应干旱的草地植物则可以在干旱季节生长，这些植物具有很强的碳吸收能力，对于草地生态系统的碳循环起着重要的作用。在草地上，草类不同阶段的生长对于碳循环也有不同的影响。植物刚开始生长的时候，由于根系和地上部分的生长都很快，碳吸收比较高，对于增加草地生态系统的碳汇能力有很好的作用。而随着植物生长进入成熟期，碳吸收能力也会变差，但是由于根系的扩大和死亡，也会产生大量的死亡碳，用于维持微生物的生长和土壤碳库的蓄积。
碳转化和释放
在草地的生态系统中，碳转化是非常常见的。草地中的植物是一种典型的C3植物，大部分的碳在光合作用的时候被转化为葡萄糖等有机物后储存起来。一些微生物通过与植物根系共生来共同利用植物提供的能量，使得土壤中的CO2浓度上升，并分泌各种代谢产物，如H2S、NH3、OH-等，与周围环境发生反应。此外，土壤中的微生物和植物残物也可以在微生物的介导下发生分解和转化，产生模式演替和生产力增长，用于维持草地生态系统的多样性和稳定。草地还可以通过再生土壤有机碳、降低气候干旱等方式，维持草地生态系统的增产性和恢复性。 草地土壤中的有机碳和总碳含量是草地生态系统中常用指标之一。由于草地土壤的有机碳和总碳具有稳定性，因此这些指标受碳循环过程的影响很小，同时更便于统计和分析。
总结
草地生态系统的碳循环是一个复杂的过程，包括碳吸收、固定、转化和释放等多个环节。草地植物的生长状况，土壤微生物的多样性和作用，降水和温度等多种因素都会对碳循环产生影响。特别是目前全球气候变化变得越来越显著，草地生态系统的恢复和维护对于全球气候和生态健康至关重要。因此，需要加强草地生态系统的保护，开展相关研究，促进草地生态系统的可持续发展。
典型草原不同围封年限植被-土壤系统碳氮贮量的变化
生态环境学报２０ｌｌ ２０（１０）：１４０３．１４１０ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｒｎ Ｅ・ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒ＠ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｒｎ
典型草原不同围封年限植被一土壤系统碳氮贮量的变化
敖伊敏 ，焦燕 ，徐柱
１．内蒙古师范大学化学与环境科学学院，内蒙古呼和浩特０１００２２；２．中国农业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特０１００１０
摘要：以内蒙古太仆寺旗典型草原为研究对象，研究不同围封年限下的天然草地植物和土壤有机碳、全氮贮量的变化。结果
表明：与自由放牧草地相比，重度退化草地采取生长季围封恢复措施后，群落植物和土壤环境在围封８、１１、１４、２１、２５
年后均得到了明显的改善，地上植物和地下根系生物量及其碳氮贮量、土壤碳氮贮量明显增加，土壤容重降低。自由放牧地 和围封８、１Ｉ、１４、２１年植物一土壤系统碳贮量分别为７ ３５７．９３、７９８８．２７、８ ４１３．１８、１２ ８７８．８２、８９３４．６６ ｇ・ｍ。，氮贮量分别
为４２７．７８、４９４．２８、５７５．４９、７０７．３５、６１５．０９ ｇ・ｍ～。草地围封至ｌ４年植物和土壤各项理化性质达到最大值，使得植物．土壤
系统的碳氮贮量分别是自由放牧地的１．７５和１．６５倍，说明植被与土壤问达到了良性循环的状态，退化草地正向演替。随着 围封年限的继续增加，其各项指标出现下降趋势。由此可知，季节性围封措施在一定时间内可使退化草地的土壤 植物系统
的碳氮贮量增加，草地在一定程度上得到恢复，但适宜的恢复时间和合理利用问题有待进一步讨论。
关键词：典型草原；围封年限；植物碳氮贮量；土壤碳氮贮量 中图分类号：Ｑ９４８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—５９０６（２０１１）１０—１４０３．０８
在陆地生态系统中，土壤有机碳和氮在全球碳 氮循环中起着重要作用 Ｊ。研究显示，土壤含碳量
林草碳汇计量评估报告
林草碳汇计量评估报告
林草碳汇计量评估报告对于环境保护、资源管理和碳减排具有重要意义。该报告可以对林草碳汇的总量、分布和变化进行科学评估，为相关政策制定和资源管理提供依据。下面我将从森林、草地以及碳汇计量方法等方面进行详细回答。
首先，林草碳汇计量评估报告需要对森林和草地的覆盖面积以及类型进行调查和测算。通过遥感技术和地面调查，可以获得准确的森林和草地面积数据。同时，还需要对森林和草地的植被类型、年龄结构和物种组成等进行详细描述和评估。这些数据对于估计林草碳汇的能力和固碳潜力非常重要。
其次，林草碳汇计量评估报告需要测定和估计森林和草地的碳储量。碳储量的确定需要对不同部分（如树干、树叶、树根等）进行样品收集，再通过化验分析获得准确的碳含量。这样可以计算出单位面积或单位体积的碳密度，从而推算出整个森林或草地的碳储量。同时，还需要考虑土壤中的有机碳含量，因为土壤是碳汇的重要部分。需要对不同土层进行样品采集和分析，以确定土壤碳汇的贡献。
另外，林草碳汇计量评估报告需要考虑碳的固存和流失过程。森林和草地的碳固存能力受到多种因素的影响，包括植被类型、人为干扰、气候条件等。通过长期观测和实验研究，可以获得碳固存和流失的速率和规律。这些数据可以用来评估不同地区和不同类型的森林和草地对碳汇的贡献和稳定性。
最后，林草碳汇计量评估报告需要选择适当的计量方法和模型。常用的计量方法包括地球观测和数学模型等。地球观测技术可以通过遥感卫星和无人机对森林和草地进行监测，获取表面植被和地形的数据，从而估计碳汇的总量和贡献。数学模型则可以通过建立数学方程和模拟实验，推算出森林和草地的碳流动和变化。这些方法和模型需要基于大量的数据和实地观测，以提高计量结果的准确性和可靠性。
总结起来，林草碳汇计量评估报告对于环境保护和碳减排具有重要意义，可以为政府、决策者和科研人员提供数据支持和科学依据。通过对森林和草地的面积、碳储量、碳固存和流失等进行评估和计量，可以全面了解和评估林草碳汇的贡献和稳定性，为相关政策制定和资源管理提供科学指导。
草地生态系统固碳能力研究进展
草地生态系统固碳能力研究进展
摘要：温室气体大部分是由于大量使用化石燃料致使空气中二氧化碳浓度增多而产生的。经研究表面，陆上生态系统中的绿色植物利用自身的光合作用可以把二氧化碳你转化成碳水化合物，然后采用有机碳的形式是其固存在植物或土壤中，这就是生态系统的固碳能力。现阶段人类为了解决气候的变化问题，对生态系统的研究越来越重要。在各种生态系统的固碳能力研究中，人们发现利用陆地生态系统对二氧化碳的吸收和固存能力是各种生态系统中较为安全和有效的方法。所以，人们对陆地生态系统固碳能力的研究是研究的主要方面。草地作为世界上植被类型分布最广的陆地生态系统，不仅保障着生态安全，还具有丰富的固碳能力。但是很长一段时间人们都只看到了草地的畜牧能力，对其的固碳能力研究不够。
关键词：草地 生态系统 退化
Research progress on the grassland ecosystem carbon sequestration
capacity
Author：
Tutor：
Abstract: most of the greenhouse gases is due to the extensive use of
fossil fuels causes an increase in carbon dioxide concentration in the air.
Studies the surface, the land ecological system of green plants use their
photosynthesis to convert carbon dioxide you to carbohydrates, and then use
the form of organic carbon is its solid existing plants or soil, that is the
超大型草地固碳与生态保护
超大型草地固碳与生态保护
草地是地球表面最广袤的生态系统之一，它覆盖着超过三分之一的陆地面积，被誉为地球的“肺腑”。草地具有强大的固碳能力，是重要的碳汇之一，而草地生态系统的保护和恢复也是当今环保的重点之一。
一、草地的固碳能力
草地具有很强的碳汇能力，表层土壤中储存了大量有机碳和无机碳。这些土壤中的碳经历了数百年的生物转化作用，形成了独特的化学结构，稳定性很高，不易分解。草地植被吸收大气中的二氧化碳，通过光合作用将其转化为有机物质，并在生长过程中将部分碳质固积在土壤里。因此，草地能够稳定地储存大量的有机碳和无机碳，发挥着重要的固碳作用，是重要的碳汇之一。
二、草地的生态保护
草地在维护生态系统平衡、保护地球生态环境方面发挥着重要的作用。草地可以保持水源涵养能力，保护地球生态环境的水循环系统。草地有效地减少水土流失和土壤侵蚀，防止沙漠化的发生，保护大自然的生态平衡。此外，草地也是许多珍贵的野生动植物栖息地，对于生物多样性的保护来说至关重要。
三、超大型草地固碳技术
随着科技的不断进步，人类对草地固碳技术的研究越来越深入。超大型草地是指一个大于1000平方公里的自然草地系统，如蒙古草原、澳大利亚大草原等。超大型草地在固碳和生态保护方面具有巨大的潜力。
目前针对超大型草地的固碳技术主要有以下几种：
1.改善管理措施。通过改变畜牧业管理方式、降低过度放牧，提高草地的自然再生能力，从而实现固碳增效和生态保护双赢的效果。 2.植物保护。保护一些重要的草地植物，增强草地的生态系统稳定性，提高固碳效益。
3.科技手段辅助。利用遥感和GIS等技术手段对超大型草场进行监测，控制过度开垦、过度放牧等行为，维护草地生态平衡，提高固碳效果，促进生态系统的建设。
四、结语
作为地球最广袤的生态系统之一，草地是地球上不可或缺的生命力量。草地固碳和生态保护是保护地球赖以生存的生态系统的重要关键。超大型草地作为固碳和生态保护工作的重点，成功的保护和管理是环保事业取得重大进展的重要组成部分。让我们一起行动起来，积极参与超大型草地的固碳和生态保护工作，为地球的可持续发展做出应有的贡献。
不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响
不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响
标题：不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响
摘要：
土壤有机碳是土壤中最重要的碳库之一，对维持生态系统的健康和稳定起着至关重要的作用。本文通过对不同土地利用方式下土壤有机碳储量的研究，总结了不同土地利用方式对土壤有机碳的影响，旨在为土地管理和环境保护提供科学依据。
引言：
土壤是地球上最重要的自然资源之一，土壤有机碳是土壤中最关键的组分之一，直接影响土壤的肥力、农田生产力和环境质量。近年来，随着人类活动的加剧和土地利用方式的改变，土壤有机碳储量出现了显著变化。因此，研究不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响具有重要的理论和实践意义。
一、不同土地利用方式对土壤有机碳储量的影响
1. 农田土壤利用方式：农业是人类的主要生产活动之一，不同的农田利用方式对土壤有机碳储量有着不同的影响。常见的农田利用方式包括耕作农田、果园、绿肥等。研究表明，合理的农田管理措施可以提高土壤有机碳储量，例如有机肥料的施用、水田养分管理、绿肥种植等都可以增加土壤有机碳的积累。
2. 林地土壤利用方式：林地是生态系统中的重要组成部分，不同的林地利用方式对土壤有机碳储量产生不同的影响。研究表明，森林伐授权和不同的森林经营方式对土壤有机碳的积累有着重要的影响。森林伐授权的增加会导致土壤有机碳储量的下降，而合理的森林经营方式可以增加土壤有机碳的积累，例如退耕还林政策、森林间伐等。
3. 草地土壤利用方式：草地是生态系统中的重要组成部分，不同的草地利用方式对土壤有机碳储量产生不同的影响。研究表明，过度放牧和过度开垦草地都会导致土壤有机碳储量的减少，而适度放牧和草地保护可以增加土壤有机碳的积累。 4. 城市土地利用方式：城市化进程快速推进，城市土地利用方式对土壤有机碳储量也产生了重要的影响。研究表明，城市土地的混凝土化和建设活动都会导致土壤有机碳储量的减少。而同化土壤、拓宽绿地和加强废弃地复垦等措施可以增加土壤有机碳的积累。
土壤有机碳储量
土壤有机碳储量
引言
土壤有机碳是土壤中最重要的有机质组分之一，对于维持土壤肥力、调节气候以及保护环境都起着重要的作用。土壤有机碳储量是指土壤中有机碳的总量，是评估土壤质量和碳循环的重要指标。本文将全面详细地探讨土壤有机碳储量的含义、形成机制、计量方法以及影响因素。
什么是土壤有机碳储量
土壤有机碳储量是指单位面积或体积的土壤中有机碳的总量。有机碳主要来自于植物残体、动物粪便和微生物等有机物的残留和转化过程。其储量可以是在土壤表层的生物降解残留物，也可以是在土壤深层的稳定有机质。土壤有机碳储量的大小与土壤类型、气候条件、土地利用方式以及人类活动有着密切的关系。
土壤有机碳储量的形成机制
土壤有机碳储量的形成机制主要包括有机物的输入、分解和保持。有机物的输入是指由植物和动物输入土壤的有机物质量。这些有机物在土壤中会经历分解过程，其中一部分被微生物分解为二氧化碳释放到大气中，而另一部分则转化为更加稳定的有机质。稳定有机质可通过化学结合和物理吸附等方式与土壤颗粒结合，降解速度较慢。土壤有机碳储量的形成还与土壤的保持力有关，包括土壤类型、土壤质地以及土壤的氧化还原环境等。
土壤有机碳储量的计量方法
土壤有机碳储量的计量方法有多种，常用的主要包括直接测定法和间接测定法。直接测定法包括常规的湿化学氧化法、干化学氧化法以及元素分析法等。湿化学氧化法适用于测定土壤有机物总量，是一种最常用和最准确的方法。干化学氧化法适用于测定土壤有机质量，其原理是将土壤样品在高温下燃烧，得到的残渣中含有有机质量。元素分析法则是通过测定样品中碳和氮的含量来间接计算土壤有机碳储量。间接测定法主要利用土壤理化性质和环境指数相结合的方法估算土壤有机碳储量，如土壤有机碳密度法和土壤有机质指数法等。
影响土壤有机碳储量的因素
土壤有机碳储量受多种因素的影响，主要包括土地利用方式、气候条件、土壤类型和人类活动等。不同的土地利用方式对土壤有机碳储量的影响差异较大，例如耕地的有机碳储量通常低于林地或草地。气候条件对土壤有机碳储量的影响主要表现在气温和降水量对有机质分解速率的影响上，通常温暖潮湿的气候条件有利于有机质的分解。土壤类型对土壤有机碳储量的影响主要是由土壤质地和母岩类型决定的，粘土含量高的土壤通常有更高的有机碳储量。人类活动也对土壤有机碳储量有一定的影响，例如大量的耕作活动会导致土壤有机碳的流失。
基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用变化及其对碳储量影响的模拟
第39卷 第3期 热 带 地 理 Vol.39，No.3
2019年5月 TROPICAL GEOGRAPHY May，2019
收稿日期：2019-02-19；修回日期：2019-05-01 基金项目：国家重点研发计划（2017YFA06044002）；国家自然科学基金（41531176、41801304） 作者简介：刘晓娟（1994—），女，江西吉安人，硕士研究生，主要研究方向为土地利用变化、生态服务价值，（E-mail）liuxj58@; 通信作者：黎夏（1962—），男，广西梧州人，教授，主要研究方向为元胞自动机、土地利用变化模拟，（E-mail）lixia@。 刘晓娟，黎夏，梁迅，石洪，欧金沛．2019．基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用变化及其对碳储量影响的模拟．热带地理，39（3）：397-409． Liu Xiaojuan，Li Xia，Liang Xun，Shi Hong and Ou Jinpei．2019 Simulating the Change of Terrestrial Carbon Storage in China Based on the FLUS-InVEST Model．Tropical Geography, 39 (3): 397-409．
基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用
变化及其对碳储量影响的模拟
刘晓娟1，黎 夏2，梁 迅1，石 洪1，欧金沛1
（1. 中山大学地理科学与规划学院，广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室，广州510275； 2. 华东师范大学地理科学学院，地理信息科学教育部重点实验室，上海 200241）
摘 要：基于代表性浓度路径情景（Representative Concentration Pathways, RCPs），耦合FLUS-InVEST（Future Land Use Simulation-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs, FLUS-InVEST）模型，以土地利用视角模拟了
基于InVEST-PLUS_模型的碳储量时空变化与多情景模拟预测——以江西省为例
146 2023·Vol.44·№.4 doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2023.04.024基于InVEST-PLUS模型的碳储量时空变化与多情景模拟预测——以江西省为例陈竹安1,2，柳 雪1（1.东华理工大学 测绘与空间信息工程学院，江西•南昌 330013； 2.东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室，江西•南昌 330013）摘 要：为分析江西省土地利用变化特征及其对生态系统碳储量的影响，以江西省2000-2020年土地类型数据为基础，运用PLUS模型预测江西省2030年自然发展情景、生态保护情景与经济发展情景下的土地类型分布，结合InVEST模型评估江西省2000—2030年的碳储量，并基于土地利用程度和碳储量做双变量空间自相关分析。（1）三种情景中，自然发展情景和经济发展情景的土地利用变化趋势都是耕、林地下降，草地、水域和建设用地上升；生态保护情景中林地相较于2020年并无增减，草地、水域和建设用地增长也趋于放缓。（2）江西省2000年、2010年、2020年碳储量分别为1937.69×106 t、1928.90×106 t和1914.83×106 t，处于不断减少的趋势。（3）土地利用程度综合指数与碳储量双变量Moran’s I值都为正，表明土地利用变化与碳储量的高低密切相关。林地是江西省陆地生态系统碳储量最重要的贡献土地类型，在限制林地转出的生态保护情景中，碳储量的损失风险显著降低，因此为实现“绿色江西”，需要着重保护林地，盘活利用建设用地，优化土地利用结构与布局等措施来保障。关键词：土地利用变化；多情景模拟；碳储量；PLUS模型；InVEST模型中图分类号：X87 文献标志码：A 文章编号：2095-1329(2023)04-0146-08土地利用变化通过改变生态系统的结构、功能、小气候状况以及理化性质等来影响生态系统碳循环过程，进而影响生态系统的碳储存与碳排放[1]。土地利用变化既有碳源作用又有碳汇作用，但实际上大多数情况下土地利用变化都增加了CO2的排放，已有研究表明，非持续的土地利用对气候变暖的影响是仅次于化石燃烧[2]。所以，关于土地利用变化碳效应的研究越来越成为学者们聚焦的论题，希望能通过科学合理的土地利用方式和管理方式达到固碳和降低碳储量损失的目的。随着遥感技术的进步，诸多遥感模型能够起到量化土地利用变化碳效应的作用。近年来，国内外学者从多个空间尺度对土地利用变化及其产生的碳效应做出大量研究，涉及全球[3]、国家[4]、省市域[5-6]、流域[7]及县域[8]等。在研究方法上，InVEST模型以其数据获取便利、操作便捷及精确性等优势受到大多学者的青睐。在研究历史时期土地利用与陆地生态系统碳储量的同时，还有许多学者在聚焦未来多情景土地利用分布格局及其碳储量的变化，如克夏·热合曼[9]使用PLUS模型，张凯琪[10]基于GeoSOS-FLUS模型，王超越[11]使用FLUS模型来模拟不同区域2030年各种发展情景下的土地利用分布，复合InVEST模型测算各个年份的碳储量。除此之外，还有一些学者使用CASA[12-13]、GLO-PEM[14-15]等遥感模型评估区域生态系统碳储量。除遥感模型外，以“簿记（Bookkeeping）模型”和IPCC清单法为代表的经验统计模型也是研究土地利用变化的碳收支影响的常用模型。王渊刚[16]使用“簿记模型”模型，将不同利用方式移走植被而存在的植被碳氧化速率差异考虑其中，估算出土地利用变化导致玛纳斯河流域植被碳储量增加。目前已有的研究多为预测地区在未来不同情景下碳储量的变化状况，但是对于土地利用变化与其相对应的碳储量的变化之间的关系缺乏足够的探讨。本文在研究土地类型转换引起的碳储量变化的同时，还关注了土地收稿日期：2023-10-17修回日期：2023-11-01作者简介：陈竹安，1978年生，男，硕士，副教授，主要从事土地信息技术和测绘技术研究。电子邮箱：基金项目：国家自然科学基金(51708098)，教育部人文社会科学研究项目（22YJCZH150） 2023·Vol.44·№.4 147利用程度与碳储量的关系，更全面的考虑土地利用变化对碳储量影响。为深入学习贯彻习近平生态文明思想和习近平总书记关于“双碳”工作的重要论述，江西省锚定了2030年“二氧化碳排放量达到峰值并实现稳中有降”的总目标。绿色生态是江西省最大的优势，在新发展阶段，江西省肩负着探索生态优先，绿色低碳发展道路的重大使命。这对于江西省实现跨越式发展，全面建设美丽中国“江西样板”具有重大意义。基于此，本文采用PLUS模型模拟江西省2030年三种不同情景下的土地利用分布情况，采用InVEST模型计算其碳储量，分析江西省土地利用变化特征及其对生态系统碳储量的影响，以期为江西省实现绿色国土空间规划理念，建设“绿色生态江西”提供理论基础。1 数据和方法1.1 研究区概况江西省处于24°29′14″~30°04′40″N和113°34′36″ ~ 118°28′58″E之间，位于中国的东南偏中部，长江中下游的南岸，地貌类型多山地丘陵，少平原盆地（图1）。江西省地处中亚热带，季风气候明显，四季分明。境内的水热条件差异较大，多年平均气温呈自北向南增高的趋势，南北温度差异约为3℃。江西省面积16.69万km2，人口4 518余万。进入新世纪以来，江西省凭借优越的交通区位优势，优质的自然资源，实现经济快速发展，质量效益不断提高，城市扩张面积显著增大，土地利用程度逐渐增强。2.2 数据来源本研究所使用的数据如表1所示，经ArcGIS重采样为1 km×1 km分辨率。地理坐标系均为GCS_WGS_1984。2.3 研究方法2.3.1 基于PLUS模型的土地利用模拟 本研究采用PLUS模型模拟江西省2030年三种情景下的土地利用变化。（1）驱动因子的选取综合考虑研究区的地域特征以及各种数据在时空上的可得性与量化性，选取的驱动因子主要包括自然因素、社会经济因素、可达性因素三类（表1）。（2）土地利用邻域权重参数设定土地利用邻域权重表示土地类型在外界各种驱动因子的推动下向外扩张的能力。其范围在0-1之间，越接近1表示扩张的可能性越大。本研究不断进行模型调试，得到研究区各类型土地的邻域权重参数如表2所示。（3）模拟精度验证基于研究区2010年土地利用分布，预测2020年的土地利用分布格局，再将其与2020年真正的土地利用进行比较，计算两期的Kappa系数为0.91，说明模型精确性达到了研究需要的标准。（4）未来土地利用模拟情景设置自然发展S1情景：自然发展情景即根据2010—2020年土地利用发展趋势，运用马尔可夫链，得到的2030年历史发展趋势下的土地利用需求。生态保护S2情景：生态保护情景的目的是加强草地、林地等生态土地的管护。在自然发展情景的前提下，参照《江西省国土空间总体规划(2021—2035年)》提出的图1 江西省地理位置图Fig.1 Geographical location map of Jiangxi表1 数据来源Table 1 Data sources数据类型数据名称数据来源自然因素DEM数据地理空间数据云(/)坡度坡向年均降水国家地球系统科学数据中心共享服务平台()年均气温NDVINASA MOD13A3社会因素土地利用数据中国科学院资源环境数据中心(https:///)人口GDP可达性因素距高速公路的距离全国地理信息资源目录服务系统()距铁路的距离距一级道路的距离距二级道路的距离距三级道路的距离距水系的距离表2 邻域因子参数Table 2 Neighborhood factor parameters情景设置耕地林地草地水域建设用地未利用地自然发展S10.60.40.20.20.70.1生态保护S20.21.00.90.60.40.1经济发展S30.70.40.30.21.00.1148 2023·Vol.44·№.4 “提升森林、湿地和农业等生态系统碳汇能力，推进落实碳中和目标”，严格控制具有生态功能的农田、草地、林地向建设用地的转换。在生态保护情景下，耕地向建设用地转移的概率降低了30%，并将减少的概率增加到耕地转为林地，草地和林地向建设用地转移的概率降低了50%，草地向林地的转移概率增加30%，并将水域和自然保护区范围作为限制区。经济发展S3情景：江西省是粮食主产区之一，因此《江西省国土空间总体规划(2021—2035年)》提出“构建‘五区三带’的农业空间格局”，以及“构建‘一圈两轴多群’的城镇开发格局，到2035年，城镇化率提高到72%~74%左右，在统筹城乡发展的过程中保证农产品的充分供给。因此，在经济发展情境中将耕地的邻域权重增加到0.7，建设用地的邻域权重设定为1。建设用地是经济发展最重要的用地，因此，将建设用地向其他地类转移的概率下降30%，耕地、林地、草地分别向建设用地转移概率增加20%。2.3.2 土地利用程度变化分析 土地利用程度一般使用土地利用程度综合指数来衡量，它定量地反应了人类活动对生态环境的开发利用程度。本文将研究区划为1840个格网，每个格网均为10 km×10 km大小，计算每个格网的土地利用程度指数。因为经过实验对比发现，于江西省而言，10 km×10 km的格网尺度能最好地呈现区域间的土地利用程度变化差异。参考以往的研究[17]，将土地利用程度分为以下四个等级（表3），公式为： 1nixiiSIAS==⋅∑ (1)式中：xI为第x个格网土地利用综合程度指数；iA为第i级土地利用程度；iS为第i级土地利用面积；S为格网面积；n为土地利用程度分级数。2.2.3 基于InVEST模型的碳储量计算 InVEST碳储量评估需要地上碳密度、地下碳密度、死亡有机质碳密度和土壤碳密度四个碳库[18]。公式如下： iiaboveibelowisoilideadCCCCC−−−−+++ (2) itotaliiCCA−=× (3)式中：Ci表示地类i的总碳密度；Ci-above表示地类i的地上碳密度；Ci-below表示地类i的地下碳密度；Ci-soil表示地类i的土壤碳密度；Ci-dead表示地类i的死亡有机质碳密度；Ci-total为地类i的总碳储量；Ai为地类i的面积。本文碳密度数据主要依据已公开发表的文献获得。3 结果与分析3.1 江西省土地利用变化分析2000—2020年，林地是江西省最重要的土地利用类型，超过土地总面积的60%，耕地、草地和水域的面积占比相对较少，建设用地和未利用地的面积占比最小。20年间，耕地、林地、未利用地分别减少887 km²、1 725 km²和402 km²。草地面积下降70 km²。水域和建设用地则不断扩张，其中水域扩张了391 km²，建设用地面积扩张的最为显著，2000—2020年建设用地一共增加了2 693 km²。如表2和表5所示，近20年，耕地和林地作为最主要的转出用地，分别向其他用地转出了18 961 km²和18 900 km²,共占据了总转出面积的80%，其中耕地有70.18%转给林地，15.28%转给建设用地；林地有73.27%转给耕地，14.83%转为草地。20年间，建设用地一共转入4 648km²，其中62.33%来源于耕地转出，28.96%来源于林地转出。耕地和林地的转换率最高。表3 土地利用类型分级指数Table 3 Classification index of land use type土地利用类型耕地林地草地水域建设用地未利用地等级3241表4 研究区土地利用碳密度参考值Table 4 Carbon density in the study area/(t/hm2)土地利用类型地上碳密度地下碳密度土壤碳密度死亡有机物碳密度来源耕地16.4910.8975.822.11袁芳等[19]，傅清等[20]林地25.26.397.52.78徐丽等[21]草地5.5812.4846.55.52徐丽等[21]水域0000——建设用地7.611.5234.330Chuai等[22]，李瑾璞[23]未利用地9.114.222.630李瑾璞[23]
农田土壤有机碳储量的影响因素研究
农田土壤有机碳储量的影响因素研究
农田土壤有机碳储量是农田健康和可持续农业发展的重要指标之一、它不仅对土壤质量和农作物生长具有重要影响，而且对全球大气碳循环和气候变化也具有重要意义。因此，研究农田土壤有机碳储量的影响因素具有重要的科学和实践价值。
一、环境因素
1.气候条件：气温、降水和日照等气候因素对土壤有机碳的积累和分解具有重要影响。高温和干旱条件下，有机物分解速率加快，有机碳储量减少；而温湿条件有利于有机物的积累。
2.土壤质地：土壤质地对有机碳的固持和释放起着重要作用。砂质土壤通风性好，有机物分解速率较快；而粘土质或者淤泥质土壤含水量高，通风性差，有机碳难以分解。
3.土壤pH值：酸碱度对土壤有机质的阴离子交换和分解影响较大。酸性条件下，有机物分解速率减缓，有机碳积累较多；而碱性条件下，有机物分解加快，有机碳储量减少。
二、农业管理因素
1.农耕方式和农作物种植制度：不同的农耕方式和农作物种植制度对土壤有机碳储量有着显著影响。传统农耕方式下，常见的化肥施用和深耕翻土会导致有机碳的流失；而农作物种植制度中适度轮作和休耕可以增加土壤有机碳储量。 2.有机肥的施用：有机肥料的施用可以增加土壤有机碳的含量，提高土壤肥力和保持水分。有机肥料中的有机质持久存在于土壤中，不容易流失，能够提高土壤有机碳储量。
3.农药使用：长期大量使用农药会破坏土壤微生物群落的组成和多样性，进而影响土壤有机质的分解和积累。
三、土地利用方式
1.林地和草地：相对于农田，林地和草地有更好的有机碳积累能力。树木和草地具有较高的碳吸收能力，并且在保持水分和减少土壤侵蚀方面效果显著。
2.湿地：湿地是重要的有机碳储存区，溪流、湖泊和沼泽等湿地环境对有机碳的固定和储存有着重要的作用。
综上所述，农田土壤有机碳储量的影响因素涉及环境因素、农业管理因素和土地利用方式等多个方面。在今后的农田土壤管理中，应该注重减少化肥的使用和农药的施用，增加有机肥的应用，采用科学合理的农耕方式和农作物种植制度，还要适当增加林地和草地的面积，保护湿地资源，从而增加土壤有机碳储量，提高农田的健康和可持续发展水平。