土 壤 通 报Vol.36,No.6第36卷第6期
Dec.,2005
ChineseJournalofSoilScience2005年12月
区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨
徐 艳,张凤荣,段增强,张 琳,孔祥斌,
(中国农业大学土地资源与管理系,北京 100094)
3
摘 要:土体中有机碳含量在纵向和横向上都具有空间相关性。本文利用曲周县四疃乡30个土壤剖面的有机碳含量数据,采用常见的纵向拟合方法建立了基于30个土壤剖面有机碳测定数据的对数函数拟合模型,计算得到研究区的土壤
8
有机碳密度和碳储量分别为5.60kgCm-2和4.72×10kgC;又根据研究区土壤剖面中有机碳含量分布的不规则性特点,通
过对土壤剖面层次的归一化处理,利用地统计横向插值方法,计算得到该区的土壤有机碳密度和碳储量分别为3.95kgC
m和3.33×10kgC。由于两种算法对数据的组织方式不同,。两种方法适
-2
8
用于土壤有机碳在剖面中分布形式不同的土壤类型。
关 键 词:有机碳;密度;储量;模拟方法;计算方法
中图分类号:S15316 文献标识码:A 文章编号:2()0622 展研究的核心问题之一1.CO2确定去处,碳汇(sink))[1-3]
到平衡,sink)。陆地,陆地土壤有机碳储量约是大气碳库的2倍,其较小幅度的变动都会引起全球气候较大的变化,因此有可能成为最大的“未知汇”,从而成为研究的重点。许多研究
[6-14]
从不同尺度上估算了土壤碳库容量。
精确的计算方法是进行土壤碳储量计算的基础。总体来说,计算土壤碳储量所采取的主要方法为土壤类型法和模型估算法。
土壤类型法就是选择每种土壤类型的一些样点进行有机碳的测定,由于同种土壤类型所处的气候等自然条件以及土壤发生过程比较一致,可以由点及面进行外推,进行区域或全球范围碳储量的计算。与此法类似的还有植被类型法或者生态类型法等。
模型估算法是通过实测土壤碳含量数据,建立拟合模型,再用模型来计算未测土壤的碳密度和碳储量。现在流行的主要为碳平衡模型(通过净初级生产力NPP来估算碳储量)和生物地球化学模型(较成熟的
[10,11,12]
CENTURY、DNDC等)。两种方法都是基于足够多的样本数量。由于同种土壤类型的土壤有机碳的分布也存在空间变异,因此本文试图应用地统计学的有关理论方法针对土壤类型法的计算进行一些探讨。
[7,8,9,13,14]
[4-5]
1 研究区概况
本文的研究区选在河北省曲周县四疃乡,位于邯
2
郸市东北部,总面积84.2km,属华北平原典型的半湿润大陆性季风气候,土壤类型为潮土,土壤均发育在近代河流冲积母质之上,土壤剖面的不同质地的层次分异明显。1.2 数据来源与研究方法
于1999年5月进行样品采集,挖取土壤剖面30个,按发生层进行土层划分,共计采集到119个土壤样品。土壤有机碳测定方法为重铬酸钾—外热源法。
土壤有机碳密度(SOCdensity)通常是指单位面积单位深度土体中土壤有机碳质量,国际上通常是以
23
1m深度、1m,即1m的土壤的有机碳质量为参照标
-2
准,单位为kgCm。土壤碳储量是指区域范围内1m深度的土壤有机碳总质量,单位为kgC或PgC(1Pg=15
10g)。本文也照此标准进行土壤碳密度和碳储量的计算。
植物或作物的根系分布是随着土壤剖面中水分供应状况的变化而变化的,但大部分根系集中在腐殖质
[15]
表层或耕层;并且施肥耕作等农业措施也都在表层,所以大多数土壤类型存在土壤有机碳含量随着土壤剖面深度的增加而递减的规律。因此计算土壤碳密度和碳储量,通常是利用各种线形或非线形曲线进行土壤有机碳随深度变化情况的纵向拟合,再拓展到同一类型的空间上去。但是土壤有机碳的分布除了纵向
收稿日期:2004209221
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999011810)作者简介:徐 艳(1977-),女,新疆乌鲁木齐人,博士研究生,主要研究方向为可持续土地利用管理及评价。通讯作者:[email protected]
6期 徐 艳等:区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨837
具有规律性的变化外,由于受沉积母质的影响,土壤有机碳在剖面中的纵向分布也会出现不规则的变化,不同质地层次的土壤有机碳含量在横向上延伸,具有一致性。图1中的实线表示的土壤有机碳含量随剖面深度纵向逐渐减少的情况;虚线则表示了土壤有机碳含量随剖面深度纵向不规则变化而横向延伸的情况。鉴于此,本文除采用通常所采取的曲线纵向拟合的方法以外,还分层次进行空间插值,按横向同层计算土壤有机碳密度。由得到的土壤有机碳密度,可以计算研究区的土壤有机碳储量
。
异,在此作为常量来对待。根据土壤有机碳密度的定义,D取100cm,即计算的是1m土体的有机碳密度;根据研究区土壤质地实测数据(研究区土壤质地大多为粉沙壤土)以及土壤质地和土壤容重之间的相关[16]-3性,θ取1.36gcm;根据土壤石质度级别与δ的
[17]
关系,鉴于曲周土壤属于冲积物,几乎没有粒径>2mm的砾石;取δ值为0.5%。利用30个土壤剖面的有机碳测定数据拟合土壤有机碳的纵向变化情况,即式中的C。首先对曲周县四疃乡30数、对数函数、;,佳(。:
(3)y.ln(x)+10.137
2
0.5408
据此,对实测数据和拟合数据进行配对样品t检
验,结果表明二者在95%的置信水平下,无显著性差异,可以认为拟合数据对实测数据的模拟效果非常好。
根据积分中值定理,得到
(-116627ln(x)∫
100
+101137)dx=
Cdx∫
100
(4)
图1 土壤剖面有机碳分布示意图
Fig11 SketchmapofSOCdistributioninprofile
可以算出深度为1m的土壤剖面有机碳含量均值
-1
C为4.14gkg。
由此可以根据式1来计算土壤有机碳密度,即深
3
度为1m的1m土体中土壤有机碳质量,得到曲周县
-2
四疃乡土壤有机碳密度为5.60kgCm。
根据式2得到曲周县四疃乡土壤有机碳储量为
8
4.72×10kgC
。
2 研究区土壤有机碳密度及碳储量计算
2.1 纵向拟合方法计算土壤有机碳密度及碳储量
纵向拟合方法就是通过对所测数据进行拟合得到土壤有机碳随深度变化的近似函数,然后通过这个函
数计算土壤有机碳的平均含量,最后再结合质地、厚度、容重等土壤理化性质来计算土壤有机碳密度和碳储量。公式如下:
θ×)/100(1)SOCdensity=C×D×(1-δ
(2)SOCstorage=S×SOCdensity
式1可用来计算土壤有机碳密度(SOCdensity);其中,C
-1
为土壤有机碳的平均含量(gkg),D为土层厚度
-3
(cm),θ为土壤容重(gcm),δ为直径>2mm的砾石含量(体积百分数)。
式2可用来计算土壤有机碳储量(SOCstorage),式2中的S为研究区面积。
事实上,土壤剖面的厚度不同,而且不同层次的有机碳含量、质地、容重等土壤理化性质也不同,在数据
允许的情况下,应该予以分别计算,但是在小区域范围内,可以忽略容重和砾石(粒径>2mm)含量之间的差
图2 土壤有机碳含量随剖面深度变化的拟合曲线
Fig11 SimulatedcurveofSOCinprofile
838土 壤 通 报 36卷
2.2 横向插值方法计算土壤有机碳密度及碳储量
本研究将1m土壤剖面等间距的划分为5层,每层深度为20cm。对于土壤剖面深度超过1m的部分
可以直接不予计算,不足1m的部分则需要进行拟合。对原有的土壤剖面层次的土壤有机碳含量按照深度进行加权处理。
i
Ca-b=∑Ci横向插值方法是将剖面数据分配到同一深度的几个平面上,利用地统计学方法进行空间插值,之后将不同深度的土壤有机碳数据进行加和,得到整个剖面的土壤有机碳密度,进而再求出研究区土壤碳储量。
此方法首先需要解决的问题就是数据的归一化处理。由于土壤剖面的层次都是按照土壤发生层次进行划分,因此有些剖面深度超过或不足1m,而且剖面划分的层次数目和每层的深度都不相同(如图3),因此需要进行归一化处理,将剖面数据分配到规定深度的平面上去
。
20
(5)
式中a-b的距离为20cm,Ci为剖面第i层土壤有机碳含量,Hi为i层在等间距20cm,即a-b范围内的深度;化为五层等间距为20cm。本文利用3.2KrigingInterpolator,再利用该软件GridAnalyst中的CalculatesStatisticsagridtheme命令对插值得到的栅格图进行统计得到研究区土壤有机碳的平均值。见表1。
从表1中可以看到研究区土壤有机碳含量分布存在空间相关性,插值得到的平均值和30个样本归一化处理后求得的平均值存在差异,插值统计得到的均值小于归一化处理的均值。因为地统计学的插值方法考虑到了水平方向的空间变异,插值统计的均值反映的是30个土壤剖面点对其周围区域影响下的加权平均的结果,而归一化处理的均值仅仅是30个土壤剖面数据算术平均的结果。
图3 土壤剖面有机碳分布及数据的归一化处理示意图
Fig13 SketchmapofSOCdistributionbydatastandardization
表1 研究区土壤有机碳含量分层统计表
Table1 Descriptivestatisticsofsoilorganiccarboncontentindifferentlayerinresearchregion
剖面深度
(cm)
Profiledepth0～2020～4040～6060～80平均值(gkg-1)
最小值
Minimumgkg-13.1.1.0.[1**********]3最大值
Maximumgkg-18.7.2.4.[1**********]6标准差
StandardDeviation0.0.0.0.[1**********]变异系数
Varationcoefficient0.0.0.0.[1**********]4插值统计
Interpolation5.3052.7242.3351.927归一化处理
Standardization
6.4903.7303.2642.778 我们采取插值统计处理结果计算土壤有机碳密度,公式如下所示:
θ(1-δSOCdensity=∑Ci×Di×i×i)/100
i=1
3 结论和讨论
本文采用常见的土壤有机碳纵向拟合方法,依据
30个剖面点的土壤有机碳含量数据,模拟有机碳随深度的变化,建立了经验函数,并据此经验函数计算了研
-2
究区土壤有机碳密度和碳储量分别为5.60kgCm和
8
4.72×10kgC。考虑到冲积平原土壤的层理性特点,本文建立了土壤剖面土层的归一化方法,并应用地统计方法中的克立格插值方法,模拟和计算了土壤有机碳密度和碳
5
(6)
θδ的物理意义与式1相式中i为土层数,C、D、、
θδ同。同样将D、、视为常数,其中D取20cm。这样得到曲周县四疃乡土壤有机碳密度为3.95kgCm。
根据式2计算曲周县四疃乡土壤有机碳储量为3.33
8×10kgC。
-2
6期 徐 艳等:区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨839
储量,结果分别为3.95kgCm和3.33×10kgC。以上两种计算方法都是通过模拟外推来计算土壤有机碳密度和碳储量,其数据的组织方式不同,得到的土壤有机碳密度和碳储量也存在差异。这两种方法有不同的适用对象。
未经扰动的自然土壤(如森林土壤、草原土壤等),表层有枯枝落叶层,植物根系自表层向下依次减少;土壤表层有机碳含量较高,随深度的增加,有机碳含量有规则地递减。开垦种植多年的耕地土壤,因为施用肥料和作物根系自表层向下依次减少的缘故,也是表层有机碳含量较高,随深度的增加而规则地递减。因此,对这两种土壤,计算土壤有机碳密度或储量可以应用纵向拟合法。比如我国的各种地带性土类和黄土母质上发育的土壤。
在冲积母质上发育来的年轻土壤类型,土(冲积新成土),是母质的影响高,;沉积物来源,沉积物来源于上游贫瘠的土壤则土壤有机碳含量低;土壤剖面中的有机碳含量呈现非线形的不规则的变化。对于这种情况,应用横向插值的方法更能真实地反映土壤有机碳在土体中的分布,相对准确地计算土壤有机碳密度和碳储量。
但随着土壤年龄的增加或人类耕作时间的延伸,无论是因为植物生长,还是作物生长,有机残体不断地追加到土体,这种自然发育所显现的特征会被削弱,冲积母质层次分异对土壤有机碳含量的影响逐步弱化,而显现出土壤有机碳由表层向下的逐渐减少。这时,计算土壤有机碳密度或储量,也可采用纵向拟合法;比如我国长期耕作形成的潮土(潮湿雏形土与干润雏形
-28
土)和水稻土(水耕人为土)。参考文献:
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ofanthropogeniccarbondioxide[J].Nature,1992,356:589-593.[2] SundquistET.Theglobalcarbonbudget[J].Science,1993,259:
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410:765-766.
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negativeobalwarming?[J].Biistry,-[7]ssessingBrazil’scarbonbudget:I.Bioticcarbon
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义,分类指标和土系初建[J].土壤通报,2001,32(5):197-200.
[16] 马歇尔TJ,霍姆斯JW主编1土壤物理学[M].北京:科学出
版社,1986.4-12.
[17] 姚贤良,程云生主编1土壤物理学[M].北京:农业出版社,
1986.8-33.
CalculationMethodforDensityandStorageofSoilOrganicCarbon
XUYan,ZHANGFeng-rong,DUANZeng-qiang,ZHANGLin,KONGXiang-bin
(Dept.ofLandResourcesandManagement,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing 100094,China)
Abstract:Thecontentofsoilorganiccarbonwasinterrelatedspatiallyatbothverticalandhorizontaldirectioninsoil.
Basedonthedataof30soilprofilesofSituantown,Quzhoucounty,Westudiedthemethodsforsimulatingthedistributionofsoilorganiccarboninverticalandhorizontal,andcalculatedthedensityofsoilorganiccarbonandthestorageofsoilorganiccarboninresearcharea.Theresultsareasfollowings:thedensityofsoilorganiccarbonandthe
-28
storageofsoilorganiccarboninresearchareaare5.60kgCmand4.72×10kgCrespectivelybytheverticalsimulatingmethod;whilethedensityofsoilorganiccarbonandthestorageofsoilorganiccarboninresearchareaare
-28
3195kgCmand3133×10kgCrespectivelybytheKrigingspatialinterpolationmethod.Thedifferentresultsareduetothedifferenceofcalculatingmethodsthatorganizethedatafromdifferentway.Thetwomethodsaresuitabletodifferentsoilsthataredifferentinsoilorganicmatterdistribution.
Keywords:Soilorganiccarbon;Density;Storage;Simulatingmethods;Calculatingmethods
土 壤 通 报Vol.36,No.6第36卷第6期
Dec.,2005
ChineseJournalofSoilScience2005年12月
区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨
徐 艳,张凤荣,段增强,张 琳,孔祥斌,
(中国农业大学土地资源与管理系,北京 100094)
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摘 要:土体中有机碳含量在纵向和横向上都具有空间相关性。本文利用曲周县四疃乡30个土壤剖面的有机碳含量数据,采用常见的纵向拟合方法建立了基于30个土壤剖面有机碳测定数据的对数函数拟合模型,计算得到研究区的土壤
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有机碳密度和碳储量分别为5.60kgCm-2和4.72×10kgC;又根据研究区土壤剖面中有机碳含量分布的不规则性特点,通
过对土壤剖面层次的归一化处理,利用地统计横向插值方法,计算得到该区的土壤有机碳密度和碳储量分别为3.95kgC
m和3.33×10kgC。由于两种算法对数据的组织方式不同,。两种方法适
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8
用于土壤有机碳在剖面中分布形式不同的土壤类型。
关 键 词:有机碳;密度;储量;模拟方法;计算方法
中图分类号:S15316 文献标识码:A 文章编号:2()0622 展研究的核心问题之一1.CO2确定去处,碳汇(sink))[1-3]
到平衡,sink)。陆地,陆地土壤有机碳储量约是大气碳库的2倍,其较小幅度的变动都会引起全球气候较大的变化,因此有可能成为最大的“未知汇”,从而成为研究的重点。许多研究
[6-14]
从不同尺度上估算了土壤碳库容量。
精确的计算方法是进行土壤碳储量计算的基础。总体来说,计算土壤碳储量所采取的主要方法为土壤类型法和模型估算法。
土壤类型法就是选择每种土壤类型的一些样点进行有机碳的测定,由于同种土壤类型所处的气候等自然条件以及土壤发生过程比较一致,可以由点及面进行外推,进行区域或全球范围碳储量的计算。与此法类似的还有植被类型法或者生态类型法等。
模型估算法是通过实测土壤碳含量数据,建立拟合模型,再用模型来计算未测土壤的碳密度和碳储量。现在流行的主要为碳平衡模型(通过净初级生产力NPP来估算碳储量)和生物地球化学模型(较成熟的
[10,11,12]
CENTURY、DNDC等)。两种方法都是基于足够多的样本数量。由于同种土壤类型的土壤有机碳的分布也存在空间变异,因此本文试图应用地统计学的有关理论方法针对土壤类型法的计算进行一些探讨。
[7,8,9,13,14]
[4-5]
1 研究区概况
本文的研究区选在河北省曲周县四疃乡,位于邯
2
郸市东北部,总面积84.2km,属华北平原典型的半湿润大陆性季风气候,土壤类型为潮土,土壤均发育在近代河流冲积母质之上,土壤剖面的不同质地的层次分异明显。1.2 数据来源与研究方法
于1999年5月进行样品采集,挖取土壤剖面30个,按发生层进行土层划分,共计采集到119个土壤样品。土壤有机碳测定方法为重铬酸钾—外热源法。
土壤有机碳密度(SOCdensity)通常是指单位面积单位深度土体中土壤有机碳质量,国际上通常是以
23
1m深度、1m,即1m的土壤的有机碳质量为参照标
-2
准,单位为kgCm。土壤碳储量是指区域范围内1m深度的土壤有机碳总质量,单位为kgC或PgC(1Pg=15
10g)。本文也照此标准进行土壤碳密度和碳储量的计算。
植物或作物的根系分布是随着土壤剖面中水分供应状况的变化而变化的,但大部分根系集中在腐殖质
[15]
表层或耕层;并且施肥耕作等农业措施也都在表层,所以大多数土壤类型存在土壤有机碳含量随着土壤剖面深度的增加而递减的规律。因此计算土壤碳密度和碳储量,通常是利用各种线形或非线形曲线进行土壤有机碳随深度变化情况的纵向拟合,再拓展到同一类型的空间上去。但是土壤有机碳的分布除了纵向
收稿日期:2004209221
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999011810)作者简介:徐 艳(1977-),女,新疆乌鲁木齐人,博士研究生,主要研究方向为可持续土地利用管理及评价。通讯作者:[email protected]
6期 徐 艳等:区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨837
具有规律性的变化外,由于受沉积母质的影响,土壤有机碳在剖面中的纵向分布也会出现不规则的变化,不同质地层次的土壤有机碳含量在横向上延伸,具有一致性。图1中的实线表示的土壤有机碳含量随剖面深度纵向逐渐减少的情况;虚线则表示了土壤有机碳含量随剖面深度纵向不规则变化而横向延伸的情况。鉴于此,本文除采用通常所采取的曲线纵向拟合的方法以外,还分层次进行空间插值,按横向同层计算土壤有机碳密度。由得到的土壤有机碳密度,可以计算研究区的土壤有机碳储量
。
异,在此作为常量来对待。根据土壤有机碳密度的定义,D取100cm,即计算的是1m土体的有机碳密度;根据研究区土壤质地实测数据(研究区土壤质地大多为粉沙壤土)以及土壤质地和土壤容重之间的相关[16]-3性,θ取1.36gcm;根据土壤石质度级别与δ的
[17]
关系,鉴于曲周土壤属于冲积物,几乎没有粒径>2mm的砾石;取δ值为0.5%。利用30个土壤剖面的有机碳测定数据拟合土壤有机碳的纵向变化情况,即式中的C。首先对曲周县四疃乡30数、对数函数、;,佳(。:
(3)y.ln(x)+10.137
2
0.5408
据此,对实测数据和拟合数据进行配对样品t检
验,结果表明二者在95%的置信水平下,无显著性差异,可以认为拟合数据对实测数据的模拟效果非常好。
根据积分中值定理,得到
(-116627ln(x)∫
100
+101137)dx=
Cdx∫
100
(4)
图1 土壤剖面有机碳分布示意图
Fig11 SketchmapofSOCdistributioninprofile
可以算出深度为1m的土壤剖面有机碳含量均值
-1
C为4.14gkg。
由此可以根据式1来计算土壤有机碳密度,即深
3
度为1m的1m土体中土壤有机碳质量,得到曲周县
-2
四疃乡土壤有机碳密度为5.60kgCm。
根据式2得到曲周县四疃乡土壤有机碳储量为
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4.72×10kgC
。
2 研究区土壤有机碳密度及碳储量计算
2.1 纵向拟合方法计算土壤有机碳密度及碳储量
纵向拟合方法就是通过对所测数据进行拟合得到土壤有机碳随深度变化的近似函数,然后通过这个函
数计算土壤有机碳的平均含量,最后再结合质地、厚度、容重等土壤理化性质来计算土壤有机碳密度和碳储量。公式如下:
θ×)/100(1)SOCdensity=C×D×(1-δ
(2)SOCstorage=S×SOCdensity
式1可用来计算土壤有机碳密度(SOCdensity);其中,C
-1
为土壤有机碳的平均含量(gkg),D为土层厚度
-3
(cm),θ为土壤容重(gcm),δ为直径>2mm的砾石含量(体积百分数)。
式2可用来计算土壤有机碳储量(SOCstorage),式2中的S为研究区面积。
事实上,土壤剖面的厚度不同,而且不同层次的有机碳含量、质地、容重等土壤理化性质也不同,在数据
允许的情况下,应该予以分别计算,但是在小区域范围内,可以忽略容重和砾石(粒径>2mm)含量之间的差
图2 土壤有机碳含量随剖面深度变化的拟合曲线
Fig11 SimulatedcurveofSOCinprofile
838土 壤 通 报 36卷
2.2 横向插值方法计算土壤有机碳密度及碳储量
本研究将1m土壤剖面等间距的划分为5层,每层深度为20cm。对于土壤剖面深度超过1m的部分
可以直接不予计算,不足1m的部分则需要进行拟合。对原有的土壤剖面层次的土壤有机碳含量按照深度进行加权处理。
i
Ca-b=∑Ci横向插值方法是将剖面数据分配到同一深度的几个平面上,利用地统计学方法进行空间插值,之后将不同深度的土壤有机碳数据进行加和,得到整个剖面的土壤有机碳密度,进而再求出研究区土壤碳储量。
此方法首先需要解决的问题就是数据的归一化处理。由于土壤剖面的层次都是按照土壤发生层次进行划分,因此有些剖面深度超过或不足1m,而且剖面划分的层次数目和每层的深度都不相同(如图3),因此需要进行归一化处理,将剖面数据分配到规定深度的平面上去
。
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式中a-b的距离为20cm,Ci为剖面第i层土壤有机碳含量,Hi为i层在等间距20cm,即a-b范围内的深度;化为五层等间距为20cm。本文利用3.2KrigingInterpolator,再利用该软件GridAnalyst中的CalculatesStatisticsagridtheme命令对插值得到的栅格图进行统计得到研究区土壤有机碳的平均值。见表1。
从表1中可以看到研究区土壤有机碳含量分布存在空间相关性,插值得到的平均值和30个样本归一化处理后求得的平均值存在差异,插值统计得到的均值小于归一化处理的均值。因为地统计学的插值方法考虑到了水平方向的空间变异,插值统计的均值反映的是30个土壤剖面点对其周围区域影响下的加权平均的结果,而归一化处理的均值仅仅是30个土壤剖面数据算术平均的结果。
图3 土壤剖面有机碳分布及数据的归一化处理示意图
Fig13 SketchmapofSOCdistributionbydatastandardization
表1 研究区土壤有机碳含量分层统计表
Table1 Descriptivestatisticsofsoilorganiccarboncontentindifferentlayerinresearchregion
剖面深度
(cm)
Profiledepth0～2020～4040～6060～80平均值(gkg-1)
最小值
Minimumgkg-13.1.1.0.[1**********]3最大值
Maximumgkg-18.7.2.4.[1**********]6标准差
StandardDeviation0.0.0.0.[1**********]变异系数
Varationcoefficient0.0.0.0.[1**********]4插值统计
Interpolation5.3052.7242.3351.927归一化处理
Standardization
6.4903.7303.2642.778 我们采取插值统计处理结果计算土壤有机碳密度,公式如下所示:
θ(1-δSOCdensity=∑Ci×Di×i×i)/100
i=1
3 结论和讨论
本文采用常见的土壤有机碳纵向拟合方法,依据
30个剖面点的土壤有机碳含量数据,模拟有机碳随深度的变化,建立了经验函数,并据此经验函数计算了研
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究区土壤有机碳密度和碳储量分别为5.60kgCm和
8
4.72×10kgC。考虑到冲积平原土壤的层理性特点,本文建立了土壤剖面土层的归一化方法,并应用地统计方法中的克立格插值方法,模拟和计算了土壤有机碳密度和碳
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θδ的物理意义与式1相式中i为土层数,C、D、、
θδ同。同样将D、、视为常数,其中D取20cm。这样得到曲周县四疃乡土壤有机碳密度为3.95kgCm。
根据式2计算曲周县四疃乡土壤有机碳储量为3.33
8×10kgC。
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6期 徐 艳等:区域土壤有机碳密度及碳储量计算方法探讨839
储量,结果分别为3.95kgCm和3.33×10kgC。以上两种计算方法都是通过模拟外推来计算土壤有机碳密度和碳储量,其数据的组织方式不同,得到的土壤有机碳密度和碳储量也存在差异。这两种方法有不同的适用对象。
未经扰动的自然土壤(如森林土壤、草原土壤等),表层有枯枝落叶层,植物根系自表层向下依次减少;土壤表层有机碳含量较高,随深度的增加,有机碳含量有规则地递减。开垦种植多年的耕地土壤,因为施用肥料和作物根系自表层向下依次减少的缘故,也是表层有机碳含量较高,随深度的增加而规则地递减。因此,对这两种土壤,计算土壤有机碳密度或储量可以应用纵向拟合法。比如我国的各种地带性土类和黄土母质上发育的土壤。
在冲积母质上发育来的年轻土壤类型,土(冲积新成土),是母质的影响高,;沉积物来源,沉积物来源于上游贫瘠的土壤则土壤有机碳含量低;土壤剖面中的有机碳含量呈现非线形的不规则的变化。对于这种情况,应用横向插值的方法更能真实地反映土壤有机碳在土体中的分布,相对准确地计算土壤有机碳密度和碳储量。
但随着土壤年龄的增加或人类耕作时间的延伸,无论是因为植物生长,还是作物生长,有机残体不断地追加到土体,这种自然发育所显现的特征会被削弱,冲积母质层次分异对土壤有机碳含量的影响逐步弱化,而显现出土壤有机碳由表层向下的逐渐减少。这时,计算土壤有机碳密度或储量,也可采用纵向拟合法;比如我国长期耕作形成的潮土(潮湿雏形土与干润雏形
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土)和水稻土(水耕人为土)。参考文献:
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CalculationMethodforDensityandStorageofSoilOrganicCarbon
XUYan,ZHANGFeng-rong,DUANZeng-qiang,ZHANGLin,KONGXiang-bin
(Dept.ofLandResourcesandManagement,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing 100094,China)
Abstract:Thecontentofsoilorganiccarbonwasinterrelatedspatiallyatbothverticalandhorizontaldirectioninsoil.
Basedonthedataof30soilprofilesofSituantown,Quzhoucounty,Westudiedthemethodsforsimulatingthedistributionofsoilorganiccarboninverticalandhorizontal,andcalculatedthedensityofsoilorganiccarbonandthestorageofsoilorganiccarboninresearcharea.Theresultsareasfollowings:thedensityofsoilorganiccarbonandthe
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storageofsoilorganiccarboninresearchareaare5.60kgCmand4.72×10kgCrespectivelybytheverticalsimulatingmethod;whilethedensityofsoilorganiccarbonandthestorageofsoilorganiccarboninresearchareaare
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3195kgCmand3133×10kgCrespectivelybytheKrigingspatialinterpolationmethod.Thedifferentresultsareduetothedifferenceofcalculatingmethodsthatorganizethedatafromdifferentway.Thetwomethodsaresuitabletodifferentsoilsthataredifferentinsoilorganicmatterdistribution.
Keywords:Soilorganiccarbon;Density;Storage;Simulatingmethods;Calculatingmethods