土地利用变化对土壤有机碳储存的影响.docx

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1、土地采用变化对土壤有机碳储存的影响个案例争论的试验站在中国摘要：森林在从大气中而来的游离碳中发挥着重要作用。自从上个世纪80年月以来，植树造林活动已在千叶洲林业试验站的周边地区贯彻执行。该试验站位于中国江西省境内。耕地和严峻侵蚀的荒地上种植水果和森林种植园。干烟洲林业试验站的四周地区作为一个争论站，争论站分析造林对碳固存影响的潜在性。本争论评估了在不同的土地采用类型下土壤有机碳的变化存储。土壤有机碳贮量随着土地采用类型的不同而变化巨大。从1984年到2002年，土壤有机碳储量在八种土地采用类型中增加了 2.45106公斤。这项争论表明，造林土壤对碳固存影响的潜在性。然而，在景观尺度下对土壤碳通

2、量有一个完整的了解将取决于潜在及土壤有机碳的保存期。1引言土壤是陆地生态系统中最大的碳库，土壤潜在的二氧化碳（CO 2）的排放量是大陆尺度碳平衡的一个重要组成部分（伯纳克斯等人。2001；默蒂等人。2002）。人类活动对碳储存和通量的影响已经超过了自然本身变异影响的速度和程度。在陆地生态系统下中对土地采用和土地掩盖的精确估量对于估量区域和大陆的碳平衡已变得越来越重要。（gregorich等人。1996, 1998）。其中一个最大的也是最不确定的因素是人类活动的变化对土壤有机碳的储存的影响。以往的争论集中于土壤中的土地采用变化状况（曼，1986；戴维森和阿克曼,1993； Lugo and Br

3、own, 1993;华盛顿，1999; Post and Kwon, 2000;）例如，穆尔蒂等人综述了土壤中碳和氮的储存后，提出将森林转化为农业用地。Lugo andBrown,提出土壤有机碳的转变是发生在有利于碳积累的土地采用变化之后的。在不同的植被类型下、环境条件下、不同的时间条件下，有机碳的积累率相差很大。为了开发大陆尺度的碳预算，我们需要知道什么发生在土壤碳库的转换后的土地采用和土地掩盖类型。土壤不仅是植物生产的基础，也是陆地生态系统中固碳的主要容器和载体。（拉尔等人。1998,乙；Post and Kown, 2000；马兰等人。，2001；奥尔森和卡”尔，2002） o高含碳量的

4、土壤有强吸水性并且可以提高土壤生产力，这种生产力对于植物生产和碳固定有重大作用。（奥尔森和卡”尔，2002） o有机碳的积累已被建议作为最佳的选择长期陆地生态系统碳封存。（农业部，1999；奥尔森和卡尔，2002）,并且可以成为京都议定书的重要组成部分。（施莱辛格，1995；mccarl 和公司，2001）。由于土壤固碳可以缓解大气中二氧化碳浓度的增加，同时改善土壤结构和土壤生产力。（Lalet al., 1998a, b; McCarl and Schneider, 2001）,我们应更注意在不同时空尺度下土壤的固碳潜力。现在和过去使用土地的做法在确定全球陆地碳排放源和汲取汇的分布和规模上是

5、至关重要的。（卡纳戴乐，2002） o我们需要分析土地管理对土壤储存现有的和潜在的影响。（舒曼等人。，2002） o人类活动对碳储存的影响在中国不被很好的理解，应选择一个典型的造林项目去分析土地采用变化对中国碳封存的潜在作用。2材料和方法2.1 网站描述千烟洲林业试验站位于中国南部的江西省泰和县境内。（26。44 48 N,115。04 13 E）.o 土地面积204.17公顷。地势平缓起伏，平均坡度为10-30。海拔大约在海平面上60米。土壤母质由红色砂岩和泥岩构成，土壤主要为红壤（吸土），水稻土（人为），潮土和草甸土。红壤面积最大，大约有140.5公顷。年平均气温约18.6,。，最高和最低

6、的极端温度分别是39.5。和-5.8。仁年平均降水量为1361毫米。争论区域的景观是一个典型的亚热带红壤丘陵，占低山，梯田和河滩位置上的景观。该地区位于中亚热带常绿阔叶林地带，原始森林由于森林砍伐和土地采用转换到农业生产等缘由几乎消逝。土地掩盖类型包括针叶树和阔叶林，果园，农田，矮树和其他次生植被。2.2 土地采用变化历史1983年前的千烟洲是一个只有31人的小村庄，经济滞后。围绕千烟洲林业试验站的四周地区没有太多的自然树林。1983年一项爱护红壤资源的规划被颁布实施，后来中科院（中科院）建立了干烟洲林业试验站。不同的土地采用方式被设计并实施，旨在恢复土地资源同时避开增加水土流失。在1989年

7、以前植树造林负责主要的土地采用模式。1990年初，土地采用和土地掩盖类型和地区仍旧相对恒定。土地统计试验区可用于下列年：1983, 1990和1997 （见表1）在千烟洲林业试验站有六种土地采用方式（表一）。表中显示了在1983年到1997年的这段时间里，该地区耕地和荒地削减了，而果园、森林、草地和水田地的采用面积增加了。（表一）在全部的土地采用类型中，荒地的使用面积削减的最多，有160.84公顷之多。而森林、果园和水田地的使用面积有一个快速的增加。在14年间草原略有增加，而在同时期内耕地面积缓慢下降了 5.04公顷。在1997年,该地区的八个主要土地采用类型包括采样的森林和林地131.09公

8、顷,占总数的64.21%0该地区的其他土地采用类型的面积是特别小的，分散在整个景观区内。（图一）这些土地的使用包括住宅用地，菜地，水田，旱地，种植园,和运输等。2.3 土壤采样和土壤的碳含量从2002年的5月到6月对最新的土壤进行了取样。为了检测有机碳库变化不破坏土壤结构或转变土壤有机碳含量，土壤进行采样尽量靠近四周原有的采样点。我们选择了八个重要的森林和林地，在各土地采用类型中选择了两种土壤剖面。在各个层面上对土壤进行采样，而体积密度通过使用切割环进行测量。对于每一个层面，在每个站点上水分含量由测定仪测定后达到他们可以处理的碳浓度前，土壤样本必需要存放在一个布袋里。通过使用theWalkey

9、-Black方法，各土层的碳浓度打算一个干群众基础。(黑色，1965)各土层的有机碳含量计算层面深度，密度，和二氧化碳浓度的产量，并总结为整个土壤剖面估量总有机碳含量的方法等(2001) o表三显示了各土地采用类型下每一个采样刨面的有机碳的浓度。2.4 数据来源千烟洲林业试验站是中国科学院生态系统争论网络(欧洲粒子物理争论所)的一员。本争论院收集数据和有关生态系统、资源、环境的其他信息及经济和社会条件下的欧洲核子争论中心的状况。()我们从欧洲核子争论中心的数据库获得的全部历史数据包括土壤条件和土地采用状况。().1984年关于每一种土地采用类型下的有机碳的密度和储存起源于元朝。3结果表四显示了

10、有机碳密度和储量计算各土地采用类型的变化。有机碳储存量的转变表面土壤是大气中二氧化碳的一个风向标。固碳率从自然再生林状态下的0.28kgm2变为了在1984到2002年间爱护湿地松森林状态下的4.34 kgm20全部土地采用的总有机碳的储存量增加到了 2.45106公斤，这是18年后+86%有机碳的一个平均变化。(表四)有机碳储量的最大增加是灌木地的+300%,而最小的增加是风景林的+ 5.6%o不同的土地采用类型在有机碳的汲取率上有相当大的变化。(表四)当考虑经营活动对土壤固碳的影响时，对历史学问的了解就很重要了。在试验区由于果园、土壤季节性耕作和施肥造成了有机碳的损失。农业土地的转化及荒地

11、转化成森林和林地造成土壤固碳的最大增加。在超过18年的争论期间我们发觉湿地松林有最大的土壤固碳力量。将荒地转化成林地和森林使很多碳转汇到土壤中。然而，在这些土地采用类型中土壤碳的猎取变化很大。4争论依据我们的争论，过去18年中全部这8种土地采用类型中土壤表层的138厘米处的有机碳的储存量增加了，平均量从15.8到241g m母yT。(表四)其他一些争论报告了有机碳储存转变的速率，在这些争论中，亚热带潮湿林由长期的农业用地再到次生林而转化而来，在35年和100年后，亚热带潮湿林的含量分别为 28 和 105 g m-2 y-10 (Weaver et al.,1987; Brown and Lu

12、go, 1990).我们的争论结果和这些以往报告的有机碳的的值是全都的。在我们的争论中，从荒地转化来的人工林是主要的土地采用类型，相比果园，这些人工林的土壤中储存了更多的碳。以往的争论集中在土地有机碳的固存上，这些土地主要是指从农业用地转化为森林用地。我们也应重视那些从荒地和废弃地转化成的林地和森林用地。据认为，管理完善的林地或森林能够刺激森林物种的生长，改善森林生态系统的土壤。不受干扰的自然环境和有效的爱护，有助于增加有机碳库，如落叶分解和有机质的输入。由于对生物地球化学的机制如何负责碳元素的流淌，它的储存潜力如何及相对过程掌握的关键生物和生态现象等缺乏足够的理解，致使我们最终不清晰陆地碳的

13、固存量(Metting et al., 2001).。然而，土壤不会无限制地汲取碳，土壤碳的含量将随着有机碳储存量的增加最终达到饱和(Marland et al., 2001).o这是由于时间的长短和变化率的不同。土壤中碳的积累受气候，植被，土壤温度，水分，土壤质地，矿物质含量，人类活动，和过去的历史土壤有机碳输入和物理干扰的限制(Schlesinger, 1995; Post and Kwon, 2000).0由于缺乏植被和和落叶的的数据，我们的分析低估了碳的收益周期。此外，荒地到草地角色转化中的碳汇不被考虑进来。我们的分析也忽视了其他因素，这些因素众所周知能够提高固碳，例如氮肥和水的管理。

14、因此我们不知道是否有机碳的储存达到了它的最大极限，以及打算有机碳固存的掌握因素之间的关系。在某些状况下，植被补丁与土壤中碳元素的巨大差异有联系，碳元素需要我们通过抽样调查进行说明(Palmer et al., 2002; Schuman et al., 2002)o在争论中,我们选择了 16个土壤刨面进行采样，但是也不足以完全说明有机碳变化的空间转变。如何实现规模转移是一个关键问题，即将来如何在基于有限的土壤剖面和简单的区域分布下估量土壤固碳。5结论爱护森林和林地可导致土壤碳的客观收益，这些碳元素从大气中最终进入到土地中。因此森林的爱护和种植园的建立对于陆地生态系统碳固存的意义特别重大(Sch

15、oles and Noble, 2001 )o在干烟洲林业试验站周边地区，完善土地使用管理的做法可以大大提高土壤碳固存。在中国红壤丘陵地区实践土地采用的综合技术，协调彼此相邻不同的土地采用类型不仅有利于提高经济效益而且有采用防止土壤侵蚀和和退化。土地采用管理还可以降低来自与生态系统的碳排放量。这对于减轻大气中温室气体的增加量起着重要作用。致谢本争论由我国重点基础争论进展方案资助，中科院学问创新重点项目，土地采用/土地覆被的综合各学科的科学规划，陆地碳工艺学院地理科学与资源争论所和2002START第H一奖学金奖联合共同完成。我们感谢J. Canadell, R. A.Mickler, G. Zhou and W.M. Post特别有益的意见和建议和Y. Yue的收集的数据。