全 文 ：第 19 卷 第 3 期
Vol. 19 No. 3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 5 月
M ay. 2011
黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量
刘 伟1 , 程积民1, 2* , 陈芙蓉1, 高 阳2
( 1. 中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100; 2. 西北农林科技大学, 陕西 杨凌 712100)
摘要:对黄土高原水平方向的 4 种主要草地类型(森林草原、典型草原、高寒草甸草原、荒漠草原) ,分析其土壤有机
碳含量、有机碳密度及其碳储量, 以期揭示黄土高原中部不同草地类型土壤有机碳分布特征, 初步估算黄土高原中
部天然草地土壤有机碳储量。结果表明:各草地类型土壤有机碳含量和土壤碳密度均随深度增加而减少, 但类型
不同其减少程度不同。高寒草甸草原的土壤有机碳含量减少幅度最大, 荒漠草原减幅最小; 4 种类型草地的土壤有
机碳密度排序为:高寒草甸草原> 典型草原> 森林草原> 荒漠草原,对于整个土层而言,草地类型间的土壤有机碳
密度变异程度不同,典型草原变异系数最大, 高寒草甸草原最小; 在水平方向上, 黄土高原中部有机碳密度分布很
不均匀。黄土高原中部天然草地总面积 2. 02 107 hm2, 其 1 m 深度土壤碳储量为 1. 06 Pg C。
关键词:黄土高原; 草地;土壤有机碳密度; 碳储量
中图分类号: Q944. 56 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2011) 03042507
Characteristic of Organic Carbon Density and Organic Carbon Storage
in the Natural Grassland of Center Loess Plateau
LIU Wei1 , CHENG Jimin1, 2* , CHEN Furong1 , GAO Yang2
( 1. Inst itute of Soil and Water Con servat ion, Chinese Academ y of S cien ces& Minist ry of Water Resou rces,
Yangl ing, S haanxi Province 712100, China; 2. Northw est Agricultural & Forest ry
University, Yangling, Shaanxi Pr ovin ce 712100, Ch ina)
Abstract: Soil org anic carbon ( SOC) , org anic car bon density and org anic carbon stor ag e in four different
natur al gr assland types ( forest steppe, typical g rassland, alpine meadow steppe and desert steppe) in the
Loess Plateau w ere analyzed. Results indicate that the content of soil org anic carbon decr eases w ith soil
depth and a diversity in dif fer ent grassland types. The variation o f soil o rganic carbon content w ith soil
depth in alpine meadow g rassland has the big gest amplitude, w hile the variat ion has the smallest one in
desert g rassland. Organic carbon density o f four different g rassland types are ranked as Alpine meadow
grassland > typical steppe > forest steppe > desert steppe. In the w hole soil layer of 0~ 100 cm, the co
ef ficients o f variation o f soil o rganic carbon density are dif ferent in four g rassland types. The coef f icient of
variat ion o f typical grassland is the larg est w hile the Alpine meadow g rassland is the minimum . In the ho r
izontal direct ion, o rganic carbon density is unevenly dist ributed in the natural gr assland o f cent ral Loess
Plateau. T he total area o f natural g rassland in the r eg ion is 2. 02 107 hm2 , and the soil carbon stor ag e is
1. 06 Pg C in 1 m depth.
Key words: Loess P lateau; Grassland; Soil Or ganic car bon density ; Organic carbon storage
全球陆地土壤碳库量约为 1 300~ 2 000 Pg C,
是陆地植被碳库 500~ 600 Pg C 的 2~ 3倍,是全球
大气碳库 750 Pg C 的 2倍多 [ 1] , 2001年 IPCC报告
指出,陆地生态系统中土壤和植被分别储存了1 750
和 550 Pg C, 土壤碳库约是植被碳库的 3倍 [ 2]。因
此土壤碳库在全球碳平衡中具有重要作用 [ 3~ 5]。精
确估算土壤有机碳储量及分布特征在研究土壤碳对
全球变化的响应中具有重要意义 [ 6~ 9]。
草原生态系统是地球上陆地碳汇的重要组成部
分,在陆地生态系统碳循环过程中起着重要作用,草
地土壤碳库是全球碳循环中重要的组分, 研究草地
土壤有机碳对全球变暖的响应有着极其重要的意义,
收稿日期: 20110328;修回日期: 20110418
基金项目:国家重点实验室基金( 10502Z8) ;中国科学院重要方向项目( KZCX2YW441) ( KZCX2YW149) ;国家重点基础研究发展计划
973项目( 2007CB106803) ;国家自然科学基金重点项目( 40730631) ;林业公益性行业科研专项项目资助
作者简介:刘伟( 1985 ) ,男,河南信阳人,硕士研究生,主要从事恢复生态学研究, Email: lwmax@ 163. com; * 通讯作者 Author for cor
responden ce, Email: gyz cjm@ ms . isw c. ac. cn
草 地 学 报 第 19卷
已经成为全球变化研究的热点之一[ 10] 。草地也是
目前人类活动影响最为严重的区域,其碳素行为很
活跃,具有相当大的碳蓄积能力, 应对气候变化, 草
原的固碳能力不容忽视, 碳成本相对低廉,固碳形式
较稳定[ 11] ,这些潜在碳汇在全球碳循环中起着重大
作用。因此,对草地生态系统碳循环主要过程及其
影响因素的研究是认识全球碳循环的关键之一 [ 12]。
温带草原因其植被的典型性和代表性长期为生态学
家所重视, 其碳循环及碳过程研究正在不断深
入[ 13]。
研究表明, 我国草地植被的总碳储量约占我国
陆地生态系统的 16. 7% [ 14]。近年来,不少学者开始
关注草原有机碳库在陆地生态系统中的重要作用。
国内草原有机碳的研究多数基于草原普查资料和遥
感数据而进行模型估算[ 15~ 18] ,由于目前对陆地生态
系统碳循环机理的认识、过程的描述和参数化还不
够全面[ 19] ,土壤碳储量模型显然不够完善, 必然导
致土壤有机碳估算的不准确性。因此基于实测数据
的土壤有机碳库研究显得尤为重要,当前比较常用
的方法是使用土壤类型法和植被类型法估算土壤碳
蓄积量[ 20, 21] ,按照植被类型或土壤类型分区选取各
类型中代表性土壤剖面进行有机碳的测定, 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,可以由点及面外推,进行区域或全球范
围碳储量的计算。本试验以大量实测数据为基础,
运用 ArcGis中的统计学模块进行空间插值,尽量减
小碳密度的空间异质性造成的差异,以期为评估黄
土高原天然草地生态系统截留碳的能力提供有价值
的参考数据,为黄土高原草地在我国草原碳蓄积上
的贡献提供初步依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区自然概况
黄土高原西起青海省东部及乌鞘岭, 东至太行
山,南靠秦岭,北抵长城沿线一带, 涉及青海、甘肃、
宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南 7 省 (区) , 41 个市
(地区、自治州) , 206个县、10个旗、24个县级市;全
区总面积 62. 3万 km2 [ 22] , 是我国乃至世界上水土
流失最严重、生态环境最脆弱的地区。属季风气候
区,夏秋温暖多雨, 冬春寒冷干旱。年均温变化在
3. 6~ 14. 3 之间,极端低温- 13. 9 ~ - 38. 2 ;
10 的积温 771~ 4 800 , 太阳总辐射能量在
5 0 109~ 6. 0 109 J m- 2之间。年均降水量变
化在 184. 8~ 750. 0 mm 之间,大多数地区为 300~
600 mm, 7- 9月降水量约占全年降水总量的 60%,
温度和雨量呈现出由东南向西北递减的趋势。土壤
主要有褐土、蝼土、黑垆土、黄绵土等。森林面积仅
为 200万 hm2 ,森林覆盖率不到 5%, 草场退化面积
占总面积的 75%以上[ 23~ 25]。
本研究区横跨整个黄土高原 ( N3503. 821~
3738. 102, E10106. 521~ 11153. 481) , 囊括了
森林草原、典型草原、高寒草甸草原、荒漠草原 4种
主要草地类型 [ 26] ,海拔高度 287~ 3 408 m 不等,跨
越半湿润半干旱干旱气候带,年均降水量 185. 9~
623. 5 mm, 年均温 3~ 13. 5 。
图 1 黄土高原天然草地土壤采样点分布图
Fig . 1 Distr ibution of sampling sites in Loess P lateau
426
第 3期 刘伟等:黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量
1. 2 不同草地类型基本特征
森林草原,在黄土高原主要分布在陕西和山西,
典型的植被群落为白羊草( Bothriochloa ischaemum )
群落,夹生着硬质早熟禾( Poa sphondy lodes )、兴安胡
枝子( L esp edez a davurica)、小叶悬钩子( Rubus tai
wanicola)、本氏针茅( Stipa bungeana)和茵陈蒿( Ar
temisia cap illaris)群落;年均温为 8. 3~ 9. 4 ,年降水
量为 510~ 620 mm,海拔高度 1 050~ 1 550 m。
典型草原, 主要分布在山西和陕西及宁夏等省,
植被群落主要为本氏针茅(长芒草)群落、厚穗宾草
( A neurolep id ium d asy stachy s )群落, 伴生有阿尔泰
狗娃花 ( H eter opap pus altaicus ) 群落、冷蒿 ( A .
f r igida)群落、二裂委陵菜 ( Potenti l la bif ur ca )群
落及野菊花( Dendr anthema indicum )群落。年均
温为 7. 3~ 13. 5 ,年降水量 250~ 620 mm,海拔高
度 407~ 2 050 m。
高寒草甸草原, 主要分布在青海省,植被群落主
要为细叶苔草( Carex r ig escens )群落、多裂委陵菜
( P . mul ti f ida ) 群落、本氏针茅群落、珍珠草
( Phy l lanthus ur inar ia )群落、猪毛蒿( A . scop ar ia)
群落及黄花苜蓿(M cdicago f alcata )群落。年均温
为3~ 7. 9 ,年降水量为 330~ 510 mm ,海拔高度 1
898~ 3 408 m。
荒漠草原, 主要分布在甘肃和宁夏。植被群落
主要为茵陈蒿群落、野葱( A ll ium chr y santhum )群
落、狼毒( S tel l er a chamaej asme )群落、厚穗宾草群
落、苦苣菜 ( S onchus oleraceus )群落和山苦卖( I x
eri s chinensi s)群落。年均温为 7. 8~ 9. 3 ,年降水
量为 185~ 395 mm, 海拔高度 1 286~ 2 378 m。
1. 3 样品采集、土壤有机碳含量和碳密度的测定
2009年 9 10 月, 以黄土高原温带草原区 37
个行政县为单位(图 1) ,每个县设一个样地,在每个
样地边界处随机挖取 1 个土壤剖面, 用土壤环刀
( 100 cm3 )在每一土层取土样,去除环刀中土样的植
物根系和石砾, 在( 105 2) 烘干 24 h后, 称重计
算土壤容重。在每个样地随机选择 3个地方用 9
cm 土钻采取 0~ 20 cm, 20~ 40 cm , 40~ 60 cm, 60
~ 80 cm和 80~ 100 cm 土样, 每层大约取 500 g 土
样装入样品袋, 用于土壤有机碳 ( So il org anic car
bon, SOC)和其他土壤养分的测定。样品袋内的土
样置于室内风干,去除细根及杂质, 研磨后用 0. 25
mm 土壤筛进行过筛处理。土壤有机碳采用浓硫
酸重铬酸钾外加热法测定。
某一土层 i的有机碳密度( SOC i, kg m- 2 )的
计算公式为: SOCdensity= Ci i D i ( 1i ) / 100式
中, i为土层, C i 为第 i层土壤有机碳的平均含量( g
kg - 1 ) , i 为第 i层土壤容重( g cm- 3 ) , Di 为第 i
层土壤厚度( cm) , i 为第 i层中直径大于 2 mm 石
砾所占的体积百分比( %) ,根据土壤石质度级别与
的关系 [ 27] ,鉴于黄土高原土壤特性,几乎没有粒径
大于 2 mm 的砾石,取 值为 0. 5%。如果某一土壤
剖面由 m 层组成, 那么该剖面的有机碳密度
( DSOC, kg m - 2 )为:
DSOC= m
i = 1
SOC i= m
i= 1
Ci i D i ( 1i ) / 100
土壤有机碳储量 ( SOCs torage ) 由下公式求得:
SOCstorage= S SOCdens ity (式中 S为研究区面积)。
1. 4 数据处理与分析
将采样点的定位数据导入地信软件A rcGis 9. 2
中,每个点赋以相应的 SOCD 含量的属性值, 经阿
尔伯斯投影转化, 生成以米为单位的平面坐标, 利用
地统计学分析模块克里格内插法, 生成黄土高原中
部天然草地 SOCD的含量分布图, 再用 ArcGis 9. 2
算出土壤有机碳储量( SOCs tor age )。
采用 SA S V8软件用 Tw oway ANOVA 进行
统计分析,结果显示不同草地类型和土层对土壤有
机碳含量和土壤碳密度的差异有交互作用,所以采
取单因素分别分析草地类型和土层对其影响。
2 结果与分析
2. 1 土壤有机碳密度与碳储量
2. 1. 1 土壤有机碳含量随土层深度的变化 4种草
地类型土壤有机碳含量都随土壤深度的增加而减少,
但不同草地类型的土壤有机碳含量随土壤深度的增
加而减少的程度不同(图 2)。其中高寒草甸草原土
壤有机碳含量随土层加深而减少的幅度最大, 由
32 96 g kg- 1减少到 3. 99 g kg- 1 ,其减少量最多;
荒漠草原土壤有机碳含量随土层加深由 1. 79 g
kg
- 1减少到 1. 16 g kg- 1 ,减幅最小;森林草原和典
型草原土壤有机碳含量随土层深度的增加而减少,其
变化趋势基本一致, 除表层 0~ 20 cm 土壤有机碳含
量不同,其他 4层有机碳含量相当。可见,不同植被
类型的土壤有机碳含量在各土层的分布格局不同。
同一土层, 植被类型不同,其土壤有机碳含量也
不同。在0~ 20 cm土层, 不同类型草地之间土壤有
机碳含量差异最大,高寒草甸草原的有机碳含量是森
427
草 地 学 报 第 19卷
林草原和典型草原的 4~ 5倍,是荒漠草原的 18倍;
20~ 80 cm 土层, 4种草地类型土壤有机碳含量的差
异逐渐变小; 80~ 100 cm 土层, 4种类型草原土壤有
机碳含量差距最小,高寒草甸草原土壤有机碳含量稍
高于森林草原和典型草原, 是荒漠草原的 3倍。可
见,各草地类型土壤有机碳含量的差异主要表现在 0
~ 20 cm 土层。
图 2 黄土高原草地有机碳剖面特征
Fig. 2 P rofile characterist ics o f soil or ganic
carbon in four g rassland t ypes
2. 1. 2 不同草地类型有机碳密度分布特征 土壤
有机碳密度( SOCD)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 1 m 深度、
1 m 2 ,即 1 m3 土壤的有机碳质量为参照标准, 单位
为kg C m- 2。土壤碳储量是指区域范围内 1 m 深
度的土壤有机碳总质量,单位为 kg C或 Pg C ( 1 Pg
= 1 015 g) ,一般用 t hm- 2或 kg m - 2表示 [ 28]。
森林草原、典型草原和高寒草甸草原土壤有机
碳密度随土壤深度的增加而减少,而荒漠草原土壤
有机碳密度随土壤深度的增加没有明显变化 (图
3)。高寒草甸草原 0~ 40 cm 表层土壤有机碳密度
占 0~ 100 cm 的 70. 93% ,高于森林草原( 45. 84% )
和典型草原( 50. 10% ) ,在 4种草地类型中所占比重
最大,这说明高寒草甸草原土壤有机碳主要储存在
浅表层。荒漠草原各层土壤有机碳密度的比例分别
为 18. 67%, 20. 00%, 21. 33%, 20. 67%和 19. 33% ,
其土壤有机碳纵向分布很均匀。
由图 3可知,同一草原类型的不同土层之间有
机碳密度差异性不同。森林草原和典型草原的 0~
20 cm 土层土壤有机碳密度与 20~ 40, 40~ 60, 60~
80, 80~ 100 cm 土层有机碳密度差异显著 ( P <
0 05)。高寒草甸草原除了 40~ 60 cm 和 60~ 80
cm 土层有机碳密度之间没有差异,其他各层之间差
异显著( P< 0. 05)。荒漠草原有机碳密度在垂直方
向上分布较为均匀, 各土层之间无显著性差异。
图 3 黄土高原不同草地类型有机碳密度比较
Fig. 3 Characterist ic of or ganic carbon densit y
in four different g rassland t ypes
注:不同小写字母表示差异显著( P < 0. 05) ,下同
Note: Dif ferent small let ters mean signif ican t diff erence at the
0. 05 level, th e same as b elow
4种草地类型中, 0~ 100 cm 土壤有机碳密度的
大小依次为高寒草甸草原> 典型草原> 森林草原>
荒漠草原,分别为 18. 30, 4. 99, 4. 69, 1. 50 kg m- 2
(表 1) ,但有机碳密度随土壤深度增加而呈现的变
化不尽相同,在 0~ 100 cm 的 5个土层,高寒草甸草
原有机碳密度变化最大, 从 8. 28 kg m- 2减少到
1 16 kg m- 2 ;其次是典型草原, 从 1. 53 kg m- 2
减少到 0. 82 kg m- 2 ;随后是森林草原,从 1. 24 kg
m- 2减少到 0. 87 kg m- 2 ; 荒漠草原有机碳密度
变化最小, 5层都在 0. 30 kg m - 2左右。
由表 1可知, 同一土层的不同草原类型之间的
有机碳密度差异性不同,在 0~ 20, 20~ 40, 40~ 60,
60~ 80 cm 4 个土层, 典型草原和森林草原之间没
有差异,其他草原类型之间都有显著性差异 ( P<
0 05) ; 80~ 100 cm 土层, 高寒草甸草原与森林草
原、森林草原与典型草原没有显著性差异,其他草原
类型之间差异显著( P< 0. 05)。同一草地类型的不
同土层间、同一土层的不同草地类型间的土壤有机
碳密度变异程度不同, 其中典型草原变异系数最大,
高寒草甸草原各土层有机碳密度的变异系数最小,
说明各草地类型和土层间的质地均匀程度不同。4
种类型草地土壤有机碳密度的变异系数都随土壤深
度的增加而呈先增后减的变化趋势, 且同一草地类
型中变异系数最大的出现在 20~ 60 cm 土层,这种
变化趋势是由有机碳含量和土壤容重共同决定的;
同一土层其变异系数表现为典型草原> 森林草原>
荒漠草原> 高寒草甸草原, 因为典型草原植物种复
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第 3期 刘伟等:黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量
杂多样,地上植被有机质是土壤有机碳的主要来源,
因此不同样地间土壤有机碳密度变异系数较大, 而
高寒草甸草原年均温较低, 有机质分解速度很慢,有
机碳积累较多,样地间变异系数相对最小。
2. 1. 3 黄土高原中部草地有机碳密度水平分布特
征 由图 4可知, 黄土高原中部有机碳密度分布很
不均匀。总体上说, 土壤有机碳由东向西先增加后
减少再增加, 由南向北先增加后减少。在陕北和甘
肃荒漠草原地区, 有机碳密度最小值为 1. 0 kg
m- 2。该地区年降水量小, 地上生物量和有机质年
积累量较少, 植被类型也较为单一, 有机碳密度较
小,且分布较为均匀。而土壤有机碳密度最高的地
区在青海高寒草甸草原, 有机碳密度达到最高为
17. 0 kg m- 2。该地区年均温较低, 有机质因分解
缓慢而积累较多。因此在黄土高原上就形成了以陕
北、甘肃北部为中心的低密度有机碳和以青海日月
山为中心的高密度有机碳分布格局。从甘肃中部到
青海日月山地区, 草地类型从森林草原到高寒草甸
草原,有机碳密度高且水平变幅较大。
本研究用克里格插值法进行插值, 其中半方差
模型选择球面模型对两维空间栅格数据进行克里格
插值, 黄土高原中部天然草地面积为 2. 02 107
hm2 , 插值得出 1 m 深土壤碳储量为 1. 06 Pg C
(图 4)。
3 讨论与结论
3. 1 黄土高原土壤有机碳含量随土壤剖面深度的
增加而降低[ 29] , 高寒草甸草原减少的幅度最大, 荒
漠草原最小;各草地类型间土壤有机碳含量的差异
主要表现在 0~ 20 cm 土壤表层。土壤有机碳含量
在剖面上的这种分布格局与地上枯落物、植物地上
地下物质分配、根系深度和根生物量密切相关, 因为
土壤有机碳主要来源于枯落物和根系分解所产生的
有机质,因此它们的变化都将影响土壤有机碳输入
的模式、速度、质量和数量 [ 30]。而且在草原生态系
统中,枯落物集中在土壤表层,植被根系也主要集中
在土体 0~ 40 cm 深度内,所以深 40 cm 以上的土壤
枯落物和根系分解所产生的有机质相对集中,尤其
是集中在表层, 相应的有机碳含量明显高于下层。
因此出现了有机碳随土层深度的增加而递减的趋
势,这与前人大部分研究结果相一致[ 31~ 33 ]。
3. 2 土壤碳密度已成为评价和衡量土壤中有机碳
储量的一个极其重要的指标[ 31] 。黄土高原中部天
429
草 地 学 报 第 19卷
图 4 黄土高原中部天然草地有机碳密度水平分布特征
Fig. 4 Distr ibution of o rg anic carbon o f nat ur al g rassland in center Loess Plateau
然草地 1 m 土壤深度,典型草原和高寒草甸草原土
壤有机碳密度随土壤深度的增加而减少, 这与方运
霆等[ 32] 对鼎湖山自然保护区土壤有机碳储量和分
配特征研究结果一致; 森林草原有机碳密度随土壤
深度的增加呈现先减小后增加的趋势, 在 60~ 80
cm 土层有机碳密度最小,这与森林草原土壤容重特
征有关[ 34] ;荒漠草原土壤有机碳密度随土壤深度的
增加没有明显变化。因为植物根系的分布是随着土
壤剖面中水分供应状况变化而变化的, 草原土壤根
系含量随深度增加逐渐减少, 因此表层土壤中植物
根系分布密集, 加上凋落物在地表集聚,造成大部分
植被类型存在土壤有机碳密度随土壤剖面深度增加
而递减的趋势[ 33] 。而水分是限制荒漠草原植被生
长的最大因素, 土壤地下水位低, 植物为了生存, 根
系不断向下生长,所以其在土壤 0~ 100 cm 不同深
度的分布较为均匀, 土壤有机碳密度变幅较小。
3. 3 黄土高原 4种草地类型 1 m 深土壤有机碳密
度最大的是高寒草甸草原,其次是典型草原、森林草
原,最小的是荒漠草原, 分别为 18. 30, 4. 98, 4. 69,
1. 50 kg m- 2。高寒草甸草原土壤有机碳明显高
于其他 3种草地类型( P< 0. 05) , 这与Wei等[ 35] 对
长白山高山冻原生态系统土壤碳和养分储量空间分
布格局的研究结论一致。因为高寒草甸草原海拔
高、气温低、土壤温度低, 土壤有机质矿化速度
慢[ 3 6] ,土壤中有机碳积累较多, 所以单位面积上高
寒草甸草原具有最大的固碳潜力 [ 37] ;同时地上生物
量输入较高降水较多而使得 SOCD 同样偏高[ 38]。
变异系数揭示区域化变量的离散程度[ 39] , 各类型植
被各层次土壤有机碳密度的变异系数都随土壤深度
的增加而呈先增后减的变化趋势, 且同一草地类型
中变异系数最大的出现在 20~ 60 cm 土层,这可能
与上部受到随机因素(如人类活动、动植物活动等)
干扰较多、而下部受这些因素影响较少有关。
3. 4 黄土高原中部天然草地总面积为 2. 02 107
hm
2
, 插值得出 1 m 深度土壤碳蓄积量为 1. 06 Pg
C。方精云等[ 18] 基于近千个土壤剖面的实测数据,
采用目前最广泛使用的草地面积( 331 104 km 2 ) ,
草地土壤有机碳密度取 8. 5 kg m- 2 ,计算出中国
草地生态系统碳库约为 29. 1 Pg C,其中 96. 6%的
碳储存于土壤有机质中。田玉强等 [ 38] 利用第 2次
土壤普查数据和 1 100 万土壤数据库估算了青藏
高原的平均土壤有机碳密度约为 7. 2 kg m- 2 , 其
430
第 3期 刘伟等:黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量
土壤碳储量为 18. 37 Pg C。解宪丽等[ 31] 基于 1
400万中华人民共和国土壤图和第 2 次土壤普查
数据估算的中国 100 cm 深度的土壤有机碳密度介
于 1. 19 kg m- 2到 176. 46 kg m - 2之间, 土壤有
机碳储量为 84. 4 Pg C。本研究得出黄土高原天然
草地土壤有机碳平均密度为 5. 36 kg m - 2 ,略低于
全国的平均水平,这是由于黄土高原地上植被覆盖
度小,水土流失严重, 土壤有机质流失较多 [ 24]。由
克里格插值结果(图 4)可知, 黄土高原中部草原有
机碳密度水平分布很不均匀, 土壤有机碳由东向西
先增加后减少再增加, 由南向北先增加后减少。同
纬度水平地带上,黄土高原处在中国第一阶梯到第
二阶梯的过度地带, 由东向西海拔逐渐升高, 气温逐
渐下降,草地类型由东往西依次为典型草原、荒漠草
原、森林草原、高寒草甸草原, 因此有机碳密度呈现
先增后减再增的趋势。同经度水平上, 黄土高原由
南向北降水量逐渐减小, 草地类型由森林草原和典
型草原逐渐过渡到荒漠草原, 因此有机碳密度呈现
由高到低的递减趋势。这是由降水量与温度共同作
用导致的,降水量的增加有利于植被生长和有机质
积累,不利于有机质分解,而温度的增加则利于提高
有机质的分解效率[ 11]。总的说来, 海拔升高、气温
降低会使土壤有机碳密度增加。黄土高原天然草地
碳储量方面还有很大的潜力, 今后应该减少人为干
扰,加强对草原的保护, 增加土壤碳储量, 在提高土
壤碳固存的同时,消弱全球温室气体效应。
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(责任编辑 李美娟)
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