湖北宜城陆地生态系统碳储量特征及影响因素_张伟.pdf

第45卷张伟，夏锐，曾冠中，等.湖北宜城陆地生态系统碳储量特征及影响因素J.环境科学与技术，2022，45（12）：194-203.Zhang Wei，Xia Rui，ZengGuanzhong，et al.Spatial characteristics and influencing factors of carbon storage in terrestrial ecosystems in Yicheng,Hubei ProvinceJ.EnvironmentalScience&Technology，2022，45（12）：194-203.Environmental Science&Technology第45卷 第12期2022年12月Vol.45 No.12Dec.2022湖北宜城陆地生态系统碳储量特征及影响因素张伟1，夏锐1，曾冠中1，汤宇磊1，孙康1，李猛1，康建坤1*，刘松杭1，林治成2（1.中国地质调查局地球物理调查中心，河北廊坊065000；2.中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北武汉430074）摘要：陆地生态系统的固碳功能对于全球碳循环具有重要意义，而不同的陆地生态系统的有机碳分布特征又不尽相同。文章以湖北宜城市4种陆地生态系统为研究对象，分析了不同生态系统植被和土壤碳库的有机碳储量和碳密度空间特征，讨论了有机碳分布的影响因素。结果表明：（1）宜城市植被碳密度较低，乔木层碳密度为4.44 t/hm2(以C计，下同)，碳储量为2.22105t。草灌层在不同陆地生态系统中的有机碳分布各不相同，草灌层在森林生态系统中的有机碳密度为2.88 t/hm2，碳储量为1.43105t，在草原生态系统中的有机碳密度为7.79 t/hm2，碳储量为1.1104t，在湿地生态系统中的有机碳密度为20.84 t/hm2，碳储量为3.4104t。（2）宜城市土壤有机碳的平均含量5.5 g/kg，1 m以上土壤平均密度为66.77 t/hm2，有机碳储量为1.13107t。020 cm的土壤中有机碳含量最高，达到了8.6 g/kg，深度越大，有机碳的含量越低。不同生态系统土壤有机碳的分布特征存在较大差异。草原生态系统的土壤碳密度最大，达到了90.86 t/hm2，湿地的土壤碳密度最小，仅为38.91 t/hm2；农田生态系统的土壤碳储量最高，总储量为7.87106t。从垂直方向上看，土壤有机碳含量总的趋势是呈现出从上到下逐渐降低的趋势，但各个生态系统的规律又不尽相同。（3）从生态系统尺度来看，宜城市有机碳密度草原森林农田（不含植被）湿地，有机碳总储量农田（不含植被）森林草原湿地，生态系统有机碳分布特征受气候、植被、土壤等多重因素相互作用影响。关键词：生态系统；碳密度；空间分布中图分类号：X171.1文献标志码：Adoi：10.19672/ki.1003-6504.1100.22.338文章编号：1003-6504(2022)12-0194-10Spatial Characteristics and Influencing Factors of Carbon Storagein Terrestrial Ecosystems in Yicheng,Hubei ProvinceZHANG Wei1，XIA Rui1，ZENG Guanzhong1，TANG Yulei1，SUN Kang1，LI Meng1，KANG Jiankun1*，LIU Songhang1，LIN Zhicheng2（1.Geophysical Survey Center of China Geological Survey,Langfang 065000,China;2.Institute of Geophysics and Geomatics,China University of Geosciences,Wuhan 430074,China）Abstract：The carbon sequestration function of terrestrial ecosystems is of great importance to the global carbon cycle.Butthere are some different distribution characteristics of organic carbon in each terrestrial ecosystem.Therefore,in this paper,four terrestrial ecosystems were used as research objects to analyze the spatial characteristics of organic carbon storage andcarbon density in vegetation carbon pools and soil carbon pools of different ecosystems,and the influencing factors of organiccarbon distribution were discussed.Results showed that the total vegetation carbon density in Yicheng was low.The carbondensity was 4.44 t/hm2,and the carbon storage was 2.22105t in the arbor layer.The organic carbon distribution of grass-shrub layer was different in each terrestrial ecosystem.As the results,the organic carbon density was 2.88 t/hm2,the carbonstorage was 1.43105t in forest ecosystem.While the value in grassland ecosystem was 7.79 t/hm2and 1.1104t,as alsowas 20.84 t/hm2and 3.4104t in wetland ecosystem.The average content of soil organic carbon was 5.5 g/kg.Making acomparison between the part of soil that over 1m and in 020 cm,the average density was 66.77 t/hm2and the organiccarbon storage was 1.13107t about the former,that had the highest content up to 8.6 g/kg about the latter.It was concludedthat the deeper the depth,the lower the organic carbon content.The distribution characteristics of soil organic carbon in环境科学与技术 编辑部：（网址）http:/（电话）027-87643502（电子信箱）收稿日期：2022-05-09；修回2022-07-23基金项目：中国地质调查局项目（DD20208024）作者简介：张伟（1992-），男，工程师，硕士，主要从事土壤地球化学和自然资源调查研究工作，（电子信箱）；*通讯作者，（电子信箱）。第12期different ecosystems had huge dissimilarities.According to the soil carbon density,it had the high point(90.86 t/hm2)ingrassland ecosystem,and was only 38.91 t/hm2in wetland ecosystem.The soil carbon storage in farmland ecosystem wasthe highest storage which was 7.87106t.In vertical direction,the total content of soil organic carbon showed a decreasingtrend from surface to the deep,but the pattern of each ecosystem was different.On an ecosystem scale,the organic carbondensity was grasslandforestfarmland(without vegetation)wetland,and the total organic carbon storage was farmland(without vegetation)forestgrasslandwetland.The distribution of organic carbon was affected by the interaction of climate,vegetation,soil and etc.Key words：ecosystem;carbon density;spatial distribution2020年9月，中国宣布二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。在“双碳”背景下，开展碳储碳汇相关课题研究就显得格外重要。而陆地生态系统是我国最重要的碳汇之一，Wang等1发现2010-2016年我国陆地生态系统年均吸收了同时期人为碳排放的45%，增强陆地生态系统碳汇是减缓大气二氧化碳浓度上升的和全球变暖的重要手段，也是实现我国“碳中和”目标的有效途径2，因此对陆地生态系统碳循环等课题开展科学研究就成了重中之重。陆地生态系统碳循环是一个复杂的过程，概括来说就是植被碳库、土壤碳库同大气碳库的碳交换过程。植物通过光合作用，将大气中的CO2固定为有机物质，其中一部分的碳元素通过植物呼吸作用转化为CO2释放至大气，一部分以植被生物量的形式储存起来，还有一部分则通过凋落物、根系分泌物等方式进入土壤，进入土壤的碳元素大多会经过微生物的分解作用，再次以CO2的形式回到大气，从而使碳元素完成从大气进入植被，部分再进入地表和土壤，然后又部分回到大气圈的这一循环过程3。目前，我国对于生态系统碳储碳汇的研究相对不足。从研究范围来看，对于全球或大区域尺度碳库的研究较多，小地域单元的研究相对较少，尤其是小地域单元范围内不同生态系统碳库的研究更少。从研究对象来讲，当前我国开展的自然资源专项调查，主要聚焦于植物，对于生态系统整体的碳储碳汇的研究相对较少。但土壤是生态系统的重要组成部分，也是地球各个圈层连接的纽带4。同时，土壤碳库也是陆地生态系统中最大的碳库，碳储量远超其他碳库。在巨大体量的前提下，土壤碳库任何细微变化都有可能在未来对整个生态系统产生不可预计的影响。不同生态系统的土壤碳库也有着各自的特点，森林是陆地生态系统的主体，森林土壤在碳固持和碳循环中的作用更是至关重要的，因此增强森林土壤有机碳固定被认为是减缓全球气候变化最有希望的选择5。草原生态系统是面积最大的陆地生态系统，约占全球陆地总面积的1/46。草原生态系统的土壤碳储量研究主要集中在对020 cm的表层土壤中，缺乏对草地生态系统更深部分的有机碳储量的研究7。我国自然湿地的土壤有机碳储量达817 Gt(以C计，下同)，约占全国陆地土壤有机碳总储量的1/101/8，约占全球陆地土壤有机碳总储量的3.8%8，9。农田生态系统是土壤碳库中最活跃