基于高精度数据库和3D模型的福建省土壤有机碳储量估算研究

摘要

精确估算土壤有机碳储量对农业管理措施的制定和全球碳循环的模拟具有重要意义。本研究选择亚热带地区地形地貌比较复杂的福建省为研究对象，以1982年第二次土壤普查各个县（市）土壤图和《土种志》中记录的土壤剖面所建立的1:5万尺度高精度土壤数据库，以及该地区1:25万数字高程模型（DEM）为基础，分析目前常用的2D模型（二维平面面积）和考虑地形因素的3D模型（三维表面面积）估算该地区土壤有机碳储量的差异，并用后者定量化前者的误差大小，结果可为我国土壤有机碳储量的准确估算提供理论依据。主要研究结果如下：
　　（1）基于2D与3D模型两种方法估算的福建省土壤总面积分别为：12.08×104 km2和12.68×104 km2；2D模型估算的表层（0~20 cm）和剖面（0~100 cm）土壤有机碳密度分别为4.57 kg·m-2和11.55 kg·m-2，3D模型分别为4.59 kg·m-2和11.59 kg·m-2，高于全国平均水平（2.97 kg·m-2和9.13 kg·m-2）；2D模型估算的表层和剖面土壤有机碳储量分别为552 Tg和1396 Tg，3D模型分别为582 Tg和1470 Tg，分别占全国表层和剖面土壤有机碳总储量（27.40 Pg和84.40 Pg）的2.01％和1.66%、2.12%和1.74%。
　　（2）从不同土壤类型来看，基于2D与3D模型的估算结果中表层和剖面土壤均以山地草甸土有机碳密度最高，分别为7.75 kg·m-2和29.07 kg·m-2、7.74 kg·m-2和29.16 kg·m-2；风砂土有机碳密度最低，分别为0.94 kg·m-2和2.17 kg·m-2、0.94 kg·m-2和2.17 kg·m-2。从不同行政区来看，基于2D与3D模型的估算结果中龙岩市表层土壤有机碳密度最高，分别为5.44 kg·m-2和5.45 kg·m-2，南平市剖面土壤有机碳密度最高，分别为15.05 kg·m-2和15.09 kg·m-2；厦门市表层和剖面土壤有机碳密度均最低，分别为3.03 kg·m-2和7.84 kg·m-2、3.05 kg·m-2和7.86 kg·m-2。从不同地貌类型来看，基于2D与3D模型的估算结果中均以山地表层和剖面土壤有机碳密度最高，分别为5.28 kg·m-2和12.85 kg·m-2、5.29 kg·m-2和12.89 kg·m-2；平原表层和剖面土壤有机碳密度最低，分别为2.87 kg·m-2和8.21 kg·m-2、2.87 kg·m-2和8.21 kg·m-2。
　　（3）从总体空间分布来看，福建省表层和剖面土壤有机碳密度空间分布趋势均为沿海地区低，内陆地区高，特别是北部、东北部和西部地区较高。表层土壤有机碳密度主要集中在2.5~5 kg·m-2范围内，分布面积占全省土壤总面积的45.27%；剖面土壤有机碳密度主要在5~15 kg·m-2范围内，分布面积占全省土壤总面积的60.35%。此外，表层和剖面土壤有机碳密度总体随海拔上升而增加，但在坡度40°以下，有机碳密度随坡度上升而缓慢下降，坡度40°以上，有机碳密度先上升后下降。
　　（4）以目前常用的2D模型估算结果为基准，基于考虑地形因素的3D模型所估算表层和剖面土壤平均有机碳密度相对偏差分别为0.34%和0.31%，有机碳总储量相对偏差分别为5.30%和5.26%。从不同土壤类型来看，山地草甸土土类和黄壤性土亚类的表层和剖面土壤有机碳储量相对偏差最大，分别达到8.84%和9.27%、9.59%和9.69%；滨海盐土土类和咸酸水稻土亚类的表层和剖面土壤有机碳储量相对偏差最小，仅为0.14%和0.14%。从不同行政区来看，南平市和宁德市表层和剖面土壤有机碳储量相对偏差最大，分别为5.95%和5.90%、5.94%和5.92%；厦门市表层和剖面土壤机碳储量相对偏差最小，分别为3.24%和2.82%。从不同地貌类型来看，山地的表层和剖面土壤有机碳储量相对偏差最大，达到6.54%和6.65%；平原的表层和剖面土壤有机碳储量相对偏差最小，分别为1.58%和1.49%。从不同坡度级别来看，当坡度大于20°时，土壤分布面积和有机碳储量的差异比较显著，相对偏差均大于10%，此时，采用2D模型的估算结果会远远低于3D模型，产生较大误差。

目录

声明

引言

第一章 国内外研究现状

1.1 土壤有机碳储量及空间分布的研究

1.2 不同面积估算方法在有机碳储量估算中的应用

1.3 存在的主要问题

第二章 研究区概况

2.1 研究区地理位置及概况

2.2 气候

2.3 地形地貌

2.4 植被

2.5 水文

2.6 土壤

2.7 成土母质

第三章 研究内容与方法

3.1 研究内容

3.2 研究方法

3.3 技术路线

第四章 结果与讨论

4.1 基于2D模型估算的福建省有机碳密度与储量分布

4.2 基于3D模型估算的福建省有机碳密度与储量分布

4.3 基于2D与3D模型估算的福建省有机碳密度与储量差异比较

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢