基于GIS的天水市麦积区土壤有机碳空间分布及储量估算

摘要

土壤碳是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。据估计，地球表面1m土层中有机碳储量1500～2000Pg（IPg=1015g），是大气CO2含量的2倍左右，土壤碳库0.1%的变化将导致大气圈CO2的浓度发生百万分之一的变化。国内外研究者研究中小尺度地域单元内土壤有机碳库的成果尚不多见，因此，开展小尺度范围土壤有机碳空间分布和储量估算方面的研究具有十分重要的意义，而对于半湿润半干旱地区地区山地土壤的空间分布和储量估算研究就更加重要。 本文以天水市麦积区为研究区域，根据1981年二次普查的65个土种剖面数据和2008年麦积区耕层20cm土壤的6060个实测剖面的数据，以及1：50000的土壤采样点图，行政图、现状图、土壤图等用于分析的基础图件资料，用Kriging最优内插法和Mapgis软件对研究区有限剖面点进行插值分析，研究土壤有机碳含量的空间分布特征，并运用土壤类型法计算了麦积区土壤表层、耕层、和1m深以及2008年实测耕层土壤的有机碳密度和储量。得出以下主要结论： （1）Kriging插值及空间分布规律分析。本文用Kriging最优内插法对土壤有机碳含量的进行了空间插值分析，目的是能在一定程度上克服剖面点较少和比较直观的看到土壤有机碳的空间分布趋势。Kriging插值结果显示：在同一土壤层次的不同部位，土壤碳含量存在明显差异。从整体上看，土壤表层、耕层、1m深土壤内的土壤有机碳含量分布状况是地势较低的东南部的秦岭山地和低槽地较高，而地势较高的黄土高原梁峁地的有机碳含量均较低，并且随着土层深度的增加土壤有机碳的含量越低，随后分析了土壤有机碳含量的空间分布成因。 （2）土壤有机碳密度的计算和讨论。通过计算各土种的土壤有机碳密度，总体看来麦积区土壤平均有机碳密度较低，二次普查时土壤表层5cm深、耕层20cm、1m深平均有机碳密度分别为0.92kg·m-2、3.31kg·m-2、7.79kg·m-2，2008年耕层20cm平均有机碳密度为2.43kg·m-2，若以于东升（2005）等估算的1m深全国土壤平均有机碳密度9.60kg·m-2作为参照标准，则麦积区1m深土壤有机碳密度比全国土壤有机碳密度低1.91kg·m-2。从土壤碳密度空间分布图看出麦积区有机碳密度的空间分布差异较大。土壤有机碳密度的这种空间分布总体特征与土壤有机碳含量的空间插值图结果类似，都是从东南部秦岭山地到西北部黄土高原粱峁地呈现递减的趋势。密度较高的乡镇主要是三岔乡、东岔镇和利桥乡。土壤有机碳密度较高的土壤类型是山地棕壤土、山地褐色土；较低的土壤类型是红土、淀土。 （3）土壤有机碳储量估算方法与结果讨论。本文中先介绍了目前国内外土壤碳储量估算的四种主要方法，并对其做了比较。由于土壤类型法有利于分析碳蓄积量估计中不确定性的原因，还可以与全球土壤分类系统形成统一的估算体系，便于汇总和对比。因此，根据本研究采用土壤类型法，根据研究区范围采用了以土种为单元来计算土壤有机碳的储量，然后相加得到各土层土壤有机碳的储量，这样处理能够更加精确地得到麦积区的土壤有机碳储量值。经计算得到麦积区二次普查时土壤表层（0-5cm）的有机碳储量为4.83×106t，耕层（0-20cm）的有机碳储量为12.46×106t，1m深度土壤有机碳储量为45.17×106t，2008年实测土壤耕层（0-20cm）土壤有机碳的储量为18.55×106t。分析得出土壤有机碳储量最高的土壤是褐色土，但是现在由于受人类土地利用方式的影响，褐色土的储量减少了很多。在渭南黄土粱峁沟壑山区，随着森林破坏，农垦扩大森林退渐变成草原，褐色土逐渐为转变为耕种褐色土。

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第一章绪论

1.1问题的提出及选题的意义

1.1.1选题背景

1.1.2选题的意义

1.2国内外土壤碳库研究进展

1.2.1全球土壤碳储量研究进展

1.2.2区域土壤碳储量研究进展

1.2.3国内研究进展

1.3土壤有机碳空间分布研究现状

1.4研究存在的问题及本文主要研究的内容

1.4.1土壤有机碳研究存在的问题

1.4.2本文主要研究目的及内容

第二章研究区概况及采样分析方法

2.1研究区概况

2.1.1地理位置及经济概况

2.1.2地形与土壤

2.1.3气候

2.1.4水文地质概况

2.1.5植被

2.2土壤剖面数据及基础图件资料

第三章土壤有机碳空间分布

3.1土壤有机碳空间分布研究方法简介

3.1.1地统计学方法简介

3.1.2地理信息系统(GIS)

3.1.3 Kriging最优内插法原理

3.2麦积区土壤有机碳的空间分布

3.2.1垂直方向土壤有机碳含量分布特征

3.2.2同深度层内水平方向土壤有机碳含量的分布特征

3.2.3 0-20cm土壤有机碳含量27年前后的时空变化

3.2.4土壤有机碳空间分布成因

第四章土壤有机碳密度及储量的估算

4.1土壤有机碳密度的计算方法

4.2土壤有机碳储量的估算方法简介

4.2.1土壤类型法

4.2.2植被类型、生态系统类型和生命地带法

4.2.3模型方法

4.2.4相关关系统计法

4.3麦积区土壤有机碳密度和储量的估算

4.3.1麦积区各土层土壤有机碳的密度

4.3.2麦积区各土层土壤有机碳的储量

第五章结论与讨论

5.1主要结论

5.2创新点与不确定性分析

5.3今后研究的展望

致谢

参考文献

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