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user: 4. 结果分析 4.1. 土壤有机碳密度的空间分布特征 4.1.1. 不同土壤类型的土壤有机碳密度 基于第二次土壤普查数据，采用土壤类型法估算晋西北上世纪80年代的土壤有机碳密度，得到晋西北地区各土壤类型有机碳密度分布图(见图3)。 由估算得出研究区内土壤平均碳密度为8.06 kg/m 2 ，土壤有机碳密度在5~10 kg/m 2 范围内的土壤占大多数，面积共为25，458.44 km 2 ，占晋西北地区总面积的67.80%。从图3中可以明显看出土壤有机碳密度>10 kg/m 2 区域集中分布在研究区域的东南部，占总面积的19.85%。其中，土壤有机碳密度较高的土壤类型有亚高山草甸土、山地草甸土、棕壤、褐土等，亚高山草甸土集中分布在五台山的中、东、西、北部，以及管涔山的荷叶坪、黄草梁海拔在2700米以上的山顶平地，面积约66.64 km 2 。山地草甸土分布在1900~2700 m诸山山顶的平台和缓坡处，上接亚高山草甸土，下至棕壤或淋溶褐土。棕壤主要分布于五台山、管涔山、恒山等诸山次生林或残存林区，海拔1700~2400 m。海拔较高地区降水量较多，植被生长状况良好，土壤湿度较大等优良的自然因素使得这些地区分布的土壤类型其有机碳密度较高。 研究区内栗褐土、褐土、潮土等的总面积较大，栗褐土是该地区地带性土壤之一，面积为18，365.18 km 2 ，占总面积的48.91%，其亚类中淡栗褐土主要分布于晋西北地区水蚀、风蚀较为严重的广大丘陵地带；潮栗褐土主要分布于栗褐土区内的川地低洼处和河谷阶地，包括右玉等县。褐土面积为5978.35 km 2 ，占总面积的15.92%，主要分布在土层深厚、地势低平宽阔、成土母质为黄土状冲积物和黄土等，海拔多在400~600 m之间；潮土面积为4397.94 km 2 ，占总面积的11.71%，是该地区内重要的耕作土壤，分布于各大河流沟谷、阶地，有机质积累不多。 4.1.2. 不同土壤类型的土壤有机碳密度对比分析 由以上分析可知，晋西北地区土壤平均有机碳密度8.6 kg/m 2 小于于东升 [ 9 ] 对全国土壤有机碳密度的估算值9.6 kg/m 2 。与周围其他区域相比(见表2)，晋西北地区土壤有机碳密度大于陕西省(6.87 kg/m 2 )与河南省(7.46 kg/m 2 )，小于河北省(10.83 kg/m 2 )、甘肃省(17.62 kg/m 2 )和内蒙古自治区(17.62 kg/m 2 )。其中，河南省和甘肃省均是采用土壤类型法，通过土层厚度、容重、土壤有机碳密度等数据，乘以Bemmelen换算系数0.58，得出土壤类型的平均碳密度。 图3. 晋西北地区土壤有机碳密度分布图 各土壤类型有机碳密度中，大部分土壤类型的有机碳密度与其他区域的研究成果相近，部分土壤类型有机碳密度有所区别，这与不同土壤类型在不同地域气候条件下发育的土层厚度、土壤面积、土壤容重等因素相关。如晋西北地区，栗钙土的土壤平均有机碳密度3.39 kg/m 2 低于全国以及邻近省份，其主要原因可能是：栗钙土为区域内的地带性土壤之一，是在温带干草原气候条件下发育的土壤，区域内土壤干旱、降水较少，植被多为旱生草本植物，在本研究区内，栗钙土上植被类型主要是耕地，占区域耕地总量的80.95%，由于其本身矿质化高于腐殖化，且有机质分解强烈，再加之农业利用占很大比重，消耗大于补给，导致区域内栗钙土平均有机碳密度较小。 因而，今后在发展过程中，要针对不同的土壤类型进行改良利用，如草甸栗钙土水分条件好，是高产农业土壤，要搞好农业基础建设，发展井灌、河灌，但要防治涝渍以及次生盐渍化等；栗钙土性土处于丘陵、低山侵蚀较重地带，要对其进行农林牧全面合理规划，在坡度较大的以造林为主，发育牧草防风、保持水土，沟底和沟边林灌木结合，沟坡和梁地以种植牧草为主等以此增加土壤有机质含量，改善土壤理化性质，增强土壤肥力，进而提高土壤的固碳能力，从而提高晋西北地区土壤总体固碳水平。 4.1.3. 不同土地利用类型条件下土壤有机碳密度 对晋西北地区土地利用类型图和土壤类型分布图叠加分析，并以土地利用类型面积为权重，从而估算不同土地利用下的土壤平均有机碳密度(见表3)。 从表3可以看出：除其他用地外，林地的土壤平均有机碳密度最大为11.89 kg/m 2 ，耕地的最小为6.09 kg/m 2 。与刘纪远等 [ 7 ] 根据第二次全国土壤普查资料，得出的1990~2000年中国华北地区土地利用方式林地(4.07 kg/m 2 )、草地(11 kg/m 2 )、耕地(6.63 kg/m 2 )的土壤平均有机碳密度的结论是相似的，均为林地 > 草地 > 耕地。其他区域也有相似的结论，如东北地区林地(15.68 kg/m 2 ) > 草地(11.42 kg/m 2 ) > 耕地9.49 kg/m 2 )；华东地区林地(12.08 kg/m 2 ) > 草地(11.97 kg/m 2 ) > 耕地(9.26 kg/m 2 )等。由此可知，林地的土壤有机碳密度较高，更有助于土壤固碳能力的增强，可以更有效地保护区域的生态环境，从而进一步体现陆地生态系统的碳汇功能。 Table 2 The contrast of soil organic carbon density in different place 土壤类型 晋西北地区 全国 [ 9 ] 河南省 [ 10 ] 甘肃省 [ 11 ] 河北省 [ 12 ] 内蒙古自治区 [ 13 ] 陕西省 [ 1 ] 褐土 11.56 8.25 7.24 13.70 9.80 6.62 10.31 栗钙土 3.39 11.06 —— 11.37 8.29 8.77 2.42 黄绵土 2.33 3.98 —— 4.09 —— —— 5.85 洪粘土 12.46 5.30 5.35 5.62 3.37 —— —— 风沙土 2.98 1.91 1.38 2.86 2.44 3.08 2.20 石质土 2.36 1.62 —— 1.47 14.35 0.22 0.09 粗骨土 8.09 5.15 6.95 0.73 8.97 1.07 2.67 亚高山草甸土 56.51 —— —— 25.14 —— 11.38 14.81 山地草甸土 30.73 26.91 17.69 21.26 25.24 43.84 21.52 潮土 6.12 6.54 7.77 8.31 5.76 8.69 6.62 盐土 3.86 6.36 5.83 6.84 8.41 4.54 2.36 水稻土 10.15 11.14 11.36 16.94 7.86 —— 11.29 棕壤 30.86 12.81 14.64 11.31 23.10 13.14 12.39 栗褐土 5.25 5.61 —— —— 9.69 8.06 —— 平均 8.06 9.60 7.46 17.62 10.83 10.35 6.87 表2. 土壤有机碳密度对比分析表 Table 3 The soil average organic carbon density in or under different ways of land us 土地利用方式 面积 平均碳密度(kg/m 2 ) 数量(km 2 ) 百分比(%) 林地 3030.39 8.07 11.89 耕地 21402.07 57.00 6.09 草地 12493.65 33.27 8.16 其他用地 624.28 1.66 5.50 总计 37550.38 100.00 — — 表3. 不同土地利用方式下土壤平均有机碳密度 4.2. 土地利用变化 将晋西北地区的80年代的土地利用类型数据与2013年遥感影像解译分析的土地利用类型数据叠加分析(见表4)，获得土地利用变化转移矩阵从近30年土地利用变化数据中可以看出，草地面积的增加大部分来自于耕地面积的减少，林地面积的增加来自于耕地和草地两种地类面积的减少，可见晋西北地区实行的退耕还林还草、植树造林等生态措施对区域内的植被恢复产生了相当大的作用。 4.3. 土壤有机碳蓄积量的变化 按照IPCC建议的土壤净碳变化的计算方法，并结合土地利用类型转移矩阵，着重分析林地、草地和耕地的净变化对土壤有机碳蓄积量的影响。根据前人的研究可知，0~30 cm土壤碳蓄积量约为0~100 cm碳蓄积量的54% [ 7 ] ，基于IPCC计算方法并按照该比例计算得到三种土地利用类型的土壤碳蓄积量，于此同时，依据土地利用转化方法计算林地、草地和耕地的土壤碳蓄积量。得到两种方法下近30年晋西北地区土壤有机碳蓄积量的变化情况(见表5和图4)。 分析可知研究时段内草地的总面积变化较小，林地面积总体增加，耕地面积总体减少，这三种地类占晋西北地区总面积比重由98.34%减少到了94.30%。可见晋西北地区实行生态环境恢复工程进行的同时，城市化进程的加快，使得建设面积大量增加，这可能是导致该区域这三种地类总面积减少的主要原因。从图4的土壤碳蓄积量变化分析可以看出，虽然不同地类的土壤碳蓄积量增加的幅度不一样，但由IPCC算法和土地利用转化两种估算得出的土壤碳蓄积量变化不大，与二次土壤普查数据相比，总的土壤碳蓄积量增加了。可见，晋西北地区土地利用方式的转变导致土壤有机碳蓄积量发生了变化，并且林地、草地对增强区域土壤固碳能力起着相当重要的作用，进而增强区域的碳汇功能，能够有效地缓减区域碳排放所导致的温室效应。 Table 4 The land use type conversion from the 1980s to 201 草地 耕地 林地 减少 净变化 草地 5884.52 1971.85 4211.89 6183.74 738.38 耕地 5998.58 9876.18 3962.68 9961.26 -7470.83 林地 923.54 518.58 1488.63 1442.12 6732.45 增加 6922.12 2490.43 8174.57 表4. 20世纪80年代~2013年土地利用类型转化表(单位：km 2 ) Table 5 The change of soil carbon stock volume from the 1980s to 201 二次土壤普查 2013年 面积(km 2 ) 占总面积 百分比(%) 碳蓄积量(10 5 t) 面积(km 2 ) 占总面积 百分比(%) 土壤碳蓄积量(10 5 t) IPCC计算方法 土地利用转化方法 草地 12，493.65 33.27 1019.48 12，914.18 34.39 1109.11 1059.61 耕地 21，402.07 57.00 1303.39 12，758.06 33.98 1136.95 1514.99 林地 3030.39 8.07 360.31 9736.06 25.93 637.21 308.54 总计 36，926.10 98.34 2683.18 35，408.29 94.30 2883.27 2883.14 表5. 20世纪80年代~2013年土壤碳蓄积量变化表 图4. 晋西北地区土壤有机碳蓄积量变化对比图