喀斯特非连续性土壤有机碳的剖面分布研究

西南喀斯特地区岩溶地貌发育，岩溶作用控制的土壤沿溶槽、溶沟垂向或侧向迁移，导致土壤剖面三维空间的不连续性，给土壤有机碳储量估算带来困难。因此，合理估算土壤有机碳储量，成为区域固碳潜力预测与增汇减排的迫切需求。本项目引入地质雷达探测技术，人工模拟岩石与土壤的分布方式，建立探测土壤分布的技术参数；再选择标准样地，在地质雷达探测基础上，通过开挖验证校正技术参数，形成适合喀斯特地理条件、高分辨率的岩石与土壤分布的探测技术体系。通过对喀斯特典型地貌单元各地形部位地下岩石与土壤三维结构的探测，结合地面调查、土壤样品采集与分析结果，探明喀斯特土壤及土壤有机碳剖面分布的主要影响因素，揭示土壤有机碳在土体中的分布规律，明确喀斯特典型地貌单元土壤有机碳储量估算的适宜土层深度，并以地貌单元为单位对土壤有机碳储量进行估算。本项目的实施及研究成果，将为西南喀斯特区域土壤有机碳储量的精确估算与固碳潜力的预测提供理论。

西南喀斯特地区岩溶地貌发育，岩溶作用控制的土壤沿溶槽、溶沟垂向或侧向迁移，导致土壤剖面三维空间的不连续、土壤浅薄与分布的异质性，给土壤有机碳储量的估算带来了极大的困难。因此，研究土壤深度和分布、合理估算土壤有机碳储量，成为该区域固碳潜力预测与增汇减排的迫切需求。本项目通过室内模拟试验，研究天线频率、粘粒含量和土壤含水量对土壤中电磁波传播速度的影响，建立了喀斯特地区三种典型质地土壤（砂质粘壤土、粘壤土、粉（砂）质粘土）中探地雷达（GPR）电磁波波速和土壤含水量的关系式；并利用模拟喀斯特地貌试验进一步修正了探地雷达的工作参数。通过实地测定喀斯特峰丛洼地土壤质地和含水量，选择合适的关系式，对GPR探测的喀斯特地貌图像进行了校正、解译，获得土壤深度，采用开挖法进行验证。同时运用基于GPR技术改进了的土壤有机碳密度（SOCD）估算方法，精确估算了桂西北典型喀斯特峰丛洼地的SOCD，并且对该研究区的碳储量进行了估算。结果显示：电磁波在土壤中传播时，受天线频率、粘粒含量和土壤含水量等性质的影响。天线频率影响目标物的清晰度；粘粒含量的增加能够减弱电磁波传播的能量；喀斯特地区三种典型质地土壤中GPR电磁波波速随含水量的增加呈下降趋势。通过喀斯特地貌模拟试验，证明了利用电磁波波速与土壤含水量关系探测孤立、无规则石块埋藏深度的可行性，采用500 MHz和800 MHz屏蔽天线探测的石块深度与实际深度相符，误差范围为0-12 cm，且石块越浅、含水量越低探测的效果越好。野外探测时，利用500 MHz屏蔽天线比800 MHz屏蔽天线效果好。利用GPR软件（Reflexw和Easy 3D）可生成反映测线下不同位置土壤深度的二维图像和样方内土壤深度分布的三维图像；基于GPR技术、运用改进的SOCD估算方法，对喀斯特典型峰丛洼地的区域SOCD进行了估算。在整个面积为393.6 hm2的峰丛洼地研究区域，表层土壤平均SOCD（0-20 cm）为1.49 kg/m2，剖面平均SOCD（0-100 cm）为2.26 kg/m2。整个研究区域的表层和剖面土壤有机碳储量分别为5664.6和8920吨。用GPR方法估算的区域平均剖面SOCD只相当于传统方法和平均深度法估算的12.9%和89.7%。该方法的建立，将为西南喀斯特区域土壤有机碳储量的精确估算与固碳潜力的预测提供理论与技术基础。