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气候变化与松嫩流域黑土退化 白 人 海 (黑龙江省气象台，哈尔滨，150030) 摘要：松嫩流域是世界三大黑土带中国境内主要部分，黑土的开发利用和保护越来越受到关注。本文通过利用气候要素计算土壤有机碳含量的方法分析了松嫩流域黑土地有机碳含量的分布状况和近50年来气候变化可能引起碳含量的减少。认为松嫩流域土壤有机碳含量的分布有很好的规律，呈自西南向东、向北减少的梯度变化。这种分布与松嫩流域长期以来形成的气候状况有关，即湿润地区优越于亚干旱地区；由于近50年来的气候变化导致了土壤中有机碳的含量下降，西南部亚干旱地区减少的最多。因此可以得出近50年的气候变化也是松嫩流域黑土退化的原因之一。 1 引言 全世界共有三大块黑土地，这三个黑土带分别位于乌克兰大平原、美国密西西比河流域和中国的东北平原。位于中国的黑土带松嫩流域占据了绝大部分。松嫩流域在20世纪50年代初期大面积开垦时，黑土层一般都有60～80cm厚，最深的地方可达100cm，人们曾经欣喜地说这里的黑土“攥一把就能流出油”。这种黑土层是大量枯枝落叶落在地上，历经千百年之后，形成了厚厚富含腐殖质的土层。黑土有机质含量大约是黄土的10倍，是肥力最高、最适宜农耕的土地。因此，各国的黑土带都被称作“粮仓”。 枯枝落叶被土壤微生物分解利用后形成的有机质是陆地生态系统土壤碳库的主要形式，在全球变化研究中，碳循环是重要的课题之一，是目前国际地圈－生物圈研究计划地重要内容。 之所以有黑土之称，关键在于有机碳的高含量，有机质这样的高含量的形成时间是相当长的。然而资料表明，松嫩流域黑土中有机质的含量正在下降。根据黑龙江省1958年第一次土壤普查资料，当时黑土有机质含量在46％，高的达到8以上。1990年第二次土壤普查，有机质含量下降到35％。毫无疑问，有机质含量减少的直接后果造成。 很显然，土壤有机质的变化是一个相当复杂的问题，既包括自然因素又深受人类活动的干扰。本文仅从气候变化影响的角度来分析松嫩流域黑土有机碳的变化问题。 2 相关研究 秦小光(2001)等人[1]利用陆地生态模型，通过模拟土壤的生物地球化学过程，进行不同气候条件下的敏感性试验，研究了气候变化对黄土有机碳含量的影响。湿度是影响黄土地区生态环境的主要因素，温度和降水都是通过对湿度的影响来影响植被生态的。 温度和降水对土壤有机质的影响作用相反，温度增加时土壤有机碳的增量低于温度降低时，降水量增加时土壤有机碳的增量高于降水量减少时。不过，温度和降水量的组合影响比较复杂。虽然升温、降水量减少时土壤有机碳增量最低，降温、降水量增加时土壤有机碳增量最高，但是升温、降水量增加或降温、降水量减少时土壤有机碳的增量就比较复杂了。 高鲁鹏(2005)等人[2]利用CENTURY模型对草原化草甸植被下黑土的模拟结果表明：温度升高或降水量减少会减少土壤有机碳含量，而温度降低或降水量增加有利于土壤有机碳的增多，其中以温度变化对土壤有机碳的影响起主导作用。 王淑平(2002)等人[3]以IGBP规定的中国东北样带为依托，基于沿样带的野外观测和土壤实验数据，分析认为在不同的气候条件下，土壤有机碳的含量差异很大。土壤有机碳含量与年降水量之间呈显著正相关，与年均温之间呈显著负相关，考虑试验区东西部气候在干湿上的差异，利用SPSS统计软件建立了土壤有机碳与降水量、年平均气温、经度之间的多项式回归方程。 还有其它一些相关研究都得到这样一个结论：即土壤有机碳含量与气候条件有关，温度降低和降水增多有利于有机碳的积累，当然也都认为它们之间的组合关系也是比较复杂的。 3 分析方法 尽管土壤有机碳含量与气候条件的关系比较复杂，不妨取出其主要的关系来进行应用分析，以便说明松嫩流域土壤有机碳含量的分布和气候条件对黑土退化的影响。 本文利用松嫩流域98个气象观测站的年平均气温和年降水量资料(1951～2000年平均值)计算松嫩流域有机碳含量的分布，并利用气候变化趋势分析气候条件变化对黑土退化的影响。中国东北样带位于42～46°N、112～130° 30′E，位置恰好包括松嫩流域的中南部。因此采用计算公式为 SOC ＝－671.164＋0.08505R.255T―0.0406RT―1.479T 2＋5.793L 式中R、T、L分别为年降水量、年平均气温的多年平均值和所在经度。显然，土壤有机碳含量在某一期间的变化可以近似为 △SOC ＝0.08505R＋14.255△T―0.0406(R△T＋T△R＋△R△T) ―1.479(2T△T＋(△T)2)) 式中带有△符号的变量为线性变化趋势引起的气候变化值。 4 有机碳分布 先将98个站的温度、降水资料进行1°×1° 客观分析插值，然后代入公式中进行计算，结果绘成图1。 图1 松嫩流域土壤有机碳含量分布图(单位：75g ·