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随着我国城市化的加速发展,土壤遭受着有史以来最为深刻持久的人为活动的影响,土壤资源和土壤环境压力日益增大。城市化的发展和城市用地面积的不断增加造成了土壤有机碳(SOC)库的剧烈变化,对这种变化的研究可以揭示人为因素对碳库影响的核心机制。近年来对不同尺度、不同区域城市SOC储量和分布的研究,大多只考虑了某一单一人为因素的影响,缺乏多种人为因素对SOC变化综合影响的研究;对于区域SOC的估算往往基于样点数据的插值分析,难以准确刻画SOC空间分布及变化。因此,需要探索SOC储量变化的区域估算新方法,并考虑多人为影响因素的作用机制。 本研究选取上海市为研究区,利用实地采样和遥感数据,综合考虑城市扩展中土地利用变化、城市扩展、农田有机物质的输入等主要人为因素对城市SOC库的影响,分析了2001-2010年城市快速扩展过程中多种人为因素对于SOC库变化的影响机制;建立了有机物质投入模型,考虑到秸秆焚烧的影响,将有机物质投入分为地上投入量和地下投入量两部分,利用遥感图像对有机物质投入量进行估算,并建立有机物质投入与SOC含量变化的关系模型,利用有机物质投入量反演区域SOC含量及储量的变化。研究表明: (1)在2001-2010年间上海市城市扩展速度很快,年均扩展量80.1 km2 a-1,主要围绕东北部城市集中区呈环状向四周扩散。过去10年间,农田向城市用地转化是主要的土地利用变化类型,农田面积共减少了817.1 km2。 (2)2001年至2010年,表层SOC平均含量下降2.4 g kg-1,总体呈减少趋势。当土地利用类型从农田转为园地或林地时,SOC含量分别下降3.9 g kg-1和3.6 g kg-1;而农田保持不变时,下降了0.9 g kg-1,但差异不显著,说明利用采样点数据估算区域上的农田SOC含量变化,精度难以保证。 (3)研究表明,农田表层SOC含量变化与有机物质投入密度之间显著正相关,利用二者之间的线性关系,根据有机物质投入量可以估算表层SOC含量和储量变化量。有机碳变化与有机物质投入量之间关系为:△SOC=OMinput×0.011-13.520。据此估算,农田0-20cm深度SOC储量下降732.6×103t C,0-100 cm深度下降2089.4×103t C。 (4)综合考虑农田SOC变化、城市扩展、城市内土壤SOC变化等因素,研究区域内0-20 cm深度SOC储量下降了2082.9×103 t C,0-100 cm深度SOC储量下降了4079.1×103tC。农田C库变化和城市扩展是造成整个研究区域SOC储量下降最主要的原因。因此,合理规划城市化发展,并采取措施增加农田土壤储C能力,对于增加城市区域固碳具有非常重要的意义。根据研究结果,论文建议:1)禁止秸秆焚烧,鼓励农民秸秆全部还田,以增加农田有机物质投入量;2)实施严格的耕地红线制度,以保护农田土壤的储碳能力;3)尽量提高城市内绿地面积,增加城市内部土壤的固碳能力,以增加城市区域的土壤固碳量。