中国南方喀斯特地区SOC空间异质性及其对碳储量估算的指示意义

李颖　刘秀明　周德全

摘要：土壤有机碳（soil organic carbon，简称SOC）作为土壤碳库的重要组成部分，在地球表层碳循环中起着不可忽视的作用。SOC储量的正确评估对研究全球环境变化和碳循环具有重要意义。喀斯特地区由于其特殊的地质背景和人类活动等因素，导致其土壤有机碳易于积累，有机碳含量较高，在全球碳循环中具有重要影响。通过文献检索收集近10年来已经公开发表的关于南方喀斯特地区土壤有机碳密度和储量估算研究中的数据，总结分析南方喀斯特分布区的SOC空间分布特征，认为喀斯特地区SOC空间分布具有高度的空间异质性，并由此导致喀斯特地区的SOC储量估算存在很大的不确定性。研究分析不同因素制约下的SOC的空间异质性特征，认为地质背景、土壤自身因素、人类活动等是影响土壤SOC空间异质性分布的主要原因。基于喀斯特SOC空间异质性的特征及影响因素，提出适合喀斯特地区土壤有机碳储量估算的研究思路和方法，旨在为今后喀斯特地区SOC研究工作提供科学的支撑。

关键词：喀斯特;土壤有机碳（SOC）空间异质性;影响因素;碳储量

中图分类号： S153.6;X144文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）08-0256-09

随着近十几年来经济的高速发展，我国同时成为全球能源消费和碳排放大国，不可避免地受到国际社会的广泛关注，在国际碳减排外交谈判工作中，我国面临着前所未有的外交压力和碳减排的任务。因此，进一步摸清我国的碳库、碳排放和碳收支的情况，估算我国生态系统的碳汇能力，揭示碳生物地球化学循环及对气候的响应机制，成为目前国家应对气候变化和温室气体减排的长久之策。学术界认为，在全球生态系统的碳循环过程中，土壤有机碳（soil organic carbon，简称SOC）库是其中重要组成部分，全球土壤碳储量（约2 500 Pg）比大气碳库（约750 Pg）和陆地植被碳库（约500～600 Pg）的总和还要高出很多[1-3]。其中，SOC储量在1 395～2 200 Pg 之间[4-7]，占据了土壤总碳库的1/2以上。SOC的损失对全球大气CO2含量升高的贡献率为30%～50%[8]，同时土壤有机碳含量及其动态平衡是反映土壤质量和土壤肥力的1个重要指数[9]。

我国几乎各省份都有不同面积的石灰岩分布，出露地表的总面积约有130万km2，约占全国总面积的13.5%，其中南方地区的石灰岩成片分布，面积达到90.7万km2[10]，以滇、黔、桂为主要分布省份，形成全球三大典型喀斯特分布区域之一（图1）。喀斯特区域是1个复杂的二元空间异质体结构[12-13]，它的土壤空间变异性很大。同时，喀斯特地区的地形地貌条件、水热条件、植被立地条件、土壤发育条件以及强烈的岩溶作用等都不同于非喀斯特地区，因此喀斯特地区的SOC循环和空间分布具有独特的特征[14-16]。加上研究方法的不同，使得南方喀斯特地区SOC密度和碳储量的研究存在很大的不确定性。鉴于上述情况，本研究通过文献检索收集近10年来公开发表的关于南方喀斯特分布区土壤有机碳密度和碳储量估算研究数据，并统计分析南方喀斯特地区的SOC空间分布特征，研究总结其影响机制及对土壤有机碳储量估算的指示意义，最后对未来工作进行展望，旨在提出更加适合我国南方喀斯特地区土壤SOC储量估算的方法和思路，为今后喀斯特地区土壤碳库和碳平衡研究工作的开展提供科学支撑，为评估喀斯特生态系统的碳截留能力提供参考。

1南方喀斯特地区SOC空间分布特征

由有喀斯特分布的南方8省份SOC密度和碳储量的空间分布情况（图2）可知，不同省份的SOC密度和储量都存在较大差异;同一省份，不同研究者的结果也存在很大出入。分析认为，不同地区间SOC空间分布差异是因为地形、气候、植被、成土母质、土壤本身性质及人类活动等诸多因子都会对SOC密度及空间分布产生影响;而同一地区不同研究结果的不确定性主要是由不同研究者采用的数据源和研究方法不同导致的。喀斯特地区复杂的土壤环境和理化性质进一步加剧了土壤碳库研究的不确定性，因此探清喀斯特地区影响SOC空间分布的主要因素，确立适合喀斯特地区的土壤有机碳储量估算方法是目前准确预测喀斯特碳库的首要任务。

2喀斯特地区SOC空间异质性的影响机制分析

2.1地质背景对SOC空间异质性的制约

在构造运动上，我国南方喀斯特地区主要受加里东运动和喜马拉雅运动的影响，形成了西部地槽区、中部扬子准地台区和东南部华南加里东地槽区[22]。在岩性上，以广泛分布的深厚、古老的碳酸盐岩（主要包括石灰岩和白云岩）为特色。在地质、气候、水文、植被等的综合影响下，以地层岩性为基础，地质构造为主导，水动力为决定条件，形成了喀斯特地区复杂的组合地貌类型[23-24]。主要的喀斯特地貌类型有中高山、断陷盆地、峰丛洼地、岩溶槽谷、岩溶峡谷、岩溶高原、峰林平原和溶丘洼地等[25]。由于强烈的岩溶作用，使得原本就破碎的地表更加破碎，在小尺度范围内就形成了以出露整体基岩为主体构成的石面、石台，以土体不连续构成的土面、石土面，以岩石溶蚀沟为主体的石槽、石沟，以岩石裂隙为主体的石缝，以岩层或巖石水平突出构成的石洞，以及以岩石溶蚀凹地为主体的石坑等小生境类型[26-27]。

2.1.1不同地貌单元下SOC的空间异质性

地貌单元的分布受控于构造运动、气候、水文等因素，同时不同地貌单元所表现出来的区别之处也在于地质构造、水文水动力、气候、植被以及土被覆盖等方面。不同的地貌单元在各自水文水动力、气候、植被和土壤类型等的长期共同作用下，形成了不同厚度、不同养分和不同质地的土被覆盖，这就导致了不同地貌单元下SOC的空间分异。以SOC密度为例，不同地貌单元表层土壤（0～20 cm深）SOC密度存在很大的空间异质性。由图3可知，不同地貌单元表层土壤SOC密度表现为喀斯特高原盆地>喀斯特断陷盆地>喀斯特高原>喀斯特槽谷>峰丛洼地>喀斯特峡谷。喀斯特盆地SOC密度明显高于其他地貌类型，这可能与盆地地貌单元内更有利于有机物质的沉积与集聚有关。

2.1.2岩性制约下SOC的空间异质性

喀斯特地区典型的特征之一就是广布的碳酸盐岩，喀斯特地区的成土速率与喀斯特发育的物质基础，即碳酸盐岩沉积建造中的酸不溶物含量密切相关[31]。我国南方地区的土壤与基岩之间具有继承性的关系[32]，所以岩石岩性不仅影响土壤的成土速率，对于土壤中的元素及物质的含量也有很大的影响。不同岩性下的成土母质是影响土壤类型的重要因素，成土母质的差异往往是土壤分异的主要原因[33]。

通过对贵州省普定县后寨河流域SOC含量和密度的空间分布特征（图4）分析认为，发育土壤的母岩岩性差异对土壤SOC的空间分布存在明显的制约作用。不同岩性发育的土壤表层和剖面的SOC含量变化趋势一致：石灰岩>白云 岩> 泥灰岩>第四纪黄黏土>砂页岩，且差异明显;不同岩性发育的土壤表层和剖面的SOC密度则存在不同变化趋势，表层SOC密度表现为石灰岩>白云岩>泥灰岩>第四纪黄黏土>砂页岩，且石灰岩和白云岩发育的土壤SOC密度相差不大;剖面SOC密度表现为第四纪黄黏土>砂页岩>泥灰岩>白云岩>石灰岩，出现表层SOC密度和剖面密度差异的原因可能与不同岩性发育的土壤土层厚度有关，第四纪黄黏土发育的土壤土层厚度最大，而石灰岩发育的土壤土层厚度最薄。

2.1.3地形因素制约下SOC的空间异质性

地形因素主要包含海拔高度、坡位、坡向、坡度等因子。地形因素主要通过影响水热分布及过程、植被及微生物的生长、土地管理利用方式等来影响土壤碳含量和空间分布。邱虎森等以贵州省清镇市王家寨为试验场，通过协方差分析证明，海拔高度对SOC的方差贡献率为53.946*，达到了显著影响水平（P<0.05）[35]。对贵州省普定县、云南省和湖南省的土壤SOC研究结果（图5）表明，海拔越高，土壤表层的SOC密度总体上越大，土壤SOC含量也越高;但普定县的剖面土SOC密度随海拔高度的增加呈现出先增加后减少的趋势，分析认为，出现这种情况的原因是随着海拔高度的增加，土壤厚度变薄，导致剖面SOC密度减小。

有研究结果证明，不同坡位SOC含量大小表现为上坡>坡 顶> 中坡>下坡>坡脚>洼地[34]，分析认为，上坡、中坡和坡顶处多为林地，植被覆盖度高，有机物质输入丰富，且人为干扰度小，有利于有机质的贮存，而坡脚和洼地等处多为农用地，植被覆盖度小，人为干扰多，不利于有机物质的贮存。不同坡向的SOC含量表现为南坡>北坡>西坡>东坡>无坡向;不同坡度的SOC含量及SOC密度大致随坡度增大而增加[34，37]。分析认为，坡向和坡度对于SOC含量的制约机制和坡位相似，都是通过土壤厚度、植被覆盖度、有机物质输入量以及人为干扰程度来制约和影响SOC的贮存。喀斯特峰丛洼地区域存在典型的“养分倒置”规律，所以，在研究喀斯特峰丛洼地景观单元的土壤有机碳分布特征時，须考虑不同坡位土壤有机碳的异质性[38]。受研究区特殊地形以及在此基础上土地利用结构的影响，SOC在洼地短轴方向的变异程度大于长轴方向，表现出明显的带状各向异性特征[39]。

2.2土壤本身因素对SOC空间异质性的制约

我国南方喀斯特地区的土壤类型分布既有地带性的红壤、黄壤和黄棕壤，也有非地带性的石灰土、粗骨土、紫色土、山地草甸土、水稻土等。土壤类型对SOC的影响一方面体现在成土母质背景有机质含量有所不同，另一方面体现在土壤自身的理化性质影响有机碳的含量[40]。

2.2.1南方喀斯特地区不同土壤类型SOC空间分布特征

以云南、广西、贵州和重庆等省份的不同土壤类型表层SOC密度（图6）为例，从趋势线走势可知，不同土壤类型间SOC密度分布具有很大的异质性，大小顺序整体表现为暗棕壤>山地草甸土>棕壤>黄棕壤>石灰土>黄壤>水稻土>红壤>赤红壤>砖红壤>紫色土>粗骨土。分析认为，其原因可能与不同土壤发育的环境条件和土壤自身的理化性质有关，暗棕壤主要发育在温暖湿润的混交林下，大量的有机物质归还土壤，微酸性环境又可以抑制微生物的活动，凋落物分解缓慢，因此它的表层土壤SOC含量高于其他土类。紫色土区域由于农业开发较早，加上植被稀疏，水土流失严重，使得SOC含量较低。而粗骨土由于发育地形的原因，水土侵蚀严重，土壤有机质流失严重，导致SOC含量较少[43]。对柱状图（图6）分析可知，同一种土壤类型的SOC密度也存在很大的地区差异性。在SOC储量估算过程中，既要考虑土壤类型的异质性也要考虑区域空间异质性。

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2.2.2土壤理化性质对SOC空间分布的影响

土壤理化性质主要包括土壤容重、砾石含量、厚度、结构和质地等。土壤理化性质在局部范围内影响SOC的含量[44]。通过土壤理化性质与SOC含量的相关性分析可知，全氮含量、水解氮含量、速效钾含量、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、田间持水量、上层渗透性等在α=0.01水平上与SOC含量呈显著正相关关系;而容重与SOC含量在α=0.01水平上呈显著负相关关系;全磷含量、下层渗透性与SOC含量在α=0.05水平上呈显著正相关关系（表1）。有研究认为，土壤SOC的稳定性受到土壤金属氧化物、黏粒含量以及黏土矿物种类等的影响[45-46]。土壤交换性Ca2+是喀斯特地区SOC的主要控制因素[47]，有机质腐殖化后的胡敏酸易与Ca2+形成能稳定土壤有机质的胡敏酸钙，从而有利于土壤有机质的积累[48-49]。土壤的结构和质地可以通过影响土壤的容重和土壤的干湿度、松紧度等来影响SOC的含量及碳密度。喀斯特地区不同粒径颗粒的土壤中SOC含量差异明显，表现为砂粒>粉砂粒>黏粒[37，50]。土壤团聚体结构与SOC之间存在着密切的关系，不同粒级大小团聚体的有机碳性质存在差异[51]。Jastrow等研究认为，微团聚体中SOC比大团聚体中SOC形成时间更早，大团聚体比微团聚体中有机碳含量多[52]。

土壤的容重、厚度、砾石含量、有机质含量等均是在估算SOC储量中必不可少的属性因子，因此，我国南方喀斯特地区SOC储量估算研究离不开对土壤因素的考虑，只有在探清土壤类型和土壤理化性质对喀斯特地区土壤SOC空间异质性的影响关系时，才能准确地估算出喀斯特地区的SOC储量。

2.3人类活动对SOC空间异质性的制约

人类活动对土壤SOC的影响主要表现在通过改变土地利用方式或者施用化肥农药以及过度开垦利用导致的石漠化，影响土壤SOC的排放和增汇效应，进而增加或者减少土壤SOC的含量，改变其空间分布。日益增强的土地利用加速土壤碳呼吸，导致动植物残体和有机碳分解增强，土壤储存碳大量减少，通过水土、大气输出成为重要碳源[53]。在喀斯特地区，林地、灌木林地、草地不仅具有保持土壤有机碳的功能，而且可以提高土壤CO2浓度，降低pH值，加快碳酸岩盐的溶蚀反应，而当这些土地利用类型发生变化后，土壤碳含量就会降低，pH值增高[22，54]。

2.3.1土地利用方式对SOC蓄积量的影响

人类活动对SOC蓄积量的影响远超过自然变化，其中，土地利用变化导致陆地生态系统碳元素的释放是大气CO2浓度不断升高的主要原因之一[55]。土地利用方式的变化会直接影响SOC的含量和分布，同时通过影响与SOC形成和转换有关的环节间接影响SOC分布[56]，此外，土地利用变化可通过改变土壤有机质的分解速率来影响SOC蓄积量。从南方喀斯特几个代表区域的研究结果（图7）可知，不同土地利用方式下土壤SOC含量差异很大，不同研究区之间也存在差异。广西桂林不同土地利用方式下SOC含量依次为水田>弃耕地>旱地>园地>林地>易涝地>草地，重庆金佛山的研究结果为竹林>耕地>林地>草地>灌草，贵州普定的研究结果为水田>灌草>退耕15年草丛>旱地>退耕3年草丛，贵州晴隆地区为次生 林> 人工林>灌草>草地>水田>旱地。桂林和普定地区的水田SOC含量高于旱地及其他土地利用类型，原因可能是水田长期处于湿润环境，减少了SOC的矿化分解，加上有机物输入充足，从而有利于SOC的累积[61]。晴隆地区次生林、人工林的SOC含量较高，主要是由于林地凋落物较多，同时树木有大量根系的脱落物和分泌物，有机质易于积累。

2.3.2人类干扰对SOC空间分布的影响

在人为干扰对喀斯特地区植被多样性和土壤养分的影响研究中，有人认为，人为干扰会增加土壤容重、降低土壤含水量、增加PH值，使得土壤碳含量降低[62]。人类干扰一般包括土地利用方式的人为改变、农业化肥施用、退耕还林以及其他形式的人为干扰等。不同的农业管理措施对土壤固碳的影响主要通过对土壤微团聚体更新与转化的改变，使有机碳的保护机制发生变化实现[63]。

农业化肥施用一方面可以提高农作物的产量，另一方面会影响土壤微生物和土壤酶的活性，进而影响土壤中有机质的矿化和土壤养分的有效性[64]，所以化肥施用必然会影响农田土壤SOC的含量和空间分布。有学者认为，施肥能够使得土壤SOC含量增加4.71%～34.84%，其中施用有机肥可以使SOC含量增加6.24%～20.08%[65]。施用有机肥显著提高了土壤剖面有机碳储量，长期耕作及施用有机肥在增加土壤剖面SOC储量方面具有突出效应[66]。不同施肥方式影响喀斯特地区农田SOC含量变化趋势，且在施用有机肥后，第2季农田土壤SOC含量显著高于第1季，说明有机肥的连续施用能够显著增加土壤SOC含量[67]。农业灌溉同样会影响土壤SOC的含量和空间分布，有研究认为，农田水分变化对SOC含量存在增加、降低或不显著影响等多种可能，不同气候、土壤类型下灌溉对土壤SOC含量变化存在明显不同[68]。

喀斯特地区原本脆弱的生态环境加上越来越频繁的人类活动，导致了喀斯特地区生态环境的严重退化和严重的人口贫困问题。因此在国家政策的推動下，近年来，我国南方喀斯特地区普遍实行了退耕还林的生态保护措施。与耕地相比，退耕还林明显提高了SOC质量分数和密度（P<0.05），SOC密度表现为退耕还林地大于耕地，同时退耕还林还提高了土壤碳库管理水平[69]。广西毛南县典型喀斯特峰丛洼地区的研究结果为，退耕地SOC含量（75.5 g/kg）显著高于坡耕地（15.1 g/kg）;半变异函数分析结果为，退耕地基台值（521.7）是坡耕地（25.7）的20.3倍，证明退耕还林能显著提高SOC累积量，且退耕地SOC空间异质性远大于坡耕地[70]。

2.3.3石漠化对SOC空间分布的影响

石漠化是指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失，基岩大面积裸露或砾石堆积的土地退化现象，是岩溶地区土地退化的极端形式[71]。喀斯特充分发育的南方地区也是石漠化发生的重灾区，而石漠化的程度和石漠化过程对喀斯特地区的SOC储量和碳密度具有不可忽视的影响作用。贵州石漠化地区的研究结果（图8）表明，随着石漠化程度的加深，土壤有机碳含量和密度均有减少的趋势，尤其是在石漠化初期，SOC含量和密度降幅较大。有研究认为，SOC储量随石漠化程度加剧而急剧降低，且集中存储在土壤表层，任何水土流失情况都会导致SOC储量的减少[74]。另有研究发现，石漠化程度从轻度到中度的发展过程中，土壤厚度、土壤覆盖度同样呈现显著下降趋势，而且在石漠化发展后期的下降程度更为明显[75]。喀斯特地区土壤有机碳分组测试结果表明，随着石漠化程度增加，轻组有机碳、重组有机碳、可矿化碳、土壤微生物生物量碳和总有机碳含量均呈下降趋势，且轻组有机碳占总有机碳的比例也有减少趋势[72，76]。

石漠化直接导致喀斯特地区土层变薄，大面积的裸岩出露，土被覆盖呈现不连续、碎片化，因此在小空间尺度上，岩石裸露率是影响SOC空间分布的重要因子[28]。岩石裸露率关系到实际的土壤分布面积，土壤厚度关系到土壤剖面SOC密度，因此，在喀斯特地区的SOC储量估算中，岩石裸露率和土层实际厚度是不容忽视的2个因子。

2.4环境因素对SOC空间异质性的制约

环境因素主要是指海拔、经纬度等自然地理因素和降水量、气温等气候因素，其中，海拔和经纬度对SOC空间分布的制约也主要反映在通过控制降水和气温等因素上。滇黔桂地区的研究结果表明，环境因子对SOC密度的变异性解释能力大于20%，是影响表层和剖面土壤SOC密度的主要因子，通过建立通径模型（图9）可以反映各环境因素对SOC密度的制约关系[41]。

气候因素在SOC蓄积及消耗过程中起着非常重要的作用，其中降水量和气温是主要的影响因子[77]，云南省SOC密度与温度、降水量的相关系数分别达到0.858 3、0.552 5，湖南省的SOC密度与温度、降水量的相关系数分别为0.618 8、0.689 5（图10）。降水量对土壤微生物的活性和有机质转换产生影响，降水量在一定范围内时，土壤水分可促进微生物的活性，但降水量过多，会导致土壤通气不良，抑制微生物活性，有机质分解速度缓慢，有利于有机碳的积累[36]。气温会对微生物和植物的初级净生产力同时产生影响，气温的变化可导致SOC的释放量发生变动[78]，气温升高，土壤微生物活动增加，有机质分解速率加快，SOC含量降低，反之亦然[79]。但研究区域不同，不同环境因素对SOC的制约作用也不同，湖南省的研究结果表明，气候因素不是影响SOC密度空间分布的主要因子[21]。而在云南省，降水量和气温都显著影响SOC密度空间分布，并且不同降雨带和不同温度带对于SOC密度空间分布的制约力不同[36]，广西SOC密度与年均温、经纬度、海拔等环境因素均存在显著的相关性（P<0.01）[80]。

3总结与展望

3.1喀斯特土壤SOC空間异质性对碳储量估算的指示意义

高度的空间异质性是喀斯特地区土壤碳库研究中的一大难题，喀斯特地区地形地貌复杂、岩溶作用强烈等，导致土壤的空间异质性远比非喀斯特地区高。由石灰岩、白云岩和含有其他杂质的碳酸盐岩发育而来的喀斯特土壤，其土体连续性差、土层浅薄，有大面积的裸岩分布，土壤的剖面形态、理化性质等都不同于地带性土壤[81-82]。喀斯特地区土壤高度的空间异质性决定了非喀斯特地区碳储量和碳密度的估算方法并不适用于喀斯特地区[83]。同时，由于喀斯特地区特殊的地质和气候环境，使得该地区生态系统抗干扰能力弱、稳定性差、自我调节能力低，加上土壤基岩出露、土壤存量少、分布不连续、地貌类型复杂等原因，导致喀斯特土壤有机碳储量估算存在许多的不确定性因素[84-85]。目前，有些研究者根据喀斯特地区土壤的特点，对已有的土壤研究方法进行了改进，例如有研究者将裸岩的空间分布考虑在喀斯特地区土壤碳储量的研究中[74，86]。也有学者对喀斯特地区的土样采集方法进行了改进，如王世杰等认为，喀斯特土壤有机碳的空间异质性和代表性土样采集方法应以小生境面积为权重确定样地土壤样品组成[87]。

在对喀斯特地区土壤有机碳储量进行估算时，虽然已经有学者将岩石裸露率、土壤厚度等指标考虑在内[88-89]，但基本上均未考虑影响SOC储量估算的砾石含量和估算中其他指标的影响程度[84]。因此，目前确立1套适用于喀斯特地区SOC储量估算的研究方法是准确估算喀斯特土壤SOC储量的前提条件。

3.2我国南方喀斯特地区SOC储量研究展望

传统的SOC储量估算方法主要有土壤类型法、土地利用类型法、生命带类型法、地理信息系统（GIS）估算法、模型法等[90-91]，各估算方法本质上一致，但限于数据获取的质量和来源，传统方法中有一些不适用于喀斯特地区。以应用范围最广的土壤类型法为例，根据喀斯特地区土壤空间异质性的特征，可对土壤类型法进行适当改进。

3.2.1基于地貌单元对土壤空间异质性制约的土壤类型法的改进

因地貌单元对SOC含量的空间分布有很大影响，所以在对南方喀斯特地区SOC估算时，首先按照中高山、岩溶断陷盆地、岩溶高原、岩溶峡谷、峰丛洼地、岩溶槽谷、峰林平原和溶丘洼地等八大地貌类型[92]进行区域划分，再对不同地貌类型内进行土壤类型的划分，即基于地貌类型划分的土壤类型法。

3.2.2基于地形坡度因素对土壤类型法的再改进

坡度大小对土地利用类型、水土分配、土壤养分分配、土壤理化性质等都有很大影响，南方喀斯特中心地区贵州省坡度大于6°的面积占84%左右，因此，有必要根据坡度等级进一步精确划分SOC空间分布特征，以准确估算SOC储量。

3.2.3改进SOC储量估算基本公式

传统的非喀斯特地区SOC密度计算公式为

SOCDi=Csoci ρiHi/10。（1）

式中：SOCDi表示第i类土壤的有机碳密度，kg/m2;CSOCi表示第i类土壤的有机碳含量，%;ρi表示第i类土壤的容重，g/cm3;Hi表示第i类土壤的厚度，一般表层取20 cm，剖面取100 cm;10为单位转换系数。

传统的非喀斯特地区SOC储量计算公式为

SOCSi=SOCDi×Si×1 000。（2）

式中：SOCSi表示第i类土壤的有机碳储量，t;Si表示第i类土壤的面积，km2;1 000为单位转换系数。

喀斯特地区土壤空间异质性大，土壤有机碳含量、土层厚度、容重等指标空间变异性很大。因此，喀斯特地区的土壤有机碳密度须要先分层计算，再求和。此外，由于大部分喀斯特地区土层薄，土壤厚度不足100 cm，甚至一些坡地上土壤平均厚度仅为4.28 cm[93]，严重低于100 cm，所以利用原公式计算的土壤剖面有机碳密度将远大于实际碳密度。因此，在对南方喀斯特地区SOC密度进行计算时，土壤剖面厚度（H）取实际土壤厚度值。喀斯特地区土壤中多含有粒径大于2 mm的石砾，会使得单位体积内土壤的含量减少，因此在计算碳密度时应去除粒径大于2 mm的石砾含量。改进后的土壤有机碳密度计算公式如下：

SOCD′ij=CsocijρijHij（1-εij）/10;（3）

SOCD′i=∑mj=1CsocijρijHij（1-εij）/10。（4）

式中：SOCD′ij表示第i类土壤的第j层有机碳密度，kg/m2;Csocij表示第i类土壤的第j层有机碳含量，%;ρij表示第i类土壤的第j层土壤容重，g/cm3;Hij表示第i类土壤的第j层土壤厚度，取实际厚度值，cm;SOCD′i代表第i类土壤的有机碳密度，kg/m2;10为单位转换系数。

喀斯特地区由于石漠化原因导致的岩石裸露面积十分广泛，土壤覆盖度较低。因此在估算土壤有机碳储量时，应将岩石裸露率考虑在内。基于此对土壤有机碳储量计算公式进行改进，计算公式如下：

SOCS′i=SOCD′i×Si×（1-δi）×1 000;（5）

SOCS′=∑ni=1SOCS′i。（6）

式中：SOCS′i表示第i类土壤有机碳储量，t;Si表示第i类土壤分布面积，km2;δi表示第i类土壤分布区域的岩石裸露率，%;SOCS′表示总的土壤有机碳储量，t。

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