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杉木人工林碳經(jīng)營、計(jì)量與監(jiān)測方法學(xué)

杉木人工林碳經(jīng)營、計(jì)量與監(jiān)測方法學(xué)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-09-01
開本： 16開 頁數(shù)： 189
中 圖 價(jià):¥109.0(7.9折) 定價(jià)  ¥138.0 登錄后可看到會員價(jià)
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杉木人工林碳經(jīng)營、計(jì)量與監(jiān)測方法學(xué) 版權(quán)信息

杉木人工林碳經(jīng)營、計(jì)量與監(jiān)測方法學(xué) 內(nèi)容簡介

杉木人工林是我國南方地區(qū)經(jīng)營歷史很長的人工用材林，其在木材生產(chǎn)功能和固碳、涵養(yǎng)水源等生態(tài)功能方面扮演著很好重要的角色，在應(yīng)對優(yōu)選氣候變化進(jìn)程中也發(fā)揮著不可替代的作用。然而，與天然林相比，人工用材林存在諸多問題。其中，如何在保證木材生產(chǎn)的同時(shí)提高生態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是目前杉木人工林經(jīng)營管理面臨的關(guān)鍵問題之一。碳儲量是衡量森林生態(tài)功能的重要指標(biāo)之一，森林碳匯有利于減緩溫室效應(yīng)，應(yīng)對氣候變化。本書通過梳理和分析近年來與杉木人工林碳儲量相關(guān)的文獻(xiàn)，綜述了林分年齡、經(jīng)營管理措施、分布區(qū)域及立地條件對杉木人工林生產(chǎn)力和碳儲量的影響，在此基礎(chǔ)上，提出了維持杉木人工林經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益相平衡的生產(chǎn)實(shí)踐建議，也對杉木人工林碳儲量研究的現(xiàn)存問題及日后研究方向進(jìn)行了探討，以期為今后的相關(guān)研究提供參考。 本書可供地理、生態(tài)、環(huán)境、生態(tài)經(jīng)濟(jì)、規(guī)劃、政策與管理研究等相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員使用，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參閱。

杉木人工林碳經(jīng)營、計(jì)量與監(jiān)測方法學(xué) 目錄

目錄
1 全球氣候變化與林業(yè)碳匯 1
1.1 氣候變化的觀測事實(shí)和趨勢預(yù)估 1
1.1.1 全球氣候變暖 1
1.1.2 氣候變化的影響 3
1.2 林業(yè)碳匯與氣候變化 5
1.2.1 現(xiàn)階段應(yīng)對氣候變化的主要措施 5
1.2.2 森林在應(yīng)對氣候變化中具有特殊的作用 5
1.2.3 林業(yè)碳匯概念、特點(diǎn)與優(yōu)勢 7
1.3 林業(yè)碳匯發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.3.1 林業(yè)碳匯發(fā)展的政策環(huán)境 7
1.3.2 林業(yè)碳匯國內(nèi)外研究概述 8
1.3.3 我國林業(yè)建設(shè)成就及對減緩全球氣候變化的貢獻(xiàn) 11
1.3.4 我國林業(yè)應(yīng)對氣候變化政策環(huán)境 11
1.3.5 我國林業(yè)應(yīng)對氣候變化的途徑及潛力分析 12
1.4 林業(yè)碳匯計(jì)量方法 13
1.4.1 傳統(tǒng)方法學(xué) 14
1.4.2 碳計(jì)量技術(shù)的發(fā)展趨勢 16
1.5 人工林在中國 18
1.6 人工林碳計(jì)量研究進(jìn)展 21
2 煉山對幼年杉木人工林的影響 22
2.1 實(shí)驗(yàn)樣地概況與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 22
2.1.1 樣地概況 22
2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 22
2.2 更新初期土壤有機(jī)質(zhì)的損失機(jī)制 26
2.2.1 人工造林和人工促進(jìn)更新初期土壤有機(jī)碳流失量差異 26
2.2.2 人工造林和人工促進(jìn)更新初期土壤有機(jī)碳礦化差異 30
2.2.3 人工幼林采伐剩余物分解動態(tài) 31
2.2.4 更新初期有機(jī)碳損失途徑及其量 33
2.2.5 更新初期土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性 34
2.2.6 小結(jié) 34
3 杉木人工林碳計(jì)量與碳經(jīng)營技術(shù) 36
3.1 研究目的和意義 36
3.2 試驗(yàn)地概況 37
3.2.1 杉木林年齡序列試驗(yàn)地概況 37
3.2.2 皆伐火燒試驗(yàn)地概況 38
3.2.3 不同更新方式試驗(yàn)地概況 38
3.2.4 杉木林經(jīng)營模式試驗(yàn)地概況 39
3.3 主要研究方法 40
3.3.1 生物量測定 40
3.3.2 土壤取樣及測定 41
3.3.3 凋落物和細(xì)根歸還量研究凋落物歸還量 43
3.3.4 皆伐火燒對生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)影響 44
3.4 杉木人工林碳計(jì)量技術(shù) 46
3.4.1 杉木林年齡序列生態(tài)系統(tǒng)碳庫及碳源變化 46
3.4.2 杉木人工林年齡序列凈生產(chǎn)力變化 49
3.4.3 杉木人工林年齡序列碳平衡變化 71
3.4.4 杉木人工林碳計(jì)量技術(shù)路線 72
3.4.5 杉木人工林碳匯計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用 73
3.5 杉木人工林碳匯經(jīng)營技術(shù) 76
3.5.1 皆伐火燒對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和土壤呼吸的影響 76
3.5.2 皆伐火燒對土壤各組分呼吸的影響 101
3.5.3 更新方式對杉木人工林土壤呼吸及分室的影響 116
3.5.4 杉木人工林經(jīng)營模式對碳吸存的影響 122
3.5.5 不同經(jīng)營模式對土壤碳庫的影響 124
3.5.6 經(jīng)營措施對土壤有機(jī)碳組分的影響 130
3.5.7 不同立地質(zhì)量對杉木人工林碳吸存的影響 134
3.5.8 不同輪伐期對杉木林碳吸存的影響 137
3.5.9 延長采伐時(shí)間對杉木林碳吸存效益的影響 139
3.5.10 杉木人工林碳經(jīng)營措施的應(yīng)用 139
3.6 主要結(jié)論 141
3.6.1 杉木人工林碳匯經(jīng)營技術(shù) 141
3.6.2 杉木人工林碳計(jì)量技術(shù) 143
4 碳計(jì)量儀器研發(fā)與方法探索 145
4.1 物聯(lián)網(wǎng)與生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵元素通量監(jiān)測儀器 145
4.1.1 準(zhǔn)同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)大幅提高土壤碳通量監(jiān)測的時(shí)空間分辨率 149
4.1.2 冠層葉片光合和呼吸高分辨率監(jiān)測技術(shù) 152
4.1.3 不同深度土壤碳通量等壓實(shí)測技術(shù) 153
4.1.4 土壤- 大氣界面碳通量監(jiān)測技術(shù) 155
4.1.5 痕量溫室氣體同步取樣技術(shù) 155
4.1.6 4D聯(lián)動樹高激光測量技術(shù) 155
4.1.7 無接觸式3D樹木胸徑測量技術(shù) 157
4.1.8 系統(tǒng)集成 158
4.2 無人機(jī)與雷達(dá)在林業(yè)碳匯中的應(yīng)用 159
4.2.1 生物量參數(shù)計(jì)算流程 159
4.2.2 基于單木分割的信息提取 162
4.2.3 樣方尺度地上生物量估測 165
4.2.4 樣方尺度不同器官地上生物量估測 166
參考文獻(xiàn) 169
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杉木人工林碳經(jīng)營、計(jì)量與監(jiān)測方法學(xué) 節(jié)選

|1|全球氣候變化與林業(yè)碳匯 　　全球氣候變化已經(jīng)成為國際社會廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問題。近 100多年來，全球平均氣溫經(jīng)歷了“冷－暖－冷－暖”兩次波動，總的趨勢為上升。在普通人的感覺上，這點(diǎn)溫度的變化對生活并無影響，但從全球來看，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)對全球產(chǎn)生了巨大的影響，如北極冰山融化、全球海平面上升、頻繁的龍卷風(fēng)、局部的暴雨與干旱、厄爾尼諾現(xiàn)象等。它們有的以極端天氣現(xiàn)象的形式頻繁爆發(fā)，有的則悄悄地對生物圈進(jìn)行著不可逆的顛覆。 　　1.1 氣候變化的觀測事實(shí)和趨勢預(yù)估 　　1.1.1 全球氣候變暖 　　1.1.1.1 氣候變化的事實(shí)和證據(jù) 　　由于人類大量燃燒化石燃料及毀林等人為因素，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次報(bào)告顯示，近 100 年來全球地表溫度平均升高了 0.85℃（0.65～1.06℃）。政府間氣候變化問題小組根據(jù)氣候模型預(yù)測，到 2100年，全球平均氣溫估計(jì)將上升1.4～5.8℃。根據(jù)這一預(yù)測，溫度升高將給全球生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在的重大影響（ IPCC， 2014）。自 20世紀(jì) 50年代以來，許多觀察到的變化在數(shù)十年到數(shù)千年間是前所未有的（何潔琳等， 2017）。自 1850年以來，*近的三十年地表溫度都比前面十年更高。 1983～2012年是北半球*溫暖的 30年，且具有中等可信度。據(jù)世界氣象組織（ WMO）預(yù)測，2018年是地球有史以來第四*高溫的年份，即 2015年、2016年、2017年和 2018年，是自 1850年有記錄以來溫度*高的4年。 　　目前，從觀測得到的全球平均氣溫和海溫升高、大范圍的雪和冰融化及全球平均海平面上升的證據(jù)均支持了全球變暖的論斷。 IPCC 第五次評估報(bào)告中關(guān)于全球變暖的主要證據(jù)有：①全球地表平均溫度近 50 年的平均線性增暖速率（每 10 年 0.13℃）幾乎是近 100 年的兩倍。②全球海洋平均溫度的增加已延伸到至少 3000 m的深度，海洋已經(jīng)并且正在吸收80%以上增加到氣候系統(tǒng)的熱量。自1971年以來，到 2010年海洋表層溫度正以每 10年0.11℃的速率升高。③南北半球的山地冰川和積雪總體上都已退縮；格陵蘭和南極冰蓋持續(xù)退縮，大多數(shù)地區(qū)的永久凍土溫度都有所提高。④ 1901～2010年間，全球平均海平面上升了 0.19m（0.17～0.21m），自 19世紀(jì)中期以來海平面上升的速度大于前兩千年的平均速度（高可信度）。⑤近 60年來，蒸發(fā)占主導(dǎo)地位的高鹽度地區(qū)變得鹽度更高，降水占主導(dǎo)地位的低鹽度地區(qū)變得更淡，并且具有高可信度。這又從側(cè)面證明了海水循環(huán)發(fā)生了變化。自工業(yè)革命以來，海洋表面水的 pH降低了 0.1（具有高可信度），相當(dāng)于以氫離子濃度計(jì)算酸度增加了 26%（IPCC，2014）。 　　1.1.1.2 氣候變化的原因 　　全球氣候變化的原因主要分自然與人類活動兩個(gè)方面。自然方面主要是此時(shí)地球正處于“增溫期”，受海洋、陸地、火山活動、太陽活動等自然變化的影響。 IPCC 第四次評估報(bào)告指出，全球氣候變化的主要原因 90%以上是由人類活動引起的。全球變暖主要是溫室氣體引起的，而二氧化碳引起的增溫效應(yīng)占所有溫室氣體增溫效應(yīng)的 63%，是*主要的溫室氣體（何潔琳等， 2017）。18世紀(jì)中葉工業(yè)革命以后，人類過多地燃燒煤炭、石油和天然氣等化石燃料，釋放出大量的溫室氣體。同時(shí)，過度地采伐森林、大面積地毀林等活動也釋放出大量的二氧化碳（姜中孝， 2013）。隨著大氣中溫室氣體濃度的不斷增加，地球表面的溫室效應(yīng)也不斷增強(qiáng)，全球氣候變暖趨勢加劇。 　　1.1.1.3 氣候變化發(fā)展趨勢估測 　　持續(xù)排放溫室氣體將導(dǎo)致氣候系統(tǒng)所有組成部分進(jìn)一步變暖和長期變化，從而增加對人類和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重、普遍和不可逆轉(zhuǎn)影響的可能性（王雪鈺， 2019）。限制氣候變化將需要大量持續(xù)減少溫室氣體排放，這與適應(yīng)一起可以限制氣候變化風(fēng)險(xiǎn)。 IPCC第五次報(bào)告顯示，在所有評估的排放情景下，預(yù)計(jì)地球表面溫度將在 21世紀(jì)繼續(xù)上升；熱浪很可能會更頻繁地發(fā)生并持續(xù)更長時(shí)間，并且極端降水事件將在許多地區(qū)變得更加強(qiáng)烈和頻繁；海洋將繼續(xù)變暖和酸化，全球平均海平面將上升。自 IPCC第四次報(bào)告以來，對海平面變化的理解和預(yù)測有了顯著改善。全球平均海平面上升將在 21世紀(jì)繼續(xù)，很可能以比 1971年至 2010年更快的速度增長（IPCC，2014）。 　　一系列 IPCC排放情景特別報(bào)告（ SRES）預(yù)測，未來 20年每十年溫度將升高 0.2℃；即使所有溫室氣體和氣溶膠的濃度保持在 2000年水平，全球溫度每十年仍將升高 0.1℃；如果溫室氣體濃度保持現(xiàn)狀不變，由于與氣候過程和反饋相關(guān)的時(shí)間尺度的存在，人類活動引起的變暖和海平面上升也將會持續(xù)數(shù)個(gè)世紀(jì)；若溫室氣體濃度以目前的趨勢繼續(xù)增加，將引起進(jìn)一步變暖問題，從而導(dǎo)致 21世紀(jì)全球氣候系統(tǒng)的更多變化，這些變化可能要比20世紀(jì)觀測到的大得多（IPCC，2014）。 　　根據(jù)對未來人類社會溫室氣體排放的一系列假設(shè)，再利用氣候系統(tǒng)模式，可以預(yù)測未來 100年或者更長時(shí)間的氣候可能會發(fā)生什么樣的變化？傮w上來說，未來 100年的地表溫度有可能升高 1.1～6.4℃。但是從總體來說，溫度變化低也不會低于 1.1℃，因?yàn)闅夂蛳到y(tǒng)有比較長或者比較大的慣性，所以這種暖化的現(xiàn)象會持續(xù)很長一段時(shí)間。未來在氣候繼續(xù)變暖這樣一個(gè)背景下，高溫?zé)崂、?qiáng)降水事件發(fā)生的頻率很可能會持續(xù)上升。臺風(fēng)、颶風(fēng)的風(fēng)速會更大、更強(qiáng)，破壞力更為嚴(yán)重（IPCC，2014）。 　　1.1.2 氣候變化的影響 　　氣候變化不僅對于自然環(huán)境會產(chǎn)生重大影響，對人類自身也會產(chǎn)生巨大的影響。氣候變化將擴(kuò)大現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)，并為自然和人類自身帶來新的風(fēng)險(xiǎn)。而且這些風(fēng)險(xiǎn)分布不均，對于處于不同發(fā)展水平的國家中的弱勢群體和區(qū)域來說，風(fēng)險(xiǎn)通常更大。即使人為的溫室氣體排放停止，氣候變化和相關(guān)影響的許多方面也將持續(xù)幾個(gè)世紀(jì)。隨著變暖幅度的增加，突然或不可逆變化的風(fēng)險(xiǎn)也會增加。氣候變化對自然的影響主要有以下幾個(gè)方面。 　　1.1.2.1 對海洋系統(tǒng)的影響 　　氣候變化對海洋系統(tǒng)的影響包括：海面溫度上升，平均海平面上升，海冰融化增加，海水鹽度、洋流、海浪狀況發(fā)生變化等，這些影響將可能使沿海地區(qū)的洪災(zāi)更加嚴(yán)重、風(fēng)暴影響范圍更大、海岸侵蝕更嚴(yán)重，沿海的生態(tài)系統(tǒng)也將受到影響，如濕地和植被減少等。全世界大約有 1/3的人口生活在沿海岸線 60km的范圍內(nèi)，全球氣候變暖導(dǎo)致的海洋水體膨脹和兩極冰雪融化，將危及這些沿海地區(qū)，特別是那些人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的河口和沿海低地。由于氣溫升高，在過去 100年中全球海平面每年以 1～2mm的速度在上升，預(yù)計(jì)到 2050年全球海平面將繼續(xù)上升 30～50cm，這將淹沒沿海大量低洼土地（IPCC，2014）。 　　1.1.2.2 對冰川的影響 　　由于氣候變暖，導(dǎo)致大量的冰川消融后退，冰川融水會自然及人類社會產(chǎn)生極大的影響。例如，冰川融化將使全球海平面上升，威脅沿海海拔較低的國家或地區(qū)；可能使得極端天氣出現(xiàn)頻率增加，影響生物生存；低緯地區(qū)可能降水減少，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生較大影響；影響全球生態(tài)系統(tǒng)，改變生態(tài)環(huán)境而加快生物滅絕速率，等等。國際冰雪委員會（ ICSI）的一份研究報(bào)告指出，喜馬拉雅地區(qū)冰川后退的速度比世界其他任何都要快。如果目前的融化速度繼續(xù)下去，這些冰川在 2035年之前消失的可能性非常之大。 　　1.1.2.3 對生態(tài)和生物多樣性的影響 　　首先，全球氣候變暖導(dǎo)致海平面上升和降水格局改變，改變了當(dāng)前的世界氣候格局；其次，全球氣候變暖影響和破壞了生物鏈、食物鏈，帶來更為嚴(yán)重的自然惡果。氣候變化可能惡化某些本已瀕臨滅絕的物種的生存環(huán)境，對野生動植物的分布、數(shù)量、密度和行為產(chǎn)生直接的影響。同時(shí)，氣候變暖也迫使許多物種向更高的緯度和海拔遷移，當(dāng)這些物種無法再遷移時(shí)，就會造成地方性的甚至是全球性的滅絕（丁繼武和周立華，2009）。 　　1.1.2.4 對糧食安全的影響 　　對于熱帶和溫帶地區(qū)的作物，如小麥、水稻和玉米，若未能使其適應(yīng)氣候變化，將對 21世紀(jì)后期水平（上升 2℃）更高溫度下的產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響。 21世紀(jì)后期全球溫度可能升高 4℃或更高，加上糧食需求的增加，將對全球糧食安全構(gòu)成巨大風(fēng)險(xiǎn)。 　　1.1.2.5 對降水和水資源的影響 　　預(yù)計(jì)氣候變化將減少大多數(shù)干燥亞熱帶地區(qū)的可再生地表水和地下水資源，各部門之間的水競爭將可能更加激烈。隨著人口的不斷增加，對水資源的需求越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致許多地區(qū)水資源的壓力越來越大。導(dǎo)致水資源不足的因素中，氣候變化要占到 20%。氣候變化將引起降水的地區(qū)、時(shí)間以及年際之間分布更加不平衡，將會使許多已經(jīng)受到水資源脅迫的國家更加困難。一般來說，水溫升高淡水質(zhì)量也會下降。氣候變化對水資源、水質(zhì)量以及洪災(zāi)和旱災(zāi)的頻度和強(qiáng)度的影響，對未來水資源管理和洪水管理帶來更大的挑戰(zhàn)。 　　1.1.2.6 對人體健康的影響 　　IPCC第五次報(bào)告顯示，到 21世紀(jì)中葉，預(yù)計(jì)的氣候變化將主要通過加劇已經(jīng)存在的健康問題來影響人類健康，且具有非常高的可信度（ IPCC，2014）。在整個(gè) 21世紀(jì)，與沒有氣候變化的基線相比，預(yù)計(jì)氣候變化將導(dǎo)致許多地區(qū)，特別是低收入發(fā)展中國家的健康不良現(xiàn)象增加。到 2100年，某些地區(qū)的高溫和高濕度的組合，會在一年中的某個(gè)時(shí)段，預(yù)計(jì)會影響人類的共同活動，包括種植食物和在戶外工作（ IPCC，2014）。簡單來說，比如：①全球氣候變暖直接導(dǎo)致部分地區(qū)夏天出現(xiàn)超高溫，心臟病及各種呼吸系統(tǒng)疾病，每年都會奪去很多人的生命，其中又以新生兒和老人的危險(xiǎn)性*大。②全球氣候變暖導(dǎo)致臭氧濃度增加，低空中的臭氧是非常危險(xiǎn)的污染物，會破壞人的肺部組織，引發(fā)哮喘或其他肺病。③全球氣候變暖還會造成某些傳染性疾病傳播（范曉丹，2014）。 　　1.2 林業(yè)碳匯與氣候變化 　　1.2.1 現(xiàn)階段應(yīng)對氣候變化的主要措施 　　目前，人類面對氣候變化及其帶來的影響，無非是從兩方面入手。**是減緩氣候變化。在如下領(lǐng)域減少或避免溫室氣體排放：可再生能源；能源效率；可持續(xù)交通；土地利用、土地利用變化和林業(yè)的管理（ LULUCF）。例如，增強(qiáng)對氣候變化的減緩能力，*切實(shí)可行的辦法是廣泛植樹造林、加強(qiáng)綠化、停止濫伐森林，擴(kuò)大自然生態(tài)系統(tǒng)的碳庫（包括土壤碳庫）；社會系統(tǒng)中優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源轉(zhuǎn)換和使用效率、降低能耗，尋找低碳排放的新能源等。第二是適應(yīng)氣候變化。旨在通過在發(fā)展政策、規(guī)劃、計(jì)劃、項(xiàng)目和行動中促進(jìn)迅捷和長期的適應(yīng)措施，使發(fā)展中國家具備適應(yīng)氣候變化的能力。 　　因此，森林在應(yīng)對氣候變化中，具有雙重的作用。大量造林，采取更加低碳的方式經(jīng)營森林，能夠作為減緩氣候變化的重要手段之一，中國政府就將森林作為應(yīng)對氣候變化的重要戰(zhàn)略資源。另外，隨著氣候變暖的慣性持續(xù)，部分區(qū)域的森林將受到重大影響，需要定向的培育或者改善經(jīng)營方式，用以適應(yīng)氣候變化，并使之成為減緩氣候變化的措施之一。 　　1.2.2 森林在應(yīng)對氣候變化中具有特殊的作用 　　森林在應(yīng)對氣候變化中扮演了一個(gè)十分重要的角色，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 　　1）森林是陸地上*大的儲碳庫。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是陸地上*主要的生物碳儲存庫，是生物群中對地球初級生產(chǎn)力的*大貢獻(xiàn)者。據(jù) IPCC估計(jì)，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量約 24 770億 t，其中植被碳儲量約占 20%，土壤碳儲量約占 80%。占全球土地面積約 30%的森林，其森林植被的碳儲量約占全球植被的 77%，森林土壤的碳儲量約占全球土壤碳儲量的 39%，森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的 57%（楊玉坡，2010）。王紹強(qiáng)等（ 1999）研究發(fā)現(xiàn)中國陸地土壤碳庫為 1001.8×108t，平均碳密度為 10.83kg C/m2，而中國國土面積僅占全球陸地面積的 6.4%，中國土

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