COMPOSITIONS AND VARIATION RULE OF SOIL CARBON POOL IN THE COASTAL AREA OF WESTERN LIAONING PROVINCE
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摘要:
基于辽宁西部沿海地区多目标地球化学调查获得的表层和深层土壤碳含量数据，计算了研究区表层（0~20 cm）、中层（0~100 cm）和深层（0~180 cm）的土壤碳密度及储量，探讨了不同分类单元的土壤碳库构成特征及固碳潜力，并对近40年来土壤有机碳变化规律进行研究.结果显示：1）研究区土壤碳库构成以有机碳为主，无机碳储量随深度增加有所增大.表层、中层和深层土壤有机碳密度分别为2.14、7.59和11.27 kg/m2，低于全国多目标调查区平均值和环渤海地区.2）不同分类单元土壤碳库构成具有一定差异：表层土壤元古宇和中生界单元的碳密度较大，而中层和深层表现为古生界土壤碳密度较大；山地土壤碳密度大于丘陵和平原；褐土土壤碳密度最高，潮土最低；林草地土壤碳密度最高，耕地和园地较低.3）研究区表层、中层和深层固碳潜力分别为33.91、103.32和129.37 Mt，其中有机碳的固碳潜力大于无机碳.4）近40年间，土壤有机碳总体呈增加态势，其中，耕地和园地的表层土壤总体表现为碳源效应，释放有机碳量0.29 Mt.棕壤分布区和林地分布区对土壤有机碳的输入贡献最大.
Abstract:Based on the surface and deep soil carbon content data obtained from multi-objective geochemical survey in the coastal area of western Liaoning Province, the paper calculates the soil carbon density and storage in surface (0-20 cm), middle (0-100 cm) and deep (0-180 cm) layers of the study area, and discusses the compositions of soil carbon pool (SCP) and carbon sequestration potential(CSP) in terms of classification, as well as the variation rule of soil organic carbon (SOC) in the last 40 years. The results show that the SCP is dominated by organic carbon, while the inorganic carbon storage increases with depth, with the soil organic carbon density(SOCD) of 2.14, 7.59 and 11.27 kg/m2 for surface, middle and deep layers respectively, lower than the average of national multi-objective survey areas and circum-Bohai Sea area. The compositions of SCP vary in different classifications as follows: The carbon density of Proterozoic and Mesozoic units is high in surface layer, while that of Paleozoic unit is high in middle and deep layers; The soil carbon density of mountain is higher than that of hills and plain by landforms, the highest in cinnamon soil and the lowest in moisture soil by soil types, the highest in forest and grass lands and lower in cultivated land and garden by land use types. The CSPs of surface, middle and deep soils are 33.91, 103.32 and 129.37 Mt, respectively, with CSP of organic carbon higher than that of inorganic carbon. The SOC was increasing generally in the last 40 years, among which the surface soil of cultivated land and garden showed carbon source effect, releasing 0.29 Mt of SOC. The distribution of brown soil and forest land contributes the most to the input of SOC.
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表 1 测试分析质量参数表
Table 1. Quality parameters of sample test and analysis
测试项目 分析准确度 分析精密度 内检合格率/% 报出率/% RSD/% 合格率/% ΔlgC 合格率/% 有机碳 0.93~9.44 100 ＜0.0001~0.025 100 100 100 全碳 2.43~17.0 100 0.002~0.024 100 100 100 
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表 2 同深度土壤碳储量与碳密度统计表
Table 2. Statistics of soil carbon storage and carbon density by depths
深度/cm 碳密度/（kg/m2） 碳储量/Mt 碳储量占比/% SOCD SICD SCD SOCR SICR SCR SOCR/SCR SICR/SCR 0~20 2.14 0.44 2.58 13.62 2.82 16.43 82.87 17.13 0~100 7.59 2.04 9.62 48.30 12.95 61.25 78.85 21.15 0~180 11.27 3.38 14.65 71.73 21.49 93.21 76.95 23.05
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表 3 不同地质单元土壤碳储量和碳密度统计表
Table 3. Statistics of soil carbon storage and carbon density by geological units
地质单元 面积/km2 有机碳 无机碳 全碳 0~20 cm >0~100 cm >0~180 cm >0~20 cm >0~100 cm >0~180 cm >0~20 cm >0~100 cm >0~180 cm SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） 新生界 第四系 892 1.58 1.77 5.62 6.30 8.82 9.88 0.35 0.39 1.61 1.81 2.80 3.14 1.93 2.16 7.24 8.11 11.62 13.02 中生界 白垩系 1168 3.98 3.41 13.43 11.50 17.75 15.20 0.58 0.50 2.65 2.27 3.79 3.25 4.56 3.91 16.08 13.77 21.54 18.44 侏罗系 204 0.46 2.27 1.69 8.31 2.67 13.06 0.14 0.67 0.58 2.87 0.91 4.44 0.60 2.94 2.28 11.17 3.57 17.51 三叠系 48 0.12 2.50 0.42 8.66 0.64 13.33 0.05 1.10 0.21 4.34 0.29 6.02 0.17 3.60 0.62 13.00 0.93 19.34 小计 1420 4.57 3.22 15.54 10.95 21.06 14.83 0.77 0.54 3.44 2.42 4.99 3.51 5.34 3.76 18.98 13.37 26.04 18.34 古生界 二叠系 68 0.19 2.80 0.68 10.00 1.01 14.90 0.08 1.15 0.31 4.55 0.43 6.27 0.27 3.95 0.99 14.56 1.44 21.17 奥陶系 72 0.21 2.97 0.75 10.37 1.11 15.41 0.09 1.29 0.39 5.37 0.57 7.90 0.31 4.26 1.13 15.74 1.68 23.31 寒武系 180 0.48 2.64 1.79 9.95 2.77 15.41 0.14 0.79 0.63 3.49 0.98 5.44 0.62 3.43 2.42 13.44 3.75 20.85 小计 320 0.88 2.75 3.22 10.06 4.90 15.30 0.31 0.98 1.32 4.14 1.97 6.17 1.19 3.73 4.54 14.19 6.87 21.47 元古宇 青白口系 12 0.03 2.58 0.11 9.17 0.18 14.87 0.01 1.00 0.05 3.92 0.06 5.40 0.04 3.58 0.16 13.09 0.24 20.26 蓟县系 460 1.09 2.37 4.01 8.71 6.34 13.79 0.27 0.59 1.29 2.81 2.34 5.09 1.36 2.96 5.30 11.53 8.68 18.88 长城系 124 0.26 2.13 0.94 7.59 1.48 11.91 0.06 0.47 0.27 2.18 0.46 3.69 0.32 2.60 1.21 9.77 1.93 15.60 小计 1.39 2.33 5.06 8.49 8.00 13.42 0.34 0.57 1.61 2.70 2.86 4.80 1.73 2.90 6.67 11.19 10.86 18.22 1.39 侵入岩 白垩纪 4 0.01 1.88 0.03 7.21 0.05 12.41 0.00 0.40 0.01 2.87 0.03 7.65 0.01 2.28 0.04 10.08 0.08 20.05 侏罗纪 440 0.91 2.06 3.28 7.46 4.93 11.20 0.23 0.53 0.98 2.24 1.49 3.40 1.14 2.59 4.27 9.69 6.42 14.60 三叠纪 396 0.54 1.36 1.95 4.92 3.03 7.66 0.11 0.28 0.57 1.43 1.07 2.70 0.65 1.64 2.52 6.36 4.10 10.36 小计 840 1.45 1.73 5.26 6.26 8.01 9.54 0.34 0.41 1.56 1.86 2.60 3.09 1.80 2.14 6.82 8.12 10.61 12.63 变质岩 2240 3.59 1.60 13.01 5.81 20.12 8.98 0.68 0.30 3.32 1.48 6.13 2.74 4.26 1.90 16.34 7.29 26.25 11.72 潜火山岩 56 0.17 2.97 0.58 10.33 0.83 14.88 0.02 0.30 0.08 1.46 0.14 2.44 0.18 3.27 0.66 11.79 0.97 17.32 总计 6364 13.62 2.14 48.30 7.59 71.73 11.27 2.82 0.44 12.95 2.04 21.49 3.38 16.43 2.58 61.25 9.62 93.21 14.65
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表 4 不同地貌类型土壤碳储量和碳密度统计表
Table 4. Statistics of soil carbon storage and carbon density by landforms
地貌类型 面积/km2 有机碳 无机碳 全碳 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） 剥蚀隆褶低山 3416 8.65 2.53 30.56 8.95 44.23 12.95 1.75 0.51 7.89 2.31 12.42 3.63 10.40 3.04 38.45 11.26 56.65 16.58 剥蚀丘陵 2784 4.73 1.70 16.83 6.04 26.01 9.34 1.03 0.37 4.86 1.74 8.70 3.12 5.75 2.07 21.68 7.79 34.71 12.47 山前坡洪积倾斜平原 148 0.21 1.41 0.79 5.34 1.28 8.68 0.03 0.19 0.15 0.98 0.27 1.83 0.24 1.60 0.93 6.32 1.56 10.51 剥蚀隆褶中低山 16 0.03 2.13 0.12 7.78 0.20 12.46 0.01 0.85 0.06 3.77 0.10 6.29 0.05 2.98 0.18 11.55 0.30 18.76 总计 6364 13.62 2.14 48.30 7.59 71.73 11.27 2.82 0.44 12.95 2.04 21.49 3.38 16.43 2.58 61.25 9.62 93.21 14.65
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表 5 不同土壤类型土壤碳储量和碳密度统计表
Table 5. Statistics of soil carbon storage and a urbon densty by soil types
土壤类型 面积/km2 有机碳 无机碳 全碳 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） 棕壤 3392 8.08 2.38 28.17 8.30 40.49 11.94 1.51 0.45 7.00 2.06 11.28 3.32 9.59 2.83 35.17 10.37 51.77 15.26 潮土 1975 3.33 1.69 12.11 6.13 19.08 9.66 0.77 0.39 3.60 1.82 6.43 3.25 4.10 2.08 15.71 7.95 25.51 12.92 粗骨土 921 2.04 2.22 7.42 8.05 11.18 12.14 0.49 0.53 2.13 2.31 3.30 3.58 2.53 2.75 9.55 10.36 14.48 15.72 滨海盐土 40 0.07 1.68 0.29 7.29 0.51 12.77 0.02 0.53 0.09 2.23 0.13 3.37 0.09 2.21 0.38 9.52 0.65 16.14 褐土 36 0.10 2.65 0.31 8.63 0.46 12.83 0.02 0.55 0.14 3.80 0.35 9.66 0.12 3.21 0.45 12.43 0.81 22.49 总计 6364 13.62 2.14 48.30 7.59 71.73 11.27 2.82 0.44 12.95 2.04 21.49 3.38 16.43 2.58 61.25 9.62 93.21 14.65
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表 6 不同土地利用类型土壤碳储量和碳密度统计表
Table 6. Statistics of soil carbon storage and carbon density by land use types
土地利用类型 面积/km2 有机碳 无机碳 全碳 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） 耕地 旱地 3239 5.37 1.66 19.43 6.00 30.62 9.45 1.15 0.35 5.53 1.71 10.15 3.13 6.52 2.01 24.95 7.70 40.77 12.59 水田 32 0.06 1.81 0.21 6.41 0.31 9.62 0.01 0.25 0.03 0.98 0.04 1.39 0.07 2.06 0.24 7.39 0.35 11.01 水浇地 8 0.01 1.27 0.04 4.88 0.06 7.38 0.00 0.12 0.01 0.70 0.01 1.19 0.01 1.39 0.04 5.58 0.07 8.58 小计 3279 5.44 1.66 19.67 6.00 30.99 9.45 1.16 0.35 5.56 1.70 10.20 3.11 6.60 2.01 25.23 7.70 41.19 12.56 园地 果园 297 0.51 1.70 1.93 6.50 2.89 9.73 0.09 0.31 0.42 1.41 0.69 2.32 0.60 2.01 2.35 7.91 3.58 12.05 林地 有林地 910 2.21 2.42 7.73 8.49 10.94 12.03 0.49 0.54 2.13 2.34 3.20 3.52 2.69 2.96 9.85 10.83 14.15 15.55 灌木林地 506 2.22 4.39 7.17 14.16 9.10 17.98 0.21 0.42 1.10 2.18 1.67 3.31 2.43 4.80 8.27 16.34 10.77 21.29 其他林地 48 0.13 2.69 0.45 9.43 0.66 13.69 0.03 0.55 0.12 2.47 0.19 3.91 0.16 3.24 0.57 11.89 0.84 17.59 小计 1464 4.55 3.11 15.35 10.48 20.70 14.14 0.72 0.49 3.35 2.29 5.06 3.46 5.28 3.61 18.70 12.77 25.76 17.60 草地 其他草地 952 2.35 2.46 8.60 9.04 12.89 13.54 0.56 0.59 2.45 2.57 3.77 3.96 2.91 3.06 11.05 11.61 16.66 17.50 住宅用地 城市 140 0.31 2.23 1.12 7.97 1.78 12.73 0.15 1.05 0.60 4.32 0.90 6.42 0.46 3.28 1.72 12.28 2.68 19.14 建制镇 40 0.11 2.86 0.38 9.52 0.57 14.29 0.04 1.02 0.17 4.21 0.25 6.29 0.16 3.88 0.55 13.73 0.82 20.58 村庄 8 0.02 2.56 0.07 9.20 0.12 14.84 0.01 0.81 0.03 3.18 0.03 4.37 0.03 3.38 0.10 12.39 0.15 19.21 小计 188 0.45 2.38 1.57 8.35 2.47 13.15 0.19 1.04 0.80 4.25 1.18 6.30 0.64 3.41 2.37 12.60 3.66 19.45 其他建设用地 设施农用地 8 0.02 2.05 0.06 7.27 0.09 10.86 0.01 0.74 0.02 2.89 0.03 3.88 0.02 2.79 0.08 10.16 0.12 14.73 采矿用地 24 0.05 2.16 0.17 7.00 0.24 9.85 0.03 1.09 0.10 4.37 0.15 6.13 0.08 3.24 0.27 11.37 0.38 15.99 风景名胜及特殊用地 40 0.08 2.11 0.30 7.40 0.47 11.70 0.01 0.37 0.07 1.74 0.12 3.09 0.10 2.48 0.37 9.13 0.59 14.79 小计 72 0.15 2.12 0.52 7.25 0.79 10.99 0.05 0.65 0.20 2.74 0.30 4.19 0.20 2.77 0.72 9.99 1.09 15.18 水域 水库水面 44 0.09 1.99 0.33 7.48 0.47 10.75 0.01 0.32 0.07 1.62 0.12 2.64 0.10 2.31 0.40 9.10 0.59 13.38 坑塘水面 16 0.02 0.99 0.07 4.24 0.11 6.88 0.01 0.85 0.05 3.27 0.07 4.33 0.03 1.85 0.12 7.51 0.18 11.21 小计 60 0.10 1.73 0.40 6.62 0.58 9.72 0.03 0.46 0.12 2.06 0.19 3.09 0.13 2.18 0.52 8.68 0.77 12.80 滩涂 沿海滩涂 52 0.07 1.29 0.26 4.95 0.41 7.97 0.01 0.22 0.06 1.06 0.09 1.82 0.08 1.51 0.31 6.01 0.51 9.79 总计 6364 13.62 2.14 48.30 7.59 71.73 11.27 2.82 0.44 12.95 2.04 21.49 3.38 16.43 2.58 61.25 9.62 93.21 14.65
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表 7 不同土壤类型的土壤固碳量统计表
Table 7. Statistics of soil carbon sequestration amount by soil types
土壤类型 面积/km2 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 固碳量/Mt 平均固碳量/（kg/m2） 固碳量/Mt 平均固碳量/（kg/m2） 固碳量/Mt 平均固碳量/（kg/m2） 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 棕壤 3392 21.56 4.30 25.86 6.36 1.27 7.62 59.29 15.23 74.52 17.48 4.49 21.97 62.26 22.21 84.47 18.36 6.55 24.90 潮土 1975 2.45 2.38 4.83 1.24 1.20 2.45 7.01 11.11 18.12 3.55 5.63 9.18 11.31 16.81 28.12 5.72 8.51 14.24 粗骨土 921 1.67 1.46 3.13 1.82 1.59 3.40 5.18 5.08 10.26 5.63 5.51 11.14 9.35 6.56 15.91 10.15 7.13 17.28 滨海 盐土 40 0.03 0.02 0.06 0.87 0.51 1.38 0.22 0.08 0.30 5.53 1.89 7.41 0.52 0.09 0.61 12.88 2.37 15.25 褐土 36 0.01 0.02 0.03 0.37 0.45 0.82 0.05 0.07 0.13 1.52 2.05 3.57 0.10 0.16 0.26 2.80 4.38 7.18 总计 6364 25.73 8.17 33.91 4.04 1.28 5.33 71.76 31.57 103.32 11.28 4.96 16.24 83.53 45.83 129.37 13.13 7.20 20.33
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表 8 不同土地利用类型的土壤固碳量统计表
Table 8. Statistics of soil carbon sequestration amount by land use types
土地利用类型 面积/km2 0~20 cm 0~100 cm 0~180 cm 固碳量/Mt 平均固碳量/（kg/m2） 固碳量/Mt 平均固碳量/（kg/m2） 固碳量/Mt 平均固碳量/（kg/m2） 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 有机碳 无机碳 全碳 耕地 3279 13.51 4.22 17.73 4.12 1.29 5.41 38.14 17.14 55.29 11.63 5.23 16.86 43.85 25.08 68.94 13.37 7.65 21.02 园地 297 1.57 0.42 1.98 5.27 1.41 6.68 4.32 1.59 5.91 14.54 5.36 19.90 4.90 2.33 7.23 16.49 7.84 24.33 林地 1464 5.68 1.97 7.66 3.88 1.35 5.23 15.68 6.98 22.67 10.71 4.77 15.48 19.09 10.02 29.11 13.04 6.85 19.88 草地 952 4.16 1.18 5.34 4.37 1.24 5.61 11.21 4.23 15.44 11.77 4.45 16.22 12.47 6.01 18.48 13.10 6.32 19.41 住宅用地 188 0.42 0.16 0.58 2.23 0.87 3.10 1.18 0.70 1.88 6.27 3.71 9.98 1.38 1.02 2.40 7.31 5.45 12.76 其他建设用地 72 0.16 0.07 0.24 2.26 1.04 3.30 0.51 0.32 0.83 7.11 4.39 11.50 0.73 0.46 1.20 10.15 6.45 16.60 水域 60 0.13 0.08 0.21 2.16 1.26 3.42 0.37 0.31 0.68 6.21 5.15 11.36 0.59 0.45 1.04 9.75 7.58 17.33 滩涂 52 0.11 0.07 0.17 2.02 1.26 3.28 0.34 0.29 0.63 6.50 5.66 12.15 0.54 0.45 0.98 10.30 8.58 18.87 总计 6364 25.73 8.17 33.91 4.04 1.28 5.33 71.76 31.57 103.32 11.28 4.96 16.24 83.53 45.83 129.37 13.13 7.20 20.33
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表 9 20世纪80年代至今各土壤类型有机碳变化特征表
Table 9. Variation characteristics of organic carbon by soil types since 1980s
土壤类型 面积/km2 0~20 cm 0~100 cm 碳源效应 碳汇效应 碳源效应 碳汇效应 SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） 滨海盐土 40 -0.01 -0.50 0.01 0.54 -0.02 -1.17 0.08 3.87 潮土 1975 -0.27 -0.32 0.51 0.46 -0.85 -0.94 1.55 1.46 粗骨土 921 -0.28 -0.60 0.37 0.81 -0.33 -1.22 1.86 2.87 褐土 36 - - 0.03 0.89 - - 0.08 2.34 棕壤 3392 -0.83 -0.46 2.35 1.53 -1.41 -1.09 8.81 4.20 总计 6364 -1.38 -0.22 3.28 0.51 -2.62 -0.41 12.39 1.95
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表 10 20世纪80年代至今土壤各土地利用类型有机碳变化特征表
Table 10. Variation characteristics of organic carbon by land use types since 1980s
土地利用类型 面积/km2 0~20 cm 0~100 cm 碳源效应 碳汇效应 碳源效应 碳汇效应 SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） SOCR/Mt SOCD/（kg/m2） 耕地 3279 -0.79 -0.43 0.56 0.40 -1.81 -1.02 2.05 1.36 园地 297 -0.09 -0.46 0.04 0.41 -0.12 -0.88 0.23 1.42 林地 1464 -0.33 -0.51 1.93 2.36 -0.48 -1.15 6.70 6.38 草地 952 -0.12 -0.39 0.53 0.86 -0.06 -1.01 2.68 3.02 住宅用地 188 -0.01 -0.44 0.17 1.07 -0.03 -1.39 0.51 3.12 其他建设用地 72 -0.01 -0.31 0.04 0.81 -0.02 -0.93 0.12 2.51 水域 60 -0.01 -0.56 0.02 0.47 -0.04 -1.46 0.08 2.34 滩涂 52 -0.02 -0.48 0.01 0.77 -0.06 -1.50 0.02 1.35 总计 6364 -1.38 -0.22 3.28 0.51 -2.62 -0.04 12.39 1.95
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图(9)
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