侵蝕作用下南方紅壤丘陵區(qū)土壤有機碳流失、更新及穩(wěn)定性特征研究.pdf

1、全球氣候變暖是當前人類面臨的最嚴峻的環(huán)境問題之一，而土壤碳庫變化是影響大氣CO2濃度及全球氣候變化的一個重要原因。地球表層土壤及其母質在降雨雨滴、地表徑流和下滲水分作用下發(fā)生剝離、遷移及沉積的侵蝕是擾動土壤碳庫的重要過程。然而，侵蝕對土壤碳庫是“源效應”還是“匯效應”仍未達成一致意見。主要的分歧點在于侵蝕區(qū)是否存在大量的土壤有機碳(SOC)更新，沉積區(qū)埋藏的SOC是否穩(wěn)定存在。而以往的研究主要聚焦于侵蝕作用下SOC的再分布、SOC的礦化

2、、SOC侵蝕量、沉積區(qū)位置等方面，侵蝕驅動下的侵蝕原位區(qū)更新碳質量（穩(wěn)定性及其組分）和異位沉積區(qū)SOC的穩(wěn)定性研究有待進一步深入。
　　基于以上科學問題，本研究以紅壤丘陵區(qū)典型小流域作為研究對象，在徑流小區(qū)尺度上分析了SOC和可溶性有機碳(DOC)的遷移流失規(guī)律，在小流域尺度上研究了侵蝕原位區(qū)SOC和DOC的更新及其穩(wěn)定性，以及沉積區(qū)埋藏的有機碳的組分及其穩(wěn)定性特征，得出以下結果和結論:
　　1、通過野外徑流小區(qū)人工模擬降雨

3、試驗，探討了侵蝕影響下SOC和DOC的遷移流失和再分布規(guī)律。結果表明，有機碳流失量隨降雨歷時呈單峰型特征，最大流失峰值產(chǎn)生時間受雨強和坡面狀況影響，而再分布主要受坡面耕作方式影響。有機碳流失規(guī)律的研究表明，不同雨強下，SOC和DOC流失量隨雨強增大而增加，SOC最大流失峰值產(chǎn)生時間在大雨強下比小雨強提前48min，DOC最大的流失峰則小雨強比大雨強提早6min;不同耕作方式下，翻耕坡面SOC最大流失峰產(chǎn)生時間比免耕坡面早，DOC最大流失

4、峰值則比免耕晚。有機碳再分布研究表明，不同雨強下，坡面有機碳再分布呈分帶現(xiàn)象，免耕條件下再分布主要發(fā)生在坡中部位，而翻耕坡面再分布發(fā)生在坡肩部位。
　　2、結合核素137Cs示蹤方法，研究了小流域侵蝕影響下有機碳的更新。研究結果表明，侵蝕原位區(qū)存在大量SOC和DOC的更新，并且主要發(fā)生在表層0-20cm。流域內(nèi)雖然有植被覆蓋但仍然發(fā)生了侵蝕，侵蝕量大小表現(xiàn)為馬尾松林區(qū)域＞杜英林區(qū)域＞樟林區(qū)域＞紫薇林區(qū)域＞光葉白蘭區(qū)域;流域侵蝕區(qū)存

5、在不同強度的SOC更新，更新量大小為紫薇林區(qū)域(9.1MgC ha-1)＞杜英林區(qū)域(8.1Mg C ha-1)＞光葉白蘭區(qū)域(6.0MgC ha-1)＞樟林區(qū)域(5.9MgC ha-1)＞馬尾松林區(qū)域(0.3MgC ha-1)。DOC的更新量呈光葉白蘭區(qū)域(0.2±0.03g Ckg)＞紫薇林區(qū)域(0.17±0.04g Ckg)＞杜英林區(qū)域(0.15±0.02g Ckg)＞樟林區(qū)域(0.14±0.04g Ckg)＞馬尾松林區(qū)域(0.0

6、9±0.02g Ckg)。
　　3、采用熱重和光譜分析技術，研究了流域內(nèi)侵蝕區(qū)和沉積區(qū)SOC和DOC的穩(wěn)定性特征。結果表明，侵蝕區(qū)和沉積區(qū)土壤有機碳（SOC和DOC）穩(wěn)定性特征和影響機制存在顯著差異。侵蝕區(qū)SOC和DOC穩(wěn)定性高于沉積區(qū)，沉積區(qū)具有較強的碳固存潛力。SOC穩(wěn)定性研究的結果表明，侵蝕區(qū)SOC穩(wěn)定性隨剖面深度增加而增加，沉積區(qū)有機碳穩(wěn)定性隨剖面深度變化差異不顯著。剖面相應深度SOC的熱穩(wěn)定性侵蝕區(qū)比沉積區(qū)高，SOC活性

7、組分含量沉積區(qū)比侵蝕區(qū)高。SOC固存因子的研究結果表明，侵蝕區(qū)深層土壤(＜30cm)碳固存潛力高于表層(0-30cm)，沉積區(qū)表層碳固存潛力高于深層，且平均土壤顆粒比表面積(SSA)高于侵蝕區(qū)。DOC的分子穩(wěn)定性研究結果表明，疏水性物質和分子聚合度較高的組分主要集中于侵蝕區(qū)，分子量和聚合度低的組分主要分布于沉積區(qū);侵蝕區(qū)DOC主要由類腐殖質、色氨酸、類蛋白質構成，而沉積區(qū)DOC由類腐殖質和類蛋白質組成。表明侵蝕可能導致DOC組分在侵蝕區(qū)

8、和沉積區(qū)產(chǎn)生分異，使DOC中的活性組分在沉積區(qū)累積。疏水性和腐殖質化程度相對較高的類腐殖質在侵蝕區(qū)沉積區(qū)都呈表聚分布;分子量較小，聚合度較低和活性較高的色氨酸和類蛋白組分含量隨剖面深度增加而逐漸增多。
　　通過以上研究結果，本研究認為:在小流域尺度上，侵蝕事件可增加該區(qū)域土壤有機碳庫，可初步判定研究小流域侵蝕作用為碳匯效應。相關的研究結果將有助于進一步辨清侵蝕碳源匯效應，深入認識陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程和準確估算區(qū)域碳平衡有著重要意