红壤丘陵区小流域土壤侵蚀对土壤有机碳再分布及其通量的影响规律研究

The research on soil erosion impacting soil organic carbon restribution and export and its effect on soil carbon flux process in small catchments scale is one of vital Scientific problems for exploring soil carbon cycle. While, the related researchs are foucused on soil organic carbon redistribution and its lateral and vertical flux process from plot scale. In the project, a typically small catchments of Red soil Hilly Region located in the Soil and Water Conservation Institue of Shaoyang City of Hunan Province will be selected as the study site, And field artificial simulation rainfall test in micro-plot, site-observation test in slope runoff plot, field investigation and sample test in small catchments, integrated with isotopic multiple tracing method and information technology(Geographic information system, GIS) will be carried.The research content include the rule on soil erosion impacting the loess process of soil organic carbon, the effect of soil erosion on redistribution of soil organic carbon, of soil eron on export of soil organic carbon, of soil erosion on the soil organic carbon flux in the small catments. The project objective is to disclose the rule of soil erosion affecting soil organic carbon redistribution and soil organic carbon flux in red soil hilly region , which can provide some theory base for the mechasim research of soil erosion affecting the transference and the flux of soil organic carbon, and setting related policy to carbon emission reduction in red soil hilly region.

从小流域尺度，全面考虑土壤侵蚀对土壤有机碳再分布和输出过程影响及其对土壤碳通量过程影响的研究是探究土壤碳循环的关键科学问题之一，但是目前相关研究多侧重于通过小区或田间试验来开展土壤再分布及其有机碳水平向和垂向通量过程的研究。本项目以湖南省邵阳市水土保持研究所内红壤丘陵区典型小流域作为研究对象，采用野外微型径流小区模拟降雨实验、坡面径流小区定位观测实验、小流域野外调查采样实验，结合核素复合示踪技术和地理信息系统（GIS）等信息技术，通过研究土壤侵蚀对土壤有机碳流失过程的影响，小流域土壤侵蚀对土壤有机碳再分布格局的影响，小流域土壤侵蚀对土壤有机碳流域输出的影响以及小流域土壤侵蚀对土壤有机碳通量的影响，揭示红壤丘陵区小流域土壤侵蚀对土壤有机碳再分布及其通量的影响规律，从而为探讨土壤侵蚀影响土壤有机碳迁移及通量的变化机制提供一定的理论基础，也为红壤丘陵区减少碳排放政策的制定提供依据。

全面考虑土壤侵蚀对土壤有机碳（SOC）再分布和通量过程的影响是探究土壤碳循环的关键科学问题之一。尽管相关研究已经取得了一系列成果，但相关过程与机制仍然存在较大不确定性。本项目以红壤丘陵区典型小流域为研究对象，采用野外模拟降雨试验、定位监测试验、小流域采样分析试验，结合核素示踪技术和地理信息系统技术，对侵蚀作用下SOC的流失过程与特征、迁移再分布过程与规律、侵蚀后SOC稳定特征与机制进行了深入研究，并在上述研究基础上探讨了侵蚀作用下SOC通量产生的效应。主要研究结果为：（1）阐明了SOC选择性迁移规律与特征。研究发现SOC富集比随降雨历时和降雨强度的增加而逐渐降低，揭示了土壤粘粒含量与富集比的显著正相关关系，构建了基于泥沙流失量（S）的富集比（ER）预测模型ER=2.47*S-0.26。（2）应用核素示踪预测了侵蚀作用下SOC再分布过程，构建了长期侵蚀作用下流域SOC分布模型。通过137Cs和7Be在流域中的含量预测了相应区域SOC的分布特征，预测精度达到70%，更好地揭示了流域碳分布特征。在已有SOC分布模型和项目研究成果基础上，根据土壤侵蚀模数（M）提出了区域土壤侵蚀因子（0.6M0.14），结合SOC在流域表层（S0）和深层（Sn）含量、下渗系数（k），构建了侵蚀驱动下的不同深度（z）SOC垂向分布模型：Sz=((S0-Sn)exp(k*z)+Sn)*(0.6M0.14)。（3）初步明确了侵蚀影响下微生物作用机制与侵蚀后SOC的更新稳定特征。研究发现侵蚀过程中细菌和真菌下降了17.2%和28.4%，基本排除了侵蚀过程中大量矿化的可能，强调了侵蚀后SOC稳定更新对SOC通量的影响。多年监测表明侵蚀部位SOC含量更新速率与侵蚀速率相当，而沉积区SOC在土壤团聚作用和埋藏作用下能保持稳定。综合分析，流域尺度上侵蚀作用下SOC是大气碳汇，但是基于侵蚀过程的碳汇能力定量分析需要进一步研究。基于以上原因，本项目建议将侵蚀作用下微生物作用机制与侵蚀后SOC更新稳定机制作为今后研究侵蚀“源汇”效应的重要方向。