侵蚀条件下红壤丘陵区不同侵蚀部位土壤碳对土地生产力的影响规律研究

土壤侵蚀对土地生产力影响，目前主要从侵蚀对土壤养分和土壤水分的影响角度进行研究，而从侵蚀对土壤碳影响的角度来开展土壤侵蚀与生产力之间关系的研究还比较少，特别考虑不同坡面部位和不同地貌部位土壤碳和土地生产力的空间分异规律，并将侵蚀-土壤碳-土地生产力进行有机结合的研究更加鲜见。本项目以红壤丘陵区典型区域中国科学院桃源农业生态试验站所在宝洞峪流域作为研究区域，采用野外实地调查、微型径流试验小区模拟降雨试验、长坡面定位小区以及典型地貌小区野外观测相结合的实验方法，并利用研究区域多年定位观测资料和预研究成果,通过对侵蚀条件下红壤丘陵区坡面土壤碳的流失过程、不同坡面部位和不同地貌部位土壤碳和土地生产力的空间分异规律以及两者定量关系的研究，揭示红壤丘陵区不同侵蚀部位土壤碳对土地生产力的影响规律，从而为进一步研究土壤侵蚀产生的综合环境效应提供理论基础，也为红壤丘陵区土地质量改善和生态环境保护提供依据。

项目针对土壤侵蚀、土壤碳与土地生产力之间的复杂性及不确定性，以中国南方红壤丘陵区典型区域（邵阳市水土保持科技示范园）为研究对象，采用野外调查法、野外径流小区模拟降雨实验法、长坡面径流小区定位观测法以及典型地貌小区野外实验法，在多场模拟降雨试验的基础上，通过对长坡面径流小区和不同地貌部位土壤有机碳空间分布及土地生产力动态变化进行的定位监测，研究了侵蚀条件下小区尺度泥沙及土壤有机碳迁移和空间再分布特征，分析了不同坡面部位及地貌部位土地生产力与土壤碳的空间分布特性及其相互关系，探索了耕作方式对有机碳迁移流失及其对土地生产力的影响效应，深入地揭示了红壤丘陵区侵蚀条件下土壤碳动态对土地生产力的影响规律。研究结果表明：红壤丘陵区土壤侵蚀过程中土壤有机碳流失严重，且在水平坡面和垂向剖面上发生了显著的再分布；土壤有机碳的物理运移过程除了受到降雨历时、降雨强度等因素的影响外，也受到土壤性质，尤其是土壤质地、有机碳含量以及土壤表面状况的显著影响，其中由于耕作方式差异导致的土壤表面状况变化对于土壤有机碳的横向迁移流失有着极为重要的影响，表现为土壤耕作显著减少土壤有机碳的横向迁移，有利于垂向淋滤。泥沙是侵蚀过程中有机碳流失的主要载体，随泥沙流失的土壤有机碳占总有机碳流失量的84%以上，但土壤有机碳在随泥沙流失过程中存在选择性迁移，且在高强度侵蚀中更加显著，具体表现为以小于0.25 mm的团聚体为主要迁移颗粒，同时受到坡度、雨强、坡面状况的强烈影响；泥沙有机碳富集比随降雨时间的变化规律表现为在富集比大于1时，呈现出逐渐降低的趋势，在富集比小于1时，则表现出明显的波动特征。有机碳流失量与泥沙流失量和径流流失量均存在极显著的立方关系，有机碳流失量随着泥沙流失量的增加而增大，而随着径流量的增加存在阈值，当径流量大于阈值时，有机碳流失量反而下降。不同侵蚀部位、不同土地利用方式以及不同地貌部位有机碳或水溶性有机碳、颗粒态有机碳、微生物量有机碳等活性有机碳含量和分布与土地生产力显著相关，虽然土壤有机碳变化对土地生产力改变贡献率只有5.6%，但是由于有机碳直接或间接影响的土壤性质对土地生产力具有决定性作用。