水力侵蚀下，南北两类土壤有机碳流失规律明晰
水力侵蚀下，南北两类土壤有机碳流失规律明晰
近日，西北农林科技大学水土保持科学与工程学院联合国网山东省电力公司经济技术研究院，通过人工模拟放水冲刷对比试验，厘清了红壤与塿土在水力侵蚀过程中的有机碳流失特征与作用机制。相关成果发表于《水土保持通报》。
土壤有机碳库是陆地生态系统最大的有机碳储存库，维系着全球碳循环平衡。水力侵蚀不仅造成水土资源流失，还会驱动土壤有机碳随泥沙发生迁移，改变区域碳收支格局。中国南方红壤区、北方黄土-塿土区均属于水土流失高发区域，但两类土壤在水力侵蚀下有机碳如何流失、存在哪些差异，一直缺少系统的对比试验证据。
黄土高原澄城县旱地农田与塬、沟壑的景观。张行勇 摄
科研人员分别采集江西鄱阳县红壤、陕西杨凌塿土作为试验材料，在试验土槽设置20度坡面，设计 2、3、4、5 升每分钟 四组冲刷流量，开展历时60分钟的放水冲刷模拟，系统观测泥沙有机碳含量、富集比、有机碳流失速率等关键指标。
试验发现，在冲刷过程中，两类土壤的泥沙有机碳含量均呈现先上升后下降的变化趋势。径流流量大小直接决定有机碳是“富集” 还是 “稀释”： 在低流量（2 升每分钟 ）条件下，坡面以片蚀为主，表层富碳细颗粒优先被冲刷，红壤、塿土泥沙有机碳富集比全程大于1，均值分别为 1.13 和 1.09，表现明显的有机碳富集效应；而在高流量（5 升每分钟 ）条件下，粗颗粒大量参与搬运，两类土壤富集比全程小于1，均值分别为 0.92、0.95，表现为稀释效应；中等流量3-4 升每分钟 条件下富集比则在 1 上下浮动。
泥沙有机碳富集比会随着土壤侵蚀强度增大呈显著对数函数递减关系。据此，研究团队把水力侵蚀下有机碳迁移划分为三种模式：低流量下高度选择性迁移、中等流量下一般选择性迁移、高流量下非选择性迁移。
冲刷流量显著提升有机碳流失速率。5 升每分钟 大流量条件下，红壤有机碳平均流失速率是其他流量的 1.88-4.70 倍，塿土达到 1.98-7.62 倍。同等冲刷条件下，塿土有机碳流失速率整体高于红壤，为红壤的1.05-1.70 倍，流量越大二者差距越明显。
数据分析同时证实：红壤、塿土有机碳流失强度与土壤侵蚀强度均呈显著线性正相关，泥沙是水力侵蚀过程土壤有机碳流失最主要载体，但塿土拟合斜率更高，意味着相同侵蚀强度下塿土的有机碳流失风险高于红壤。
研究团队认为，在暴雨、大径流发生时，不仅要关注土壤流失量，也要重视有机碳的损失。南方红壤区、北方黄土塿土区需要因地制宜布设水土保持措施。对于塿土分布区，尤其要防范高强度径流引发的细沟侵蚀，减少有机碳大量输出。
相关论文信息：https://doi.org/10.13961/j.cnki.stbctb.