自然降雨條件下紅壤坡面有機碳的選擇性遷移*

肖勝生湯崇軍王凌云段 劍楊 潔?

（1 江西省水土保持科學研究院，南昌 330029）

（2 江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，南昌 330029）

自然降雨條件下紅壤坡面有機碳的選擇性遷移*

肖勝生1，2湯崇軍1，2王凌云1段 劍1，2楊 潔1，2?

（1 江西省水土保持科學研究院，南昌 330029）

（2 江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，南昌 330029）

依托江西水土保持生態科技園，2015年3月―8月期間，對裸地、草地、果園和濕地松人工林四種類型徑流小區自然降雨條件下侵蝕過程中徑流泥沙和土壤有機碳的流失特征進行了原位監測。結果表明，監測期間24場降雨下，徑流系數和侵蝕模數基本上均隨雨型的增大而增加。隨著土地利用類型由裸地向果園、草地和林地的轉換，減流效益和減沙效益依次增大。徑流量和泥沙流失量最主要的影響因素分別是降雨量和徑流量。裸地、草地、果園和林地四種類型坡面上，自然降雨下土壤有機碳隨泥沙遷移的比例分別為64.67%、47.38%、53.94%和36.03%，碳流失強度分別達到560.3、1.98、122.5和2.66 mg m-2。徑流有機碳含量與徑流量之間、泥沙含碳量與泥沙量之間均呈負相關關系。裸地、果園、草地和林地四種徑流小區泥沙有機碳富集比分別為1.27、1.10、0.80和0.58，即隨著土壤侵蝕模數的降低，有機碳富集比也減小。泥沙有機碳富集比均隨雨強的增大而減小，有機碳的選擇性遷移在低強度降雨條件下表現更為明顯。

自然降雨；水力侵蝕；土壤有機碳；紅壤坡面；富集比

在坡面或流域尺度上，土壤碳庫均受到水力侵蝕的重要調控［1］。鑒于土壤有機碳在維持全球碳素平衡［2］和農業可持續發展［3］上的重要地位，土壤有機碳的侵蝕損失受到普遍關注。

諸多研究結果表明，地表徑流驅動下碳素遷移規律主要受降雨特征、地形條件、土壤性質、肥料用量、耕作方式、地表覆蓋、土地類型及利用方式等多種因素影響，其中雨強、徑流量和侵蝕泥沙量是主要影響因素［4-6］，如Ma等［6］模擬降雨試驗得到降雨強度是土壤有機碳（SOC）及可溶性有機碳（DOC）橫向遷移的主導因子，在耕作方式與雨強的綜合影響下DOC和SOC輸出濃度表現為免耕強降雨＞免耕小降雨＞翻耕小降雨。坡地有機碳的選擇性遷移（指隨著泥沙遷移或隨著徑流遷移）呈現為泥沙結合態有機碳或徑流溶解態有機碳，在不同降雨、地形和土地利用方式條件下有所不同［7-8］。摸清有機碳遷移的選擇性是針對性防治有機碳侵蝕損失的前提。

侵蝕泥沙具有碳素富集的特性，但泥沙富集比受到諸多因素的影響，如Jacinthe 等［9］認為坡長和降雨持續時間對泥沙有機碳富集比有重要影響；Wang等［10］研究發現有機碳富集比隨著季節和降雨強度的變化而變化；同時，土地管理方式和植被條件［11］以及土壤類型等［12］也被認為與有機碳富集比密切相關。

南方紅壤丘陵區是全國土壤侵蝕嚴重的地區之一。充沛的降雨產生的較大坡面徑流是侵蝕發生和發展的主要動力，由其導致的土壤和有機碳的流失已引起了較多關注［6，12-15］。但總體上，相關學者對坡地徑流碳素運移的研究多以短歷時的模擬降雨試驗為主，缺少自然降雨條件下的野外原位定量監測，而自然降雨下的原位監測由于觀測場次較多、涉及不同雨型的變化以及野外小區面積較大等原因，研究結果更能說明有機碳侵蝕損失的真實性。此外，目前相關研究主要關注坡耕地的碳素侵蝕損失，缺乏不同土地利用方式的對比研究，這不利于評估水土保持生態建設對碳循環的影響及其在應對氣候變化方面的地位和貢獻。因此，本研究通過對不同土地利用方式下的徑流小區進行自然降雨條件下的原位監測，研究徑流量、泥沙流失量及其攜帶有機碳之間的相互關系，闡明有機碳遷移損失對降雨特征、水土流失和土地利用變化的響應特征，深化土壤侵蝕與碳循環相互關系的科學認知，并為調控紅壤區有機碳損失、增強土壤固碳能力和維持土壤肥力提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于江西省德安縣江西水土保持生態科技園（115°42′38″～115°43′06″E、29°16′37″～29°17′40″N）。科技園屬于國家級水土保持示范園區，海拔30～90 m，坡度5°～12°，典型的亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫16.7℃，多年平均降雨1 469 mm。降雨年內分配不均，4～7月降雨量占總降雨量的50%～60%。土壤主要為第四紀紅黏土發育的紅壤，土層厚度平均達到1.5 m。科技園位于我國紅壤的中心區域，屬全國土壤侵蝕二級類型區的南方紅壤區，在南方紅壤區具有典型性。原有地表土壤遭受嚴重侵蝕，土壤肥力急劇減退，具有酸、黏、板、瘦等特點。經歷長時期水土保持生態建設后，科技園整體生態景觀發生顯著變化，除保留部分裸露坡面之外，土地利用類型主要有人工草地、灌叢、柑橘（Citrus reticulateBlanco）果園以及濕地松（Pinus elliottii）人工林和杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林等。

1.2 徑流小區設置

在侵蝕退化裸地以及在裸地上逐步治理恢復的百喜草（Paspalumnotatum notatumFlugge）地、柑橘園和濕地松人工林4種植被類型上建立徑流小區，每種植被類型各設立3個小區，坡度均為10°。其中裸地、果園和林地小區寬5 m（與等高線平行），長20 m（水平投影）；草地小區寬5 m（與等高線平行），長15 m（水平投影）。為阻止地表徑流進出，在每個小區的周邊設置圍埂。小區下面修筑集水槽承接小區徑流泥沙，并通過聚氯乙烯（PVC）管引入徑流池（其中濕地松小區是徑流桶）。

侵蝕裸地為植被恢復前的對照，屬強度土壤侵蝕，土壤B層出露，地表偶見結皮。百喜草地和柑橘果園在治理前均為A層土壤流失殆盡，B層出露，本底條件相似，治理起始時間均在2000年。其中，百喜草園均勻撒播形成，現蓋度達到95%，草皮平均高度約為40 cm；果園按照1 335株 hm-2的初始密度栽植，每個徑流小區現有12株柑橘，胸徑、樹高和冠幅平均值分別為7.6 cm、2.8 m和1.2 m，覆蓋度為30%；濕地松林栽植至今已有30 a的時間，胸徑和樹高分別達到20 cm和15 m，林下植被蓋度達85%，林間偶見木荷（Schima superba）、黃端木（Adinandra millettii）和鐵芒萁（Dicranopteris dichotoma）等植物。徑流小區表層（0～20 cm）土壤基本性質見表1。

1.3 研究方法

徑流小區旁建有固定雨量監測點，采用虹吸式自計雨量計記錄大氣降水過程，以此量算降雨量、降雨歷時和降雨強度等。

在裸地、草地和果園三種小區下建有徑流池，濕地松人工林徑流小區安裝有鍍鋅鐵皮制徑流桶。徑流池：根據當地可能發生的次降雨最大徑流量設計成A、B 和C三個徑流池（1.0 m×1.0 m×1.2 m），并通過五分法薄壁三角分流。徑流池裝有QYSW-301型自記水位計（清遠測控技術有限公司，西安），并通過搪瓷水尺校正。根據自記水位計記錄、水池面積和三角堰出水高度，以一次降雨過程為單位，測定逐次降雨的徑流歷時和徑流量。徑流桶：根據次降雨最大徑流量，采用分流桶+集流桶一級分流的方式收集徑流量。分流桶和集流桶均采用鍍鋅鐵皮制成，桶頂部加設蓋板，底部設排水閥。內部有效直徑設置為60 cm，高度為70 cm，其中分流孔孔底高度0.5 m，集流桶進水孔孔底高度0.5 m。為減小分流誤差，分流孔的數量設置為5個，孔徑大小均為4 cm。為保證分流均勻，分流孔為圓形，間距均為10 cm；孔均勻排列，沿坡向在同一水平線。選擇中間一孔將分流水量引入集流桶中。

表1 徑流小區表層（0～20 cm）土壤基本性質Table 1 Basic properties of the surface soils（0～20 cm）in the plots

每次產流后，將徑流池或徑流桶中泥水充分攪拌，分上、中、下3層取樣混合，再從中取出1 000 ml渾水樣，室內烘干求得泥沙含量，將其乘以徑流量即可得出此次降雨的土壤侵蝕量。因四種類型徑流小區中，裸地具有最大的徑流量和泥沙流失量。因此在本文中將裸地的徑流量減去其他三種類型小區的徑流量，差值與裸地徑流量的比值即為減流效益；同理，其他三種類型小區泥沙流失量與裸地泥沙流失量的差值與裸地泥沙流失量的比值為減沙率。

土壤有機碳（SOC）測定：采用油浴重鉻酸鉀外加熱法測定；徑流液中可溶性有機碳（DOC）測定：測量完徑流量后，取徑流液100 ml存放于4℃冰箱中靜置，將上清液倒出，4 000 r min-1離心10 min，之后浸提液用玻璃纖維濾膜（0.45 μm）與真空泵抽濾后，使用總有機碳分析儀（Elementar元素分析系統，德國）直接測定濾液中的有機碳含量；泥沙中有機碳測定：每次降雨結束后，過濾流失泥沙，所得泥沙風干、稱重后，過 20目和100目篩后采用重鉻酸鉀外加熱法進行有機碳的測定。

1.4 數據分析

泥沙中有機碳富集比：3月—8月監測期間，每個月測定一次坡面表層土壤（0～20 cm）中有機碳含量作為該月份土壤有機碳含量背景值。將每次降雨后侵蝕泥沙中有機碳濃度除以有機碳含量背景值得到泥沙有機碳富集比。

碳流失模數：考慮到不同土地利用類型徑流小區面積不一致（裸地、果園和林地均為100 m2，草地僅有75 m2），本研究中以小區范圍內有機碳流失總量（徑流中有機碳+泥沙中有機碳）除以小區面積轉換為單位面積有機碳流失量，定義為碳流失模數，單位為g m-2。

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 14.0統計軟件進行數據分析。

2 結 果

2.1 研究區自然降雨特征

降雨是坡面水力侵蝕的源動力，與坡面產匯流、產輸沙以及有機碳輸出存在密切關系。參考氣象部門24小時降雨量標準判別降雨等級，研究區2015年3月4日—8月27日24場次降雨的雨型為小雨1場，中雨和大雨均為9場，暴雨有4場，大暴雨1場。降雨量和降雨強度變化曲線圖（圖1）表明，降雨量變化較大，雨強的變化無明顯規律，既有短歷時強降雨事件（如7月24日那場降雨，降雨量達到146.5 mm，降雨歷時僅有725 min，因此雨強達到11.96 mm h-1，屬于大暴雨事件），更多的是長歷時弱降雨事件。

圖1 各場次降雨量和降雨強度Fig. 1 Rainfall and rainfall intensity of the 24 rainfall events

2.2 自然降雨不同土地利用下徑流泥沙流失特征

研究期間不同類型徑流小區地表徑流量監測結果表明，除少數幾場降雨草地徑流量很低不能進行測量之外，多數情況下不同類型小區產流差異非常明顯。為了消除徑流小區面積不同的影響，本研究不比較徑流量，而以徑流深和徑流系數來比較不同類型小區的產流差異。監測期間，裸地的徑流深遠遠高于另三種類型小區，草地與林地之間無明顯差異（圖2）。與裸地相比，林地、草地和果園的減流效益分別達到98.98%、98.85%和68.56%，說明植樹種草和果業開發等水土保持生態建設活動的保水作用明顯。柑橘果園小區減流效益不明顯，主要是因為實行了清耕處理，缺乏地被層，同時還存在大量的株間空隙和株內空隙（植被覆蓋度只有30%），其減流效益主要得益于柑橘樹的冠層截留作用［16］。此外，研究結果還顯示，隨著雨型從小到大的變化，徑流系數也依次在增大，這種變化規律在四種土地利用類型下均得到體現（表2）。

圖2 不同類型徑流小區徑流深Fig. 2 Runoff depth relative to plot

表2 不同類型徑流小區徑流系數和侵蝕模數對雨型的響應Table 2 Response of runoff coefficient and erosion modulus to rainfall types in different plots

研究結果表明，監測期間不同類型徑流小區的產沙特征存在明顯差異。24場降雨對裸地而言均是侵蝕性降雨，侵蝕模數平均73.15 t km-2。果園下僅有3場降雨無泥沙流失，侵蝕模數均值為14.90 t km-2。草地和林地徑流小區較難產生泥沙流失，即使是7月24日大暴雨事件草地和林地小區也僅有0.05 kg和0.03 kg的產沙量（而裸地和果園小區分別達到64.00 kg和15.00 kg），并且9場中雨草地小區均無泥沙流失，監測期內侵蝕模數平均僅有0.20和0.12 t km-2。與裸地相比，草地、果園和林地的減沙率分別為99.73%、79.63%和99.84%，植被的覆蓋和水土保持措施能較大程度地抑制土壤侵蝕活動，對地表土壤資源起到了良好的保護作用。此外，研究結果還顯示，隨著雨型從小到大的變化，四種類型徑流小區的侵蝕模數依次在增大（表2）。

單因素方差分析表明，影響徑流量的主要因素為降雨量。各試驗區徑流量和降雨量的相關關系均為正相關關系，相關系數為0.89～0.92，達到極顯著水平（p＜0.001）。影響泥沙流失量的主要因素為降雨量和徑流量。泥沙流失量與降雨量和徑流量之間均達到顯著的正相關關系（p＜0.05）。泥沙流失量和降雨量的相關系數為0.81～0.88，泥沙流失量與徑流量的相關系數為0.95～0.98。徑流量與土壤流失量之間的關系較降雨量與土壤流失量之間關系更為密切，說明徑流是泥沙流失的最主要載體，徑流的多少對泥沙流失量起著最終決定作用。此外，草地、果園和林地三種情況下其產流、產沙與降雨強度之間均不存在顯著的相關關系，但是裸地的產流、產沙與降雨強度的相關關系均達到顯著水平，而且其相關性均大于降雨量因素。

2.3 有機碳隨地表徑流的損失

由于徑流量偏低無法取樣等原因，裸地和果園下有24場監測數據，而草地和林地則分別僅有20場和19場降雨數據。裸地、草地、果園和林地四種類型下徑流中有機碳濃度的變化范圍（括號內為均值）分別為：3.26～8.56 mg L-1（5.00 mg L-1）、5.00～12.64 mg L-1（7.68 mg L-1）、3.16～10.48 mg L-1（6.11 mg L-1）、6.36～15.56 mg L-1（10.02 mg L-1）。不同徑流小區有機碳徑流損失的差異主要是土壤中可溶性有機碳（DOC）含量的差異引起的，如表1所示，草地、柑橘園和濕地松林表層0～20 cm土壤中DOC含量分別是裸地的2.49倍、1.06倍和1.91倍。

方差分析進一步表明（表3），除了裸地之外，草地、果園和林地三種類型小區徑流有機碳濃度與雨強均呈現顯著的負相關關系，但四種類型小區徑流攜帶有機碳濃度與徑流量之間均表現出顯著的負相關。這可能是由于徑流量逐漸增大時，細顆粒土壤大部分已流失，粗顆粒沉積于土表，可供溶解的有機碳明顯減少，導致徑流量增大而徑流有機碳濃度反而減小。

2.4 有機碳隨泥沙遷移的損失

由于泥沙量偏低無法取樣等原因，裸地下有24場降雨數據，而草地、果園和林地則分別僅有9場、21場和17場。裸地、草地、果園和林地小區泥沙中有機碳濃度變化范圍（括號內為均值）分別為：5.47～8.72 g kg-1（7.69 g kg-1）、7.26～9.89 g kg-1（8.58 g kg-1）、6.59～9.32 g kg-1（8.08 g kg-1）、7.64～10.64 g kg-1（8.93 g kg-1）。表明，隨著侵蝕裸地向草地、果園和林地的轉變，不僅表層土壤中有機碳含量增加明顯（表1），侵蝕泥沙帶走的有機碳濃度也有所增加。

表3 不同類型徑流小區下雨強和徑流量對有機碳流失濃度的影響（方差分析結果）Table 3 Effects of rain intensity and runoff volume on loss of organic carbon relative to plot（Result of variance analysis）

相關性分析表明，雨強和泥沙流失量對泥沙中有機碳含量存在明顯影響，這在四種類型小區中均得到體現（表4）。隨著雨強的增大，四種小區流失泥沙中有機碳濃度也顯著降低。此外，泥沙含碳量與泥沙流失量之間均呈負相關關系，但因為裸地和果園侵蝕強度大，泥沙碳含量與泥沙流失量存在顯著相關（p＜0.05），而草地和林地侵蝕模數很小，造成泥沙中有機碳濃度與泥沙流失量的負相關關系未達到顯著水平（p＞0.05）。低強度降雨對有機碳的選擇性分解遷移更加明顯，雨強增大降低了侵蝕過程中有機碳遷移的選擇性。

表4 不同類型徑流小區下雨強和泥沙量對侵蝕泥沙含碳量的影響（方差分析結果）Table 4 Effects of rainfall intensity and sediment yield on loss of organic carbon with sediment relative to plot（Result of variance analysis）

侵蝕過程中，有機碳在泥沙中會呈現富集現象。監測結果表明，裸地、草地、果園和林地泥沙有機碳富集比（均值±標準差，n為監測場數）分別為1.27±0.15（n=24）、0.80±0.09（n=9）、1.10±0.11（n=21）和0.58±0.05（n=17）。有機碳富集比排序為裸地＞果園＞草地＞林地，這也就意味著隨著土壤侵蝕強度的降低（即土地利用方式從裸地到草地、果園和林地的轉換），泥沙有機碳富集比減小，二者變化方向是一致的。各處理間泥沙有機碳富集比的差異，是不同土地利用方式之間質量較輕、有機碳含量較高的土壤顆粒優先運移變化所致。方差分析進一步表明，坡面尺度的水蝕過程中，泥沙有機碳富集比均隨著雨強的增大而減小（表5），并且除果園之外另外三種類型還呈顯著負相關（p＜0.05），降雨強度成為影響泥沙有機碳富集比的重要因素。

監測期間，裸地、草地、果園和林地通過泥沙遷移而損失的有機碳占比平均值分別為：64.67%、47.38%、53.94%和36.03%。裸地和果園這兩種侵蝕強度較大的小區，大雨強情況下，泥沙結合態碳損失占比也大，即隨著雨強變大，有機碳就更有可能隨著泥沙遷移。而對草地和林地兩種類型而言，有機碳隨徑流遷移還是隨泥沙遷移的幾率與雨強變化無明顯關系。這表明當雨強不足以大量搬運土壤顆粒時，DOC的徑流遷移可能是土壤有機碳損失的非常重要途徑。

2.5 不同土地利用方式間有機碳損失的差異

圖3 不同類型徑流小區各雨強下泥沙有機碳富集比Fig. 3 Organic carbon enrichment ratio of sediment relative to rainfall intensity and plot

表5 不同類型徑流小區下雨強對泥沙中有機碳富集比的影響（方差分析結果）Table 5 Effect of rain intensity on organic carbon enrichment ratio of sediment relative to plot（Result of variance analysis）

圖4 不同類型徑流小區有機碳損失總量的差異Fig. 4 Differences between the plots in total loss of organic carbon

監測結果表明，隨著雨強的變化，四種類型徑流小區之間碳損失模數（有機碳損失總量）存在差異（圖4）。24場降雨下裸地均存在一定的有機碳損失，而草地、果園和林地則分別有22場、21場和18場降雨下存在碳的流失。隨雨強的增大，不同類型小區碳流失模數的差異也越來越大。裸地、草地、果園和林地碳損失模數分別為560.3、1.98、122.5和2.66 mg m-2。裸地有機碳流失強度明顯高于其他三種類型小區，果園由于缺乏林下植被層保護也存在較強的碳損失，草地和林地碳損失強度均很弱，兩者之間也不存在顯著差異。總體而言，隨降雨強度的增大，不同類型小區有機碳的流失總量也在增大，但是二者之間的這種正相關關系未達到顯著水平。

3 討 論

3.1 侵蝕背景下有機碳的選擇性遷移

土壤侵蝕傾向于破壞水穩性大團聚體，使包裹在大團聚體內的輕質活性碳以及細顆粒結合的惰性碳隨地表水流沿坡遷移［17］。在降雨激發和侵蝕過程中，土壤中累積的溶解性有機碳產生吸附和解吸并隨徑流遷移損失［18］，而礦物結合態有機碳（Mineral-bonded organic carbon，MOC）以及顆粒有機碳（Particulate organic carbon，POC）相對穩定但易以泥沙作為載體被地表水流優先搬運［19］。

基于野外標準徑流小區的自然降雨條件下的監測結果，紅壤坡面侵蝕作用下土壤有機碳以泥沙結合態和徑流溶解態兩種形式流失。本研究中裸地、草地、果園和林地四種利用類型通過泥沙損失的有機碳占比分別為64.67%、47.38%、53.94%和36.03%，平均為50.51%，這與袁東海等［20］在第四紀紅黏土發育紅壤上的監測結果相一致。但聶小東等［14］在紅壤區坡耕地的模擬降雨試驗卻表明，泥沙結合態有機碳流失量占有機碳總流失量的84%以上，最高達97.6%，相關研究結果差別較大。同樣在黃土高原的研究也存在差異。許明祥和劉國彬［7］以及賈松偉等［21］均指出土壤流失所攜帶的大量黏、粉粒是有機碳搬運的主要載體，最高可以達到95%以上；但馬祥華和焦菊英［8］卻發現通過泥沙流失的有機碳含量與通過徑流流失的有機碳含量相當，這種差異可能與不同的研究對象或研究方法等有關。

因此，坡地有機碳流失的主要途徑既有以泥沙結合態為主的也有以徑流溶解態為主的，這可能與土壤類型、有機碳含量、耕作措施、降雨時間及降雨強度等特性相關。特別是降雨特性、土壤類型及其有機碳含量對泥沙和徑流中的有機碳起著決定性作用。對于裸地等侵蝕程度較大的小區（相當于前人研究中模擬降雨下的坡耕地小區），有機碳的選擇性遷移途徑與降雨特性密切相關，隨著雨強增大有機碳就更有可能隨著泥沙遷移。

3.2 侵蝕泥沙有機碳富集比的變化及影響因素

侵蝕過程中泥沙有機碳的富集是土壤有機碳選擇性遷移的表現形式，是質量較輕、有機碳含量較高的土壤顆粒在徑流運移作用下優先遷移的結果，早在1952年就得到相關結論［22］。本研究坡面尺度的水蝕過程中，泥沙有機碳富集比均隨著雨強的增大而減小，降雨強度成為影響泥沙有機碳富集比的重要因素；不同土地利用類型間隨著侵蝕強度的增大，泥沙有機碳富集比也增大。這與國內外眾多研究結果是一致的［13，23-26］。如在紅壤坡耕地的模擬降雨試驗發現［14］，在整個降雨過程中，小雨強（0.64 mm min-1）泥沙有機碳富集比均大于1，大雨強（1.69 mm min-1）均小于1，有機碳的選擇性遷移在低強度降雨條件下表現更為明顯。Jacinthe等［9］也認為與高強度降雨相比，土壤碳在低強度降雨中泥沙富集比更高，顯示出更高的選擇性。

分析雨強對有機碳遷移影響的原因，主要是因為坡面地表徑流產生后，小降雨時徑流首先搬運土壤中的細小顆粒物質，形成泥沙中黏粒的富集［13，27］。雨強增大增加了徑流的運移能力，大團聚體和大顆粒同樣被遷移［26］，導致泥沙流失量增加，但已有研究表明，土壤大顆粒物質中有機碳的含量遠低于小粒級土壤［28］，黏粒等小粒級土壤是有機碳流失的主要載體［9，29］。土壤有機碳在土壤黏粒中分布較多，在沙粒中分布較少，其含量隨土壤顆粒粒徑的加粗而逐漸下降［30］。李光錄和張勝利［31］也表明侵蝕作用下土壤有機碳主要分布在粒徑＜50 μm的黏粒和粉粒中。因此，低強度降雨對有機碳的選擇性分解遷移更加明顯，雨強增大降低了侵蝕過程中有機碳遷移的選擇性。

張雪等［12］同樣是在紅壤坡耕地的模擬降雨試驗卻得到不同的結論，大雨強（1.64 mm min-1）泥沙有機碳富集比在產流發生后的18 min內大于1，隨后降至1以下，而小雨強條件下（0.58 mm min-1）泥沙中有機碳則幾乎無富集。此外，黃土丘陵區的泥沙有機碳富集比始終大于1［21］。造成侵蝕作用下土壤有機碳的泥沙富集比研究結果差別較大的原因是多方面的，是土壤侵蝕與土壤碳循環的研究熱點。這主要與土壤碳素在不同侵蝕條件下隨水沙遷移的復雜性有密切關系，其中泥沙有機碳的富集規律就是這種復雜性的反映。綜上，泥沙有機碳富集比受到坡長和降雨持續時間［23］、季節和降雨強度［10］、土地管理方式和植被條件［11］以及土壤類型［12］等的密切影響。

4 結 論

自然降雨下紅壤區野外徑流小區監測結果表明，裸地、草地、果園和林地四種類型坡面侵蝕作用下土壤有機碳隨泥沙遷移的比例分別為64.67%、47.38%、53.94%和36.03%，碳平均損失強度分別為560.3、1.98、122.5和2.66 mg m-2。隨著雨強的增大，不同類型小區之間碳流失強度的差異和損失總量也越來越大。土地利用類型和降雨特性對有機碳在徑流和泥沙間的選擇性遷移均會產生影響。不同土地利用類型之間隨著侵蝕程度的加重，有機碳更易隨著泥沙遷移，泥沙有機碳富集比也增大，而泥沙有機碳富集比隨著雨強的增大而減小。

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Soil Erosion-induced Selective Transfer of Organic Carbon in Red Soil Slope Field under Natural Rainfall

XIAO Shengsheng1，2TANG Chongjun1，2WANG Lingyun1DUAN Jian1，2YANG Jie1，2?
（1 Jiangxi Institute of Soil and Water Conservation，Nanchang 330029，China）
（2 Key Laboratory of Soil Erosion and Prevention of Jiangxi Province，Nanchang 330029，China）

【Objective】The red soil hilly region in South China is one of the areas of the country suffering serious soil erosion. Currently，the researches on loss of soil organic carbon with soil erosion in this region were executed mainly via simulated rainfall tests，without much in-situ field quantitative monitoring under natural rainfalls or comparison between fields different in land use. This study was intended to explore relationships of surface runoff and sediment loss with organic carbon carried in runoff and sediment under natural rainfall，so as to characterize responses of soil organic carbon transfer and loss to changes in rainfall，soil erosion and land use，and to deepen the scientific knowledge about relationship between soil erosion and carbon recycling.【Method】Tracts of bare land，grassland，citrus orchard，and secondary splash pine forest were selected for the experiment as runoff plots in the Jiangxi Soil and Water Conservation Ecological Science Park. Surface runoff，sediment loss and soil organic carbon carried therein were monitored under 24 typical rainfalls between March to August，2015 in order to illustrate selective transfer of soil organic carbon. 【Result】Results show as follow：（1）Runoff coefficients and the soil erosion modulus increased with increasing rainfall intensity during all the 24 rainfall events. With the conversion of land use in type from bare land to orchard，grassland and forest，the effects of land use reducing runoff and sediment increased. Rainfall intensity was the major factor affecting runoff volume，while the latter was the one affecting sediment loss，with correlation coefficient being 0.89～0.92（p＜0.001）and 0.95～0.98（p＜0.05），respectively.（2）Under natural rainfalls，the concentration of organic carbon was 5.00，7.68，6.11 and 10.02 mg L-1in runoff and 7.69，8.58，8.08 and 8.93 g kg-1in sediment on the bare land，grassland，orchard and forest，respectively. The concentration of organic carbon in runoff was significantly and negatively related to volume of the runoff and so was the concentration in sediment with the volume of sediment loss. The sediment-associated loss of soil organic carbon in the four plots accounted for 64.67%，47.38%，53.94% and 36.03% of the total lost with the erosion，and reached 560.3 mg m-2，1.98 mg m-2，122.5 mg m-2and 2.66 mg m-2in intensity，respectively.（3）The organic carbon enrichment ratio of the sediment in the bare land，orchard，grassland and forest was 1.27，1.10，0.80 and 0.58，respectively，and decreased gradually with increasing rainfall intensity. Selective transfer of organic carbon was more evident in weak rainfalls.【Conclusion】Under natural rainfalls，soil erosion has very important impacts on migration of soil organic carbon in slope fields in the red soil region. Selective migration of soil organic carbon with surface runoff or sediment is determined mainly by rainfall characteristics（especially rainfall intensity）and land use pattern. In all the lands，regardless of land use，intensified soil erosion makes it easier for soil organic carbon to migrate with sediment，and organic carbon enrichment ratio of the sediments also increases with intensifying soil erosion. However，organic carbon enrichment ratio of the sediment decreases with rising rainfall intensity.

Natural rainfall；Water erosion；Soil organic carbon；Red soil slope；Enrichment ratio

S156.3

A

（責任編輯：陳榮府）

10.11766/trxb201610130419

* 國家自然科學基金項目（41303064）、公益性行業（水利）科研專項（201501047）和江西省水利科技重大研究項目（KT201417）共同資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 41303064），the Special Fund for Water Resources Research in the Public Interest（No.2014BAD15B0303）and the Major Research Projects of Water Resources Department of Jiangxi Province（No. KT201417）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：zljyj@126.com

肖勝生（1981—），男，湖北省英山縣人，博士，高級工程師，主要從事土壤侵蝕/水土保持與氣候變化的耦合關系研究。E-mail：xss19811213@163.com

2016-10-13；

2016-12-02；優先數字出版日期（www.cnki.net）：2016-12-23