侵蚀-沉积过程中土壤轻组有机碳的变化机制

Soil erosion may influence soil organic carbon(SOC) stocks and dynamics. However, the fate of the SOC transported, redistributed and deposited by erosional processes is a subject of intense debate. Duirng a given erosion and deposiontal event, using a natural abundance 13C method and SOC fractionation techniques, we will investigate 1) effect of raindrop erosion on SOC mineralization; 2) changes in light SOC and heavy SOC in sediment during trasportation process; 3) changes in soil CO2 efflux, light SOC and heavy SOC at depositional site; 4) effects of sediment burial on soil CO2 efflux and SOC fraction. Based on the realtionships of SOC changes to soil dispersion, sediment transportation, and deposition, we will explore the mechanism of eroded C dynamics in the view of erosion-depositional process. Results from this proposal will may have signifcant implications for understanding of erdoded SOC dynamics, and may provide new sights and theory basis for eroded C dynamics.

土壤侵蚀是影响全球碳循环的重要因素，但侵蚀条件下土壤有机碳库变化的方向、大小存在巨大的不确定性。针对一个完整的土壤侵蚀-沉积过程，本项目通过室内模拟降雨、泥沙迁移、沉积并结合土柱培养试验，采用有机碳分组和稳定性碳同位素示踪技术，研究溅蚀对土壤有机碳矿化影响、泥沙迁移过程中土壤有机碳组分的变化规律、沉积泥沙有机碳矿化、CO2通量变化特征以及掩埋条件下土壤CO2通量和有机碳组分响应。在此基础上，探寻溅蚀、泥沙迁移、泥沙沉积掩埋等与土壤有机碳变化的关系。从土壤侵蚀-沉积的角度，探讨侵蚀影响土壤有机碳的变化机制，为评价侵蚀影响土壤有机碳变化机理提供新思路和理论依据。

侵蚀对陆地生态系统碳循环的影响为近年来碳循环研究领域中的热点问题之一，但侵蚀条件下陆地生态系统土壤有机碳库变化的方向、大小存在巨大的不确定性。本项目以侵蚀过程中有机碳浓度、转化为对象，针对完整的土壤侵蚀-沉积过程，通过室内模拟和野外观测，重点研究了侵蚀有机碳在溅蚀、泥沙迁移和沉积过程中的变化特征及其影响因素。结果发现，溅蚀条件下，土壤团聚体破碎促进了有机碳矿化分解。坡度变化对土壤CO2通量具有显著影响，随着坡度增加，土壤CO2通量呈现减少趋势。坡位对土壤CO2通量影响显著，主要呈下坡位 > 中坡位 > 上坡位的趋势。土壤CO2通量与坡度之间存在显著的负指数关系。据此，提出土壤CO2通量随坡度变化的反应系数，即坡度系数。坡度和坡位也会显著影响土壤CO2通量温度敏感系数 (Q10) 的变化。随坡度的升高，Q10显著降低。土壤水分、细根生物量和SOC的差异是坡度间Q10的差异主要因素。降雨和SOC组分在侵蚀区和沉积区的重新分布是影响土壤CO2通量的重要因素。侵蚀条件下，沉积区土壤CO2通量较侵蚀区提高31%。在侵蚀区和沉积区， 0-40cm土壤有机碳库和有机氮库表现为，侵蚀区比未侵蚀区分别降低了48.3%和35.3%；沉积区比未侵蚀区分别降低了14.3%和8.2%；沉积区比侵蚀区分别升高了65.6%和67.8%。土壤容重均表现出侵蚀区 > 沉积区；在侵蚀区和沉积区，土壤团聚体颗粒大小分布，团聚体总量，团聚体几何平均粒径和平均质量粒径的响应不同。土壤总体孔隙度和有效水含量表现为：侵蚀区< 沉积区。径流和泥沙在侵蚀和沉积部位的重新分布引起土壤水分和底物空间变异，这是导致土壤呼吸在侵蚀与沉积部位变化的重要因素。此外，随坡度增大，侵蚀与沉积部位土壤呼吸总量呈递减趋势。不同坡位微生物群落组成由上坡位贫养菌为主转变为下坡位富养菌为主。上述结果尤其坡度系数的提出为估算或预测坡地生态系统中土壤CO2通量提供了参数。侵蚀与沉积区微生物群落差异对深入理解不同侵蚀环境下土壤有机碳的矿化机制提供新思路和理论依据。