降水变化驱动下不易渗透性土壤团聚体结构变化与有机碳迁移规律

Soil aggregate structural transformation due to precipitation variability is one of the physical mechanisms underlie the spatial variation of soil organic matter (SOM). However, the impact of precipitation variability on the vertical pattern of soil with low permeability has long been overlooked. In this study, we performed centrifuge experiments conducted with lessive clay and dark brown clay from broad-leaved korean pine forest in Changbai Mountain. By using centrifuge modeling techniques, we aimed to quantify the migration of water and SOM and interpret the underlying mechanisms, thus providing insight to soil erosion prediction induced by regional scale climate change.

降水变化影响土壤有机碳格局的物理机制之一是土壤团聚体结构的变化。目前，对于一类具有不透水底层或入渗能力低的土壤，降水变化影响的团聚体有机碳垂直格局与机制甚少被关注。本文以长白山阔叶红松林白浆化粘土和暗棕色粘土为研究对象，采用离心机模拟技术，基于降水变化对土壤团聚体有机碳的影响，定量阐述低渗透性土壤的水分运移规律、降水驱动的低渗透性土壤有机碳运移规律和参数，为区域尺度气候变化对土壤侵蚀的模型预测提供科学依据。

本项目以长白山原始阔叶红松林土壤为研究对象，进行室内降雨模拟试验，在50、80和110 mm/h降雨强度和不同覆盖物（凋落物和纱网）影响下开展离心机测定土壤持水能力、土壤有效孔隙度以及土壤团聚体结构、内含颗粒分布变化与土壤溶液中有机碳迁移规律的试验研究。研究发现降雨主要影响土壤的毛细管孔隙度，80 mm/h雨强下纱网覆盖的土壤持水能力最低，土壤含水量随土壤水势下降也降低的最快。降雨影响下>2000 μm的大团聚体不能稳定存在于土壤中，约有50%的大团聚体受雨水影响崩解为250-2000 μm的大团聚体。110 mm/h雨强下大团聚体崩解会释放出更多的微团聚体。降雨导致大团聚体崩解的同时，雨水径流冲刷也造成其内部包含的粗颗粒有机质损失，其中50 mm/h雨强下土壤损失的颗粒有机质最多。研究结果表明降雨导致的大团聚体崩解及其内含粗颗粒有机质释放是土壤碳损失的主要原因，而降雨导致>2000 μm大团聚体崩解的同时，却在土壤中留下了更高碳含量的250-2000 μm大团聚体和微团聚体，最终使得降雨后全土碳含量无显著变化。