魏守才，張曉平，陳學(xué)文

(1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春130102;2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

土壤水蝕對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)及全球碳循環(huán)平衡的影響

魏守才1，2，張曉平1，陳學(xué)文1

(1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春130102;2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

由降雨徑流造成的土壤侵蝕是全球土壤退化的最重要原因之一，同時(shí)也促進(jìn)了土壤有機(jī)碳(SOC)在陸地表面的再分布，改變了侵蝕沉積區(qū)SOC的礦化速率，從而影響全球碳循環(huán)和碳平衡。文章介紹了國內(nèi)外相關(guān)的研究結(jié)果，綜述了土壤水蝕對(duì)SOC動(dòng)態(tài)及全球C循環(huán)平衡的影響。土壤水蝕造成侵蝕區(qū)SOC流失，增大侵蝕區(qū)SOC的礦化速率;而在沉積區(qū)，沉積作用造成SOC的埋藏富集，但對(duì)碳礦化速率的影響并沒有一致的認(rèn)識(shí)。大部分研究認(rèn)為沉積作用抑制SOC的礦化，通常在進(jìn)行土壤侵蝕地區(qū)SOC動(dòng)態(tài)變化計(jì)算時(shí)，只是簡(jiǎn)單計(jì)算侵蝕和沉積部位某段時(shí)間內(nèi)SOC的差值，并沒有將沉積埋藏在低洼處的SOC考慮在內(nèi)，埋藏的次序也沒有涉及，由此高估了因水蝕而損失的SOC量，成為全球碳循環(huán)過程中“失匯”的一個(gè)重要原因。目前的研究?jī)A向于土壤水蝕是“碳匯”，但由于SOC動(dòng)態(tài)變化的多因素性及對(duì)土壤侵蝕大范圍長時(shí)間測(cè)定的不確定性，所以對(duì)土壤侵蝕“碳源”“碳匯”的討論仍存在很大的爭(zhēng)議。圖2，參55。

土壤水蝕;碳再分布;碳礦化;SOC動(dòng)態(tài)

0 引言

因大氣中CO2濃度升高而引起的全球氣候變暖問題得到人們的極大關(guān)注，目前很多研究都聚焦在減少CO2排放和增加土壤中碳(C)的固定上。水土流失(水蝕)是土壤退化的一個(gè)最普遍的原因，全球約有80%的土地受到侵蝕［1］，同時(shí)土壤侵蝕也影響到全球C的循環(huán)平衡［2-3］，土壤侵蝕對(duì)土壤碳循環(huán)和碳平衡的影響是全球變化研究的前沿領(lǐng)域之一。

全球遭受水蝕的土地達(dá)到10.94億hm2，其中嚴(yán)重侵蝕達(dá)7.51億hm2［1］。Lal［2］指出，全球每年因侵蝕而發(fā)生移位的SOC為4.0 Pg C·年-1～6.0 Pg C·年-1，其中20%被氧化為CO2進(jìn)入大氣，2.8 Pg C·年-1～4.2 Pg C·年-1在陸地上進(jìn)行再分布，而進(jìn)入到海洋的C為0.4 Pg C·年-1～0.6 Pg C·年-1，其中大部分被氧化為，由土壤水蝕而引起的C的礦化量為0.8 Pg C·年-1～1.2 Pg C·年-1。由此可見，土壤水蝕對(duì)全球C循環(huán)具有重大的影響，在計(jì)算全球C循環(huán)平衡時(shí)，必須要考慮土壤水蝕對(duì)C的影響［5］。

土壤C庫的主要來源是植物殘?bào)w和根系的腐殖質(zhì)化，水蝕過程造成土壤C在景觀內(nèi)的遷移搬運(yùn)及在低洼部位的沉積，此外土壤C庫中的可溶性部分會(huì)發(fā)生淋溶，進(jìn)入到水體中，上述每個(gè)過程都伴隨著C的礦化和溫室氣體的排放，見圖1。Gregorich等［6］把水土流失影響SOC動(dòng)態(tài)和儲(chǔ)量的過程總結(jié)為兩個(gè)方面:一是造成SOC在地表的再分布，二是在很大程度上改變了C礦化的生物環(huán)境。而Lal［2］則將土壤水蝕影響SOC動(dòng)態(tài)的機(jī)理細(xì)分為六個(gè)方面:一是對(duì)土壤團(tuán)聚體的崩解破壞，二是徑流優(yōu)先侵蝕搬運(yùn)密度小的SOC，三是SOC的原位礦化，四是沉積部位及運(yùn)輸過程中SOC的礦化，五是沉積區(qū)團(tuán)聚體的再形成過程，六是沉積區(qū)及海床的沉積深埋過程。其中前四個(gè)過程促進(jìn)了SOC的礦化分解，減少侵蝕區(qū)土壤中SOC的含量，后兩個(gè)過程利于SOC在陸地表面的埋藏積累。

圖1 土壤水蝕影響下土壤C庫的動(dòng)態(tài)Fig.1Soil C dynamic under water-driven erosion

1 土壤水蝕條件影響下SOC在地表的再分布

土壤水蝕主要通過雨滴的擊濺作用和徑流的剝蝕作用引起侵蝕區(qū)SOC的流失。早期的研究認(rèn)為，在坡耕地，因土壤水蝕而損失的SOC的數(shù)量是因礦化而損失的SOC的數(shù)量的幾倍［7-9］。De Jong等［10］認(rèn)為草地系統(tǒng)中50%的SOC損失由土壤侵蝕引起，Pennock等［11］也認(rèn)為在農(nóng)田系統(tǒng)中因水土流失而損失了大量的SOC，他研究加拿大坡耕地不同侵蝕部位的SOC含量情況，指出開墾80年后，坡肩部位的SOC含量較開墾前減少了55%，其中70%的減少是由土壤侵蝕引起的。隨著研究的深入，Lal［2］認(rèn)為，土壤水蝕雖然造成侵蝕區(qū)SOC減少，但在沉積區(qū)SOC富集。需要指出的是，下坡位在發(fā)生侵蝕現(xiàn)象的初期可能作為沉積區(qū)對(duì)SOC起富集埋藏的作用，但隨著侵蝕的深入進(jìn)行，下坡位有可能變?yōu)榍治g區(qū)，SOC遭受損失［6］。方海燕等［12］用137Cs和210Pbex示蹤法研究中國東北黑土區(qū)坡耕地土壤水蝕對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，認(rèn)為受流域土壤水蝕的影響，坡耕地SOC含量的空間變異性很大。且很多研究表明，土壤水蝕條件下土壤有機(jī)碳流失主要以泥沙為承載體被帶走，溶于徑流而流失的只是很少的一部分［8，13］。在侵蝕區(qū)，隨徑流遷移再分布的土壤物質(zhì)主要為輕質(zhì)細(xì)顆粒，富含有機(jī)質(zhì)［6，14］。重新被固定而進(jìn)入土壤碳庫的SOC大部分為活性碳，它的數(shù)量要小于因侵蝕而損失掉的SOC，而損失掉的惰性碳庫部分的恢復(fù)要經(jīng)過非常長的時(shí)間，所以侵蝕區(qū)土壤SOC在逐漸減少［3，15］。Gregorich等［16］研究加拿大坡耕地不同侵蝕部位及未發(fā)生侵蝕的免耕土壤的總有機(jī)碳和活性碳的含量變化后認(rèn)為，無論是總有機(jī)碳、易礦化碳，還是微生物量碳，發(fā)生侵蝕坡面的土壤比未發(fā)生侵蝕的土壤這三者的含量都要低。而在沉積區(qū)，SOC隨泥沙沉積下來，由于埋藏作用和團(tuán)聚體重新形成時(shí)的物理保護(hù)作用，減少了SOC的礦化分解，且沉積區(qū)土壤粘粒增加，有機(jī)質(zhì)積累，可溶性養(yǎng)分富積，增加了土壤的陽離子代換量和土壤持水能力，所有這些也都減小了SOC的礦化，由此沉積區(qū)SOC含量不斷增加［3，17］。所以，由降雨徑流引起的土壤水蝕造成了侵蝕區(qū)SOC發(fā)生剝離遷移并在低洼的沉積部位沉積埋藏，使得SOC在坡地地表再分布。

2 土壤水蝕對(duì)SOC礦化的影響

土壤侵蝕主要通過三個(gè)方面影響土-氣間的CO2交換［3］:一是影響侵蝕區(qū)SOC的分解礦化［18-19］;二是沉積區(qū)的埋藏作用抑制了SOC的分解［18，20-21］;三是在分離和搬運(yùn)的過程中土壤顆粒被破壞，加速了SOC的分解礦化［2］。Van Oost等［15］指出，在分離和搬運(yùn)過程中被分解進(jìn)入到大氣中的C量占總C量的比例并不大，這與McCarty等［22］的結(jié)論相同。水蝕條件下，由于SOC吸附在團(tuán)聚體外部或被包裹在其內(nèi)部，雨滴通過快速濕潤而剝離整個(gè)團(tuán)聚體，使SOC暴露，這些過程為微生物提供了有利的活性條件，導(dǎo)致侵蝕泥沙中SOC快速礦化［23］。其礦化量取決于泥沙顆粒組成及固定周期［24］。此后，侵蝕區(qū)因缺少植被覆蓋而表土裸露，保水能力降低，相比其他坡位，土壤碳通量在夏季時(shí)可能更高，而冬季較低。在沉積區(qū)由于養(yǎng)分富集作用增加了SOC含量，其絕大多數(shù)與礦物質(zhì)或微團(tuán)聚體重新復(fù)合，通過埋藏固定了一部分SOC，并且隨著沉積區(qū)陽離子交換量和含水量增加將逐漸弱化其礦化過程［25-27］。但也有的研究認(rèn)為沉積區(qū)水分養(yǎng)分條件好，微生物活性條件好，有利于C的礦化［28］。還有的研究［29-30］也表明，在侵蝕過程發(fā)生后的一個(gè)短期時(shí)間內(nèi)，沉積區(qū)SOC礦化速率保持在一個(gè)很高的水平，不過隨著時(shí)間的推移會(huì)很快降下來。Polyakov等［24］認(rèn)為在沉積區(qū)，侵蝕泥沙的體積大小和結(jié)構(gòu)是影響泥沙中SOC礦化速率的兩個(gè)重要因素，由于更高的SOC含量和更大的空氣接觸面積，導(dǎo)致粗團(tuán)聚體SOC的礦化速率是微團(tuán)聚體SOC礦化速率的8倍。

土壤水蝕不直接影響CO2通量，但卻可以通過對(duì)土壤水分、土壤溫度、殘?bào)w輸入量以及SOC含量的影響而對(duì)土壤呼吸產(chǎn)生間接的影響。各侵蝕部位土壤溫度和水分在一天中的不同時(shí)間可能表現(xiàn)出一定的差異性。沉積區(qū)土壤含水量比其他部位高，土壤溫度明顯滯后于氣溫，而侵蝕區(qū)由于表面暴露和缺少植被覆蓋，土壤溫度高于沉積區(qū)，且具有更大的土壤極端溫度［31］。Bajracharya等［32-33］研究美國俄亥俄州淋溶土水蝕對(duì)土壤中CO2濃度和CO2通量日變化及季變化的影響，以兩周為間隔測(cè)定不同侵蝕部位兩年內(nèi)的土壤CO2濃度、CO2通量及相應(yīng)的溫度和水分，結(jié)論為土壤水蝕主要通過對(duì)土壤溫度的影響來影響CO2釋放，而且侵蝕區(qū)溫度高于沉積區(qū)(5%～20%)，且在夏季溫度高的時(shí)候重度侵蝕區(qū)和中度侵蝕區(qū)的土壤CO2釋放速率比微度侵蝕區(qū)和沉積區(qū)要高。同時(shí)Bajracharya指出各侵蝕部位C通量與土壤含水量沒有顯著的關(guān)系。但有的研究卻認(rèn)為沉積區(qū)表層土壤富含有機(jī)質(zhì)，土壤含水量高，抑制了碳的礦化［21，34］。

如上所述，關(guān)于土壤侵蝕對(duì)侵蝕區(qū)C礦化速率的增加作用，目前的研究有一致的結(jié)論，改變侵蝕區(qū)土壤物理化學(xué)性質(zhì)，提高土壤溫度，減少土壤水分，增加土壤C的礦化速率，導(dǎo)致了侵蝕區(qū)土壤C庫的減少。但對(duì)于沉積區(qū)C礦化速率的影響還存在分歧，這可能是因?yàn)槌练e區(qū)土壤物理化學(xué)及微生物條件更復(fù)雜，C礦化速率是多種因素綜合作用的結(jié)果，而各研究之間的土壤植被條件的差異，測(cè)定時(shí)間、方法的不同都可能導(dǎo)致不同的結(jié)論。不過目前的大部分研究?jī)A向于沉積部位減少C的礦化［3，5］。

3 土壤水蝕與“失匯”的關(guān)聯(lián)

3.1 土壤水蝕區(qū)SOC變化量的計(jì)算

眾所周知，目前對(duì)全球C循環(huán)平衡的研究中存在“失匯”的問題，也就是說，觀測(cè)到的陸地和海洋向大氣排放的CO2的數(shù)量超過同期陸地海洋從大氣吸收的CO2及大氣中CO2的增加量之和，這部分沒有被測(cè)定到的“碳匯”的數(shù)量約為2 Pg C·年-1～4 Pg C·年-1［35］。土壤侵蝕被認(rèn)為與全球C循環(huán)中的“未知匯”有關(guān)。通常土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化計(jì)算公式為:

其中:C0—初始狀態(tài)下的土壤有機(jī)碳含量(%);Ct—目前的土壤有機(jī)碳含量(%);Si、Hi、BDi—第i地貌部位的面積(m2)，土壤深度(m)和土壤容重(g·cm-3)。則:

在坡耕地，ΔSOCe—侵蝕區(qū)土壤有機(jī)碳損失量;ΔSOCe1—沉積區(qū)土壤表層有機(jī)碳損失量，見圖2。侵蝕區(qū)表層SOC并不是侵蝕區(qū)原始的土壤有機(jī)碳，而是坡上部位表層被剝蝕后剩存的下層SOC;沉積區(qū)表層SOC含量也不是沉積區(qū)原始的SOC，而是坡上部位遷移堆積來的SOC，且侵蝕部位有機(jī)碳含量較高的表層土壤埋藏在沉積區(qū)的下端。因此，侵蝕部位土壤有機(jī)碳損失量的計(jì)算應(yīng)該除去因搬運(yùn)沉積于低洼部位的碳，而沉積部位需考慮埋藏的有機(jī)碳儲(chǔ)量。所以水蝕區(qū)的ΔSOC應(yīng)為:

式中:ΔSOCe—侵蝕區(qū)土壤有機(jī)碳損失量; ΔSOCe2—沉積區(qū)原始土壤層有機(jī)碳損失量;ΔSOCb—埋藏的土壤有機(jī)碳數(shù)量［31］。通常在進(jìn)行土壤侵蝕地區(qū)SOC動(dòng)態(tài)變化計(jì)算的時(shí)候，只是簡(jiǎn)單計(jì)算侵蝕和沉積部位隨時(shí)間而變的SOC差異，并沒有將沉積埋藏在低洼處的SOC考慮在內(nèi)，埋藏的次序也沒有涉及，這樣就高估了因水蝕而損失的SOC量，成為全球C循環(huán)過程中“失匯”的一個(gè)重要原因［2，34］，見圖2。

圖2 坡耕地SOC遷移再分布示意圖Fig.2SOC redistribution by erosion on sloping field

3.2 土壤水蝕與“失匯”

土壤水蝕影響土壤中碳的釋放和固定，而土壤固碳是應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要途徑［36］。目前科學(xué)家關(guān)于土壤水蝕對(duì)全球碳循環(huán)平衡的影響仍有很大的爭(zhēng)議，主要有兩方面的原因。一是因?yàn)镾OC的動(dòng)態(tài)變化是由多種相互作用的過程和因素控制的，而目前絕大多數(shù)研究只是研究其中的一個(gè)方面［3］，很少有人將多個(gè)方面的過程和因素綜合考慮。實(shí)際上，土壤類型、耕作方式和作物管理等都會(huì)影響土壤侵蝕對(duì)SOC的作用。早期的研究［8-9，37］就表明土壤水蝕對(duì)SOC的影響在很大程度上取決于土壤的類型和土層的厚度。Ketcheson等［38］研究坡耕地不同耕作管理下的土壤水蝕程度時(shí)指出，秸稈移除和秋耕處理下的土壤流失量和SOC流失量最大，免耕的最小。此外，土壤質(zhì)地也會(huì)影響土壤侵蝕對(duì)SOC的作用［39］。存在爭(zhēng)議的另一個(gè)原因是在計(jì)算遷移搬運(yùn)過程中的C及沉積區(qū)的C的動(dòng)態(tài)時(shí)，必須要在很大的時(shí)間和空間尺度內(nèi)來進(jìn)行，但由于侵蝕在時(shí)間上的不確定性和空間上的不連續(xù)性，所以這種計(jì)算會(huì)比較困難［40］。對(duì)于碳匯碳源的研究，最主要的兩個(gè)控制因素是SOC的損失率和沉積區(qū)SOC的固定率［3，41］。隨水土流失而進(jìn)行再分配的SOC主要是一些輕質(zhì)不穩(wěn)定的顆粒態(tài)有機(jī)碳［6，14］，易被氧化。土壤水蝕在很大程度上改變了土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，如容重、空隙度、土壤持水能力、陽離子代換量、有機(jī)質(zhì)含量以及養(yǎng)分含量［6］。土壤水蝕使得侵蝕區(qū)土地變得干旱，土壤濕度降低，土壤溫度增加，進(jìn)而加速SOC的氧化過程，且侵蝕區(qū)養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)減少，生物的植物量以及根系殘?bào)w的還田量減少，SOC的生成速率也相應(yīng)降低［2，14，42］。土壤發(fā)生侵蝕后，土層變薄，下層土壤進(jìn)入到耕層內(nèi)，更加惡化了土壤物理化學(xué)性質(zhì)，如有機(jī)物質(zhì)減少、土壤團(tuán)聚體減少及入滲率減小。所有這些因素都增加了降雨時(shí)的徑流量，反過來加速了土壤侵蝕的速度。而在沉積區(qū)土壤粘粒增加，有機(jī)質(zhì)積累，可溶性養(yǎng)分富積，增加了土壤的陽離子代換量和土壤持水能力，抑制了SOC的礦化。

Smith等［21］用質(zhì)量平衡分析方法研究美國密西西比河五大支流的土壤水蝕對(duì)SOC再分布和礦化的影響，認(rèn)為土壤水蝕減少SOC的礦化，水土流失是全球C循環(huán)的“匯”，而不是“源”。他同時(shí)指出，10%的侵蝕泥沙最終流出密西西比河流域，但卻有20%被侵蝕的SOC最終流出該流域。侵蝕泥沙、沉積泥沙及河流中輸送到流域外的泥沙中的碳與泥沙量的比分別為0.015、0.015和0.030。隨泥沙在低洼部位沉積的SOC分解速率降低，減少了礦化，沉積區(qū)SOC的礦化速率小于侵蝕區(qū)SOC礦化速率的5%，整個(gè)流域內(nèi)SOC含量保持穩(wěn)定，沉積區(qū)SOC礦化減小，侵蝕區(qū)損失的SOC被新形成的SOC補(bǔ)充。Fang等［43］利用137Cs和飛灰技術(shù)研究中國東北黑土區(qū)坡耕地土壤侵蝕及SOC再分布情況，認(rèn)為自開墾以來，自上坡侵蝕掉的SOC有61.2%并沒有隨徑流流出積水小流域，而是沉積在耕地的低洼部位。Van Oost等［3］研究10個(gè)微小流域的土壤SOC侵蝕沉積動(dòng)態(tài)，表明由侵蝕區(qū)被侵蝕帶走的SOC有53%～95%在沉積部位沉積埋藏，且綜合考慮侵蝕區(qū)和沉積區(qū)土壤與大氣碳庫的碳交換，認(rèn)為土壤侵蝕是一個(gè)碳“匯”，全球每年因土壤侵蝕而固定的C量約為0.12 Pg C·年-1，其中67%的固定量由農(nóng)耕地完成。這與Trimble等［44］的結(jié)論相似。但也有研究認(rèn)為全球每年因土壤侵蝕造成的C固定量高達(dá)1.2 Pg C·年-1［18，20］。而Lal等［2，45］卻認(rèn)為水蝕是全球大氣CO2的一個(gè)重要碳“源”，隨降雨徑流遷移的SOC有20%會(huì)被礦化進(jìn)入到大氣中，總量達(dá)到1.0 Pg C·年-1。但Lal并沒有將侵蝕區(qū)C的補(bǔ)充及沉積區(qū)C的埋藏和礦化減少考慮在內(nèi)，這致使計(jì)算的土壤侵蝕對(duì)SOC礦化的貢獻(xiàn)量偏大。

此外，研究水蝕對(duì)全球C循環(huán)平衡的影響，必須把淡水系統(tǒng)沉積區(qū)(沖積平原)SOC的動(dòng)態(tài)考慮在內(nèi)。在湖泊和其他淡水系統(tǒng)中，初級(jí)生產(chǎn)被認(rèn)為是大氣CO2的一個(gè)匯［46-47］。對(duì)沉積區(qū)碳源、碳匯的討論要計(jì)算初級(jí)生產(chǎn)力與土壤碳凈排放量之間的差值［21］。Cole［48］和St Louis等［49］認(rèn)為淡水系統(tǒng)排出的CO2比吸收的多，其中St Louis等［49］研究美國威斯康辛州和加拿大不列顛哥倫比亞省這些溫帶地區(qū)的水體系統(tǒng)的碳排放情況，測(cè)得CO2的凈排放量為140 t·km-2·yr-1。Smith等［21］測(cè)得美國密西西比河流域沉積區(qū)土壤CO2凈排放量為250 t·km-2·yr-1。而熱帶地區(qū)淡水系統(tǒng)CO2的凈排放量要高一些，約為350 t·km-2·yr-1。然而，只有把上述沉積區(qū)的CO2凈排放量與泥沙來源處的侵蝕地帶的CO2凈排放量做比較，才能真正說明侵蝕沉積對(duì)全球C循環(huán)平衡的影響。全球陸地土壤平均CO2凈釋放量為650 t·km-2·yr-1［17，50］，與此相比，上述幾個(gè)淡水系統(tǒng)沉積區(qū)CO2凈排放量都要小很多，由此也可看出沉積作用對(duì)CO2排放有減少作用。

土壤水蝕促進(jìn)了SOC在陸地表面的再分布，改變了侵蝕沉積區(qū)C的礦化速率，從而影響全球C的循環(huán)過程和全球C平衡的計(jì)算。土壤侵蝕被認(rèn)為是一個(gè)未知的“碳匯”。目前科學(xué)家關(guān)于土壤侵蝕對(duì)全球碳循環(huán)平衡的影響仍有很大的爭(zhēng)議，這主要是由于SOC動(dòng)態(tài)變化的多因素性及對(duì)土壤侵蝕大范圍長時(shí)間測(cè)定的不確定性，但目前的大部分研究?jī)A向于土壤侵蝕是“碳匯”，測(cè)算的固定量從0.12 Pg C·年-1～1.2 Pg C·年-1。

4 研究中存在的問題及展望

目前的研究主要集中在對(duì)土壤侵蝕及沉積地區(qū)的靜態(tài)研究方面，對(duì)侵蝕過程中SOC的剝離、運(yùn)移及沉積的動(dòng)態(tài)研究較少［24］。雖然也有此方面模擬試驗(yàn)和預(yù)報(bào)模型的報(bào)道［29-30，51-52］，但很難通過這些去了解侵蝕發(fā)生過程對(duì)SOC產(chǎn)生的實(shí)際影響，無法準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)侵蝕過程中SOC的趨向問題。所以非常有必要進(jìn)行長期的野外定位試驗(yàn)，以獲得具體地點(diǎn)的次降雨實(shí)時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)［30］，如不同侵蝕部位的SOC侵蝕、運(yùn)移、沉積和礦化情況等。目前的研究表明，土壤侵蝕在一定程度上改變了坡耕地農(nóng)田土壤在不同侵蝕部位的C礦化速率，并把主要原因歸結(jié)于溫度及水分的差異［33，53］。但影響C礦化是多種因素綜合作用的結(jié)果，土壤侵蝕除了影響溫度和水分外，也會(huì)通過對(duì)土壤質(zhì)地、土壤團(tuán)聚體、營養(yǎng)元素(氮)、植物根系等的影響對(duì)C礦化產(chǎn)生作用，在這些方面的研究應(yīng)該加強(qiáng)。

土壤水蝕影響全球C的循環(huán)過程和全球C平衡的計(jì)算。土壤侵蝕被認(rèn)為是一個(gè)未知的“碳匯”。但目前關(guān)于土壤侵蝕對(duì)全球碳循環(huán)平衡的影響仍有很大的爭(zhēng)議，這主要是由于SOC動(dòng)態(tài)變化的多因素性及對(duì)土壤侵蝕大范圍長時(shí)間測(cè)定的不確定性。由于缺乏足夠的觀測(cè)區(qū)域和野外長期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)定方法的局限性，準(zhǔn)確量化水蝕對(duì)SOC動(dòng)態(tài)及碳循環(huán)平衡的影響還存在很大的難度，這就需要在以后的研究中堅(jiān)持野外長期定位試驗(yàn)，并采用新的研究技術(shù)和方法。土壤侵蝕在全球分布廣泛，且延續(xù)時(shí)間很長，在如此大的空間和時(shí)間尺度上測(cè)定評(píng)價(jià)土壤侵蝕對(duì)SOC及全球C循環(huán)的影響是一件很困難的事情。這就需要發(fā)展一些新的技術(shù)和手段來實(shí)現(xiàn)上述目的。WEPP模型是迄今為止較為成熟和先進(jìn)的土壤侵蝕過程模型之一，其目的是解決USLE無法計(jì)算侵蝕量時(shí)空分布這一問題，在很大程度上解決了在大范圍長時(shí)間內(nèi)的土壤侵蝕模擬預(yù)測(cè)問題，其與遙感技術(shù)的結(jié)合在全球土壤侵蝕監(jiān)測(cè)方面具有很大的應(yīng)用前景［54-55］，可以更好的量化評(píng)價(jià)全球土壤侵蝕對(duì)SOC的動(dòng)態(tài)及全球C循環(huán)平衡的影響。

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Effects of Water-driven Erosion on Soil Organic Carbon Dynamics and Global Carbon Balance

WEI Shou-cai1，2，ZHANG Xiao-ping1，CHEN Xue-wen1
(1.Northeast Institute of Geography and Agroecology，CAS，Changchun 130102，China; 2.University of Chinese Academy of Science，Beijing 100049，China)

Water-driven soil erosion is one of the most important factors contributing to soil degradation，which affects global carbon (C)cycle by redistributing soil organic carbon(SOC)over the landscape and changing SOC mineralization rate at both eroded and depositional positions.This paper aims to summarize the current researches in the world and evaluate the effect of water-driven erosion on SOC dynamics and global C balance.Water-driven erosion moves sediment and SOC down slope and promotes C mineralization rate at eroded slope positions;SOC laden sediment deposited in depositional areas is continually buried by additional sediment protecting it from mineralization.The change in SOC in a landscape over a period is generally considered to be the amount of SOC lost by erosion，without taking SOC deposition into consideration.As a result，the amount of SOC lost by erosion may be over-estimated.Soil erosion is considered to be related with the lost C sink in global C cycle.However，it is difficult to make a clear statement on effect of water-driven erosion on SOC dynamics as there are many factors affecting SOC dynamics and it is difficult to measure long term SOC redistribution by erosion in field.

water-driven erosion;carbon redistribution;carbon mineralization;SOC dynamics

S157.1

A

10.11689/j.issn.2095-2961.2015.04.003

2095-2961(2015)04-0156-07

2015-02-04;

2015-02-10.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31170483，41201217);中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所“優(yōu)秀青年人才”基金項(xiàng)目(DLSYQ12003).

魏守才(1985-)，男，山東濱州人，在讀博士研究生，研究方向?yàn)樗亮魇c土壤有機(jī)碳.

張曉平(1957-)，男，吉林長春人，研究員，主要從事黑土有機(jī)碳與保護(hù)性耕作研究.