蔗区小流域泥沙有机碳入河负荷的时空变化特征及其影响因素.pdf
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1、第4 3卷第3期2 0 2 3年6月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.3J u n.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 8 修回日期:2 0 2 2-1 2-1 9 资助项目:国家自然科学基金项目“湿热区土壤水蚀面源污染对垦殖强度的响应:中缅泰对比研究”4 2 2 2 0 1 0 4 0 0 4);广西科技重大专项“甘蔗农机农艺融合规模化生产技术示范”桂科(AA 1 7 2 0 2 0 0 5-1);广西自然科学基金重点项目(2 0 1 8 J
2、 J D 1 5 0 0 1 4)第一作者:吴宗猛(1 9 9 6),男(汉族),广西壮族自治区钦州市人,硕士研究生,研究方向为土壤侵蚀与碳循环。E m a i l:1 3 4 4 3 2 2 7 3 6 q q.c o m。通信作者:李勇(1 9 5 8),男(汉族),陕西省蒲城县人,教授,博士生导师,主要从事农业面源污染追因与防控研究。E m a i l:l i y o n g c a a s.c n。蔗区小流域泥沙有机碳入河负荷的时空变化特征及其影响因素吴宗猛,郭 豪,李 勇,陈婷婷,周小淇,杨翠红,杨江怡,王 旭,黄智刚(广西大学 农学院/广西农业环境与农产品安全重点实验室,广西 南宁
3、5 3 0 0 0 4)摘 要:目的针对广西红壤区典型小流域坡耕地甘蔗土壤有机碳流失问题,探究其流失时空特征和影响因素,解析流域泥沙有机碳在甘蔗不同生长时期入河负荷时空变化,为揭示自然降雨侵蚀下土壤有机碳流失的影响机制提供科学依据。方法试验区位于广西壮族自治区崇左市扶绥县客兰水库水源区那辣小流域,流域分为下游子流域(S1)和上游子流域(S2,S3)。利用无人机技术和径流泥沙自动监测采样系统对甘蔗4个生长时期(苗期、分蘖期、伸长期和成熟期)入河泥沙有机碳及植被覆盖度等进行监测,并利用皮尔逊相关分析,确定入河泥沙有机碳与降雨径流、植被覆盖度和施肥等影响因素的关系。结果甘蔗苗期的流域泥沙有机碳入河负
4、荷占整个生长期总流失量的6 1.1%,显著高于其他生长期,其特征为苗期(5.1k g/h m2)成熟期(1.6k g/h m2)伸长期(1.4k g/h m2)分蘖期(0.3k g/h m2)。流域降雨径流和植被覆盖度与泥沙有机碳入河负荷呈极显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的4 5%和5 4%;而流域施肥和土壤容重与泥沙有机碳入河负荷呈显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的7 9%和3 6%。结论流域入河泥沙有机碳流失变化主要是由降雨径流、植被覆盖度、施肥和土壤容重所引起。在蔗区小流域,通过增加植被覆盖以减少地表径流的冲刷及调控施肥时间,对降低土壤有机碳流失具有重要
5、作用。关键词:蔗区小流域;泥沙有机碳;入河负荷;时空变化特征;地表径流;植被覆盖度文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 3-0 3 7 4-0 8 中图分类号:S 1 5 7.1文献参数:吴宗猛,郭豪,李勇,等.蔗区小流域泥沙有机碳入河负荷的时空变化特征及其影响因素J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(3):3 7 4-3 8 1.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3 0 3 1 7.0 0 1;W uZ o n g m e n g,G u oH a o,L iY o n g,e t a
6、l.F a c t o r si n f l u e n c i n gs p a t i a la n dt e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c so fo r g a n i cc a r b o nl o a d i n gt or i v e r sf r o ms e d i m e n t i ns m a l lw a t e r s h e d s i ns u g a r c a n e a r e a sJ.B u l l e t i no f S o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i
7、 o n,2 0 2 3,4 3(3):3 7 4-3 8 1.F a c t o r s I n f l u e n c i n gS p a t i a l a n dT e m p o r a lC h a r a c t e r i s t i c so fO r g a n i cC a r b o nL o a d i n g t oR i v e r sF r o mS e d i m e n t i nS m a l lW a t e r s h e d s i nS u g a r c a n eA r e a sWuZ o n g m e n g,G u oH a o,L
8、iY o n g,C h e nT i n g t i n g,Z h o uX i a o q i,Y a n gC u i h o n g,Y a n gJ i a n g y i,W a n gX u,H u a n gZ h i g a n g(C o l l e g eo fA g r i c u l t u r e,G u a n g x iU n i v e r s i t y/G u a n g x iK e yL a b o r a t o r yo fA g r i c u l t u r a lE n v i r o n m e n ta n dA g r i c u l
9、 t u r a lP r o d u c t sS a f e t y,N a n n i n g,G u a n g x i5 3 0 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h es p a t i a l a n dt e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c sa n di n f l u e n c i n gf a c t o r so fs o i lo r g a n i cc a r b o nl o s s f r o ms u g a r c a n e i na t
10、 y p i c a l s m a l lw a t e r s h e d i nt h e r e ds o i l a r e ao fG u a n g x i Z h u a n gA u t o n o m o u sR e g i o nw e r ed e t e r m i n e d,a n dt h es p a t i a l a n dt e m p o r a l c h a n g e so fo r g a n i cc a r b o nf r o m w a t e r s h e ds e d i m e n te n t e r i n gt h er
11、 i v e rd u r i n gd i f f e r e n tg r o w t hp e r i o d so f s u g a r c a n ew e r ea n a l y z e d i no r d e r t oi d e n t i f yt h ef a c t o r s i n f l u e n c i n gs o i l o r g a n i cc a r b o nl o s su n d e rn a t u r a l r a i n f a l l e r o s i o n.M e t h o d sT h ee x p e r i m e
12、 n t a l a r e aw a s l o c a t e di nt h eN a l as u b-b a s i no f t h ew a t e rs o u r c ea r e ao fK a i l a nR e s e r v o i ra tF u s u iC o u n t y,C h o n g z u oC i t y,G u a n g x iZ h u a n gA u t o n o m o u sR e g i o n.T h ew a t e r s h e dw a sd i v i d e d i n t o t h e l o w e r s
13、 u b-b a s i n(S1)a n dt h eu p p e r s u b-b a s i n s(S2a n dS3).T h eo r g a n i cc a r b o no f i n c o m i n gs e d i m e n ta n dv e g e t a t i o nc o v e rw e r em o n i t o r e dd u r i n gf o u rg r o w t hp e r i o d s(s e e d l i n g,t i l l e r i n g,e l o n g a t i o n,a n dm a t u r i
14、 t y)o f s u g a r c a n eu s i n gUAVt e c h n o l o g ya n da na u t o m a t i cr u n o f fs e d i m e n t m o n i t o r i n g-s a m p l i n gs y s t e m.P e a r s o n c o r r e l a t i o n a n a l y s i s w a s u s e dt o d e t e r m i n et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e no r g a n i cc a
15、r b o no fi n c o m i n gs e d i m e n ta n di n f l u e n c i n gf a c t o r ss u c ha sr a i n f a l lr u n o f f,v e g e t a t i o nc o v e r,a n df e r t i l i z e ra p p l i c a t i o n.R e s u l t s T h eo r g a n i cc a r b o nl o a do fs e d i m e n t i n t ot h er i v e rd u r i n g t h e s
16、 e e d l i n gs t a g eo f s u g a r c a n e a c c o u n t e d f o r 6 1.1%o f t h e t o t a l l o s sd u r i n g t h e e n t i r eg r o w i n gs e a s o n,a n dt h i sv a l u ew a ss i g n i f i c a n t l yg r e a t e rt h a nv a l u e so b s e r v e di nt h eo t h e rg r o w i n gp e r i o d s.O r
17、 g a n i cc a r b o nl o a df o l l o w e dt h eo r d e ro f s e e d l i n gs t a g e(5.1k g/h m2)m a t u r i t ys t a g e(1.6k g/h m2)e l o n g a t i o ns t a g e(1.4k g/h m2)t i l l e r i n gs t a g e(0.3k g/h m2);r a i n f a l lr u n o f fa n dv e g e t a t i o nc o v e rw e r es i g n i f i c a
18、n t l yc o r r e l a t e dw i t ho r g a n i cc a r b o nl o s s f r o mi n c o m i n gs e d i m e n t,e x p l a i n i n g4 5%a n d5 4%,r e s p e c t i v e l y,o f t h ev a r i a t i o n i no r g a n i c c a r b o n l o s s f r o mi n c o m i n gs e d i m e n td u r i n g t h eg r o w i n gs e a s o
19、 n.F e r t i l i z e r a p p l i c a t i o na n ds o i lb u l kd e n s i t y w e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d w i t ho r g a n i cc a r b o nl o s sf r o mi n c o m i n gs e d i m e n ti nt h ew a t e r s h e d,e x p l a i n i n g7 9%a n d3 6%,r e s p e c t i v e l y,o ft h ev a r
20、 i a t i o ni no r g a n i cc a r b o nl o s sf r o mi n c o m i n gs e d i m e n td u r i n gt h eg r o w i n gs e a s o n.C o n c l u s i o nS t u d i e sh a v es h o w nt h a to r g a n i cc a r b o nl o s s f r o mw a t e r s h e ds e d i m e n t s i sm a i n l yi n f l u e n c e db yr a i n f a
21、 l l r u n o f f,v e g e t a t i o nc o v e r,f e r t i l i z e ra p p l i c a t i o n,a n ds o i lb u l kd e n s i t y.I ns m a l lw a t e r s h e d s i ns u g a r c a n ea r e a s,i n c r e a s i n gv e g e t a t i o nc o v e rt or e d u c es u r f a c er u n o f fa n dr e g u l a t i n gt h e t i
22、 m i n go f f e r t i l i z e ra p p l i c a t i o nc a np l a ya n i m p o r t a n t r o l e i nr e d u c i n gs o i l o r g a n i cc a r b o nl o s s.K e y w o r d s:s m a l l s u g a r c a n ec a t c h m e n t s;o r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n t;i n-s t r e a ml o a d i n g;s p a t i a l
23、a n dt e m p o r a lc h a r a c t e r i s t i c s;s u r f a c e r u n o f f;v e g e t a t i o nc o v e r 土壤侵蚀是自然界中造成地球环境土壤有机碳迁移及流失加剧的主要因素1,每年由土壤侵蚀释放到自然大气中的碳约为8.0 01 01 11.2 01 01 2k g2。据研究表明,有9 5%的碳是随泥沙的迁移而流失的,所以泥沙的迁移是土壤有机碳流失的主要原因3,而且土壤有机碳的流失以泥沙载体为主,占总有机碳流失的9 0%左右4。目前,土壤侵蚀对全球土壤碳循环以及碳平衡的影响是全球各国研究者探究的
24、热点5,但研究者们对其中的研究认识各执己见,还是存在较大的争议,特别是关于侵蚀碳的“源与汇”之争的科学问题6-7,该争论的问题关键集中在两点,一是在土壤侵蚀的过程中土壤碳的动态变化过程,二是在景观过程中沉积后的去向问题7-8,而I P C C(政府间气候变化委员会)9认为土壤碳迁移是碳平衡中最大的不确定性因素,但相关理论还有待进一步的研究。这些研究尽管对土壤侵蚀和泥沙有机碳流失迁移过程进行了比较多的研究,但是从农田到水体的泥沙有机碳流失仍然受到较少的关注,一些关键驱动因素的联系仍未完全了解。土壤有机碳流失主要是以泥沙为流失载体,其从农田到水体的迁移受土壤侵蚀过程影响。土壤侵蚀是一个比较复杂的过
25、程,受到较多的因素所影响,如降雨特征、径流、植被覆盖、地形、土壤类型、土地利用方式和耕作方式等1 0-1 4。前人的研究表明以上的影响因素也会对土壤有机碳流失有重要影响1 4-1 8。J i n等1 5在室内的模拟降雨试验发现,低覆盖度和大雨强会使更多的泥沙及土壤有机碳流失。刘春1 7研究了降雨和径流对土壤有机碳流失的影响,结果表明土壤有机碳流失量与径流量呈显著正相关关系。何彦星1 8采用1 3 7C s示踪技术研究耕地坡面侵蚀对土壤有机碳氮的响应,发现土壤组分会影响土壤有机碳流失。李娜等1 4通过径流小区试验,研究了不同耕作方式对土壤有机碳流失的影响,研究表明传统耕作下的土壤有机碳流失量最多
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- 小流域 泥沙 有机 碳入河 负荷 时空 变化 特征 及其 影响 因素
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