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

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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 la 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,为3 6.3m g/m2。综上所述,目前国内外学者在土壤侵蚀及土壤有机碳流失的影响因素方面主要是通过室内模拟试验、径流小区观测试验和坡面试验研究影响坡面土壤侵蚀的因素来影响土壤有机碳的流失,各因素对土壤侵蚀和土壤有机碳流失的影响不完全相同,缺乏流域尺度上的相关研究。广西壮族自治区(以下简称广西)地处南方亚热带区,地形主要以丘陵和山地为主,是中国最重要的甘 蔗(S a c c h a r u m o f f i c i n a r u m)种 植 生 产 基 地,2 0 2 1年占中国甘蔗种植总面积的达6 4.7%1 9。作为广西最重要的农作物,甘蔗多种植于0 3 0 的坡耕地上2 0,极易发生土壤侵蚀,导致土壤有机碳流失量增加2 1。然而,广西地区关于在流域尺度上对甘蔗坡耕地土壤有机碳流失过程及影响因素的研究较为匮乏。因此,为了更好地了解从农业山坡到水体的573第3期 吴宗猛等: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泥沙有机碳流失出口的变化,有必要澄清不同降雨事件、植被覆盖度和生长期变化情况下的关键影响因素,进一步探究关键影响因素对中国南方亚热带红壤区土壤有机碳流失过程的影响,对了解土壤碳迁移的理论机制具有重要意义。因此,本研究选择以广西甘蔗种植区典型小流域为研究对象,对流域内各子流域入河泥沙及土壤有机碳随甘蔗生长时期变化进行监测,探究其不同影响因素,解析甘蔗流域入河泥沙有机碳流失规律,以期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。1 材料与方法1.1 研究区域研究区位于广西崇左市扶绥县客兰水库水源区那辣小流域(2 2 2 0 N,1 0 7 3 9 E),该区域属亚热带季风气候,年平均气温2 0.8,年均降雨量14 0 0mm左右。流域土壤类型为赤红壤,土壤呈酸性,p H值变化范围为4.55.2。该区域以坡地为主,种植作物以甘蔗为主,占流域总面积的7 7%2 2,坡度0 3 5,平均海拔12 0 0m。将研究流域划分为下游子流域(S1)和上游子流域(S2,S3),并在各子流域出口处进行监测研究。S1子流域面积为2 7h m2,S2子流域面积为5 4h m2,S3子流域面积为3 9h m2,3个子流域总面积为1 2 0h m2。甘蔗为一年生作物,包含苗期、分蘖期、伸长期和成熟期,根据2 0 2 1年甘蔗种植生长情况4个生长时期的时间确定为:苗期(3月1日至5月1 5日)、分蘖期(5月1 6日至6月1 5日)、伸长期(6月1 6日至8月3 0日)和成熟期(9月1日至1 2月3 1日)。1.2 样品采集在3个子流域出口处设置监测站,建立径流泥沙自动监测采样系统,监测站中安装有I S C O泥沙自动采样器(I S C O 6 7 1 2),哈希流量计(D YY F-WW-0 2B GN D C R 0C 4MA P L-1 0-X)和翻斗式雨量计。通过径流泥沙自动监测采样系统获取降雨事件下各子流域出口的径流参数与泥沙样品,具体采样方法和过程参 考L iY o n g等1 2。通 过 无 人 机“大 疆 精 灵4R T K(D J o P h a n t o m4R T K)”采集流域航拍图,利用A r c G I S1 0.3软件进行处理分析,计算得出流域的植被覆盖度。从2 0 2 1年3月1日到1 2月3 1日总共记录了1 9场降雨事件。1.3 样品处理与分析1.3.1 径流泥沙样品处理 降雨事件采集的样品在降雨事件采集的样品通过0.4 5m聚丙烯滤膜的真空抽滤泵过滤,然后将1L瓶中的水沙混合物进行分离,得到泥沙样品,将泥沙样品4 0 下烘干称重,计算入河泥沙浓度,烘干后的泥沙样品用于测定泥沙中有机碳。1.3.2 泥沙有机碳的测定 烘干的泥沙样品用研钵进行研磨,过0.1 5 0mm筛,通过重铬酸钾容量法测定土壤有机碳含量O Ci2 3。1.4 泥沙有机碳入河负荷计算1.4.1 降雨事件泥沙浓度计算:Sc i=SiV(1)式中:Sc i为泥沙浓度(g/L);Si为1L水沙混合物中泥沙的烘干质量(g);V为水沙混合物体积(L)。1.4.2 降雨事件泥沙有机碳入河负荷计算 根据流域的入河径流量和降雨事件泥沙浓度来计算降雨事件过程中流域出口的泥沙有机碳入河负荷(o r g a n i cc a r b o n,k g/h m2):O C=ni=1Sc iViTiO CiAx(2)式中:O C为泥沙有机碳入河负荷;n为样品数;Vi为不同样本期的径流量(m3/h);Ti是不同样本数的采样间隔时间(h);O Ci为泥沙有机碳含量(g/k g);Ax为子流域面积(h m2)。1.5 土样采集与测定在每个子流域分上中下坡用环刀法分别采集土壤样品,用于测定土壤容重和土壤有机碳含量。其中,土壤容重以烘干称重法测定、土壤有机碳含量则以重铬酸钾容量法测定2 3。1.6 数据处理用E x c e l 2 0 2 0和S P S S2 1.0进行统计分析,用皮尔逊相关分析确定泥沙有机碳入河负荷与降雨、径流、覆盖度、施肥、土壤容重及土壤有机碳含量的关系。2 结果与分析2.1 流域降雨与径流图1为2 0 2 1年不同降雨事件下的降雨分布和径流的变化。2 0 2 1年观测期内共有1 9次降雨事件,总降雨量为6 5 1.0mm,降雨量变化范围为4.41 4 5.0mm(表1),最大降雨发生在1 0月1 2日,该日发生台风暴雨事件(“狮子山”台风)。在生长期内,苗期、分蘖期、伸长期和成熟期的降雨量分别1 6 4.2,2 7.4,2 3 0.0,2 2 9.4mm,分别占总降雨量的2 5.2%,4.2%,3 5.3%和3 5.2%(表1)。同样,流域地表径流随着降雨事件的变化而变化,范围为0.0 64 4.2 5 mm,占673 水土保持通报 第4 3卷总降雨量的5 8.6%(图1)。苗期和成熟期的地表径流量显著高 于分蘖期和 伸长期(p0.0 5,表1)。2.2 泥沙有机碳浓度变化图2反映了不同降雨事件的泥沙有机碳浓度。在全流域中,泥沙有机碳浓度的变化范围为6.6 11 4.0 6g/k g,平均浓度为1 0.3 8g/k g(图2)。在生长期上,泥沙有机碳浓度的平均浓度在苗期达到峰值(1 1.5 1g/k g),该值明显高于(p0.0 5,表2)。注:S1,S2和S3是子流域代码编。下同。图1 不同降雨事件下径流的变化F i g.1 V a r i a t i o n s i nr u n o f fu n d e rd i f f e r e n t r a i n f a l l e v e n t s表1 不同生长期降雨和径流的描述性统计T a b l e1 D e s c r i p t i v e s t a t i s t i c so f r a i n f a l l a n dr u n o f f i nd i f f e r e n t g r o w t hp e r i o d s时 期项 目 全流域降雨量/mm径流深度/mm子流域径流深度/mmS1S2S3苗 期最大值5 4.4 01 7.6 01 2.5 71 7.6 01 0.5 3最小值2 5.4 06.5 06.8 71 0.0 46.5 0均 值4 1.0 51 0.5 7a9.5 61 3.5 08.6 5标准差1 5.3 23.2 92.3 33.6 71.7 2变异系数/%3 7.33 1.12 4.42 7.21 9.9合 计1 6 4.21 2 6.83 8.25 4.03 4.6分蘖期最大值1 9.4 07.1 27.1 25.9 36.2 5最小值8.0 00.3 10.3 10.3 50.3 2均 值1 3.7 03.3 8b3.7 13.1 43.2 8标准差8.0 63.3 74.8 23.9 44.1 9变异系数/%5 8.89 9.71 2 9.81 2 5.61 2 7.8合 计2 7.42 0.37.46.36.6伸长期最大值6 2.1 01 5.0 31 3.9 21 1.1 01 5.0 3最小值4.4 00.0 60.0 90.1 30.0 6均 值2 6.3 62.6 0b2.2 12.4 02.5 3标准差1 9.1 64.1 04.2 33.3 84.5 5变异系数/%7 2.71 5 7.41 9 1.41 4 0.61 8 0.0合 计2 6 3.67 0.32 2.12 4.02 5.3成熟期最大值1 4 5.0 04 4.2 53 7.6 64 4.2 53 6.6 8最小值2 1.8 00.2 81.0 11.6 30.8 0均 值6 5.2 71 3.6 4a1 7.2 42 0.5 11 6.4 7标准差6 9.1 41 6.6 51 8.6 82 1.7 21 8.3 7变异系数/%1 0 5.91 2 2.01 0 8.31 0 5.91 1 1.5合 计1 9 5.81 6 3.75 1.76 1.54 9.4总生长期最大值1 4 5.0 04 4.2 53 7.6 64 4.2 53 6.6 8最小值4.4 00.0 60.0 90.1 30.0 6均 值3 4.2 66.6 96.2 9a7.6 8a6.1 0a标准差3 1.7 89.3 99.0 71 0.6 88.7 6变异系数/%9 2.71 4 0.41 4 4.21 3 9.11 4 3.6合 计6 5 1.03 8 1.21 1 9.51 4 5.91 1 5.9 注:同行或同列不同小写字母表示各处理在5%水平上差异显著。下同。773第3期 吴宗猛等: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表2 不同生长期泥沙有机碳浓度的描述性统计T a b l e2 D e s c r i p t i v e s t a t i s t i c so fo r g a n i cc a r b o nc o n c e n t r a t i o no f s e d i m e n t i nd i f f e r e n t g r o w t hp e r i o d s流 域项 目 泥沙有机碳浓度/(gk g-1)苗 期分蘖期伸长期成熟期总生长期全流域最大值1 3.2 91 3.1 81 4.0 61 1.1 91 4.0 6最小值9.6 89.9 86.6 36.6 16.6 1均 值1 1.5 1a1 1.2 0a1 0.5 0a8.5 6b1 0.3 8标准差1.0 11.1 82.1 31.6 92.0 1变异系数/%8.71 0.52 0.31 9.71 9.4合 计1 3 8.16 7.22 8 3.41 0 2.75 9 1.5子流域S1最大值1 3.2 91 3.1 81 3.6 31 0.9 61 3.6 3最小值1 0.4 21 0.6 86.6 37.1 86.6 3均 值1 1.7 91 1.9 39.8 68.6 81 0.2 4a标准差1.1 81.7 72.1 91.8 22.1 3变异系数/%1 0.01 4.82 2.22 0.92 0.8合 计4 7.12 3.98 8.83 4.71 9 4.5子流域S2最大值1 2.1 61 1.8 41 3.1 21 1.0 81 3.1 2最小值9.6 81 1.2 77.1 86.6 16.6 1均 值1 1.2 81 1.5 61 0.4 08.5 91 0.3 3a标准差1.1 40.4 01.8 01.8 81.8 1变异系数/%1 0.13.51 7.32 1.91 7.6合 计4 5.12 3.19 3.63 4.41 9 6.2子流域S3最大值1 2.5 41 0.2 61 4.0 61 1.1 91 4.0 6最小值1 0.4 49.9 86.7 57.1 06.7 5均 值1 1.4 61 0.1 21 1.2 38.4 01 0.5 7a标准差0.9 20.2 02.3 71.8 92.1 7变异系数/%8.02.02 1.12 2.52 0.5合 计4 5.92 0.21 0 1.13 3.62 0 0.8图2 不同降雨事件下泥沙有机碳浓度的变化F i g.2 V a r i a t i o n s i ns e d i m e n t o r g a n i cc a r b o nc o n c e n t r a t i o n so fs e d i m e n tu n d e rd i f f e r e n t r a i n f a l l e v e n t s2.3 泥沙有机碳入河负荷变化图3为不同降雨事件下泥沙有机碳入河负荷变化,图4为流域甘蔗不同生长期泥沙有机碳入河负荷变化。泥沙有机碳入河负荷的不同生长期变化随降雨而变化,在全流域的泥沙有机碳入河负荷为8.4k g/h m2(图3和图4)。在生长期上看,整个流域最高的泥沙有机碳入河负荷出口(5.1k g/h m2)发生在苗期,占整个生长期总流失量的6 1.1%,显著高于(p0.0 5,图4)分蘖期的(0.3k g/h m2)、伸长期的(1.4k g/h m2)和成熟期的(1.6k g/h m2),而伸长期和成熟期的泥沙有机碳入河负荷显著高于分蘖期(p0.0 5,图4)。图3 不同降雨事件下泥沙有机碳入河负荷变化F i g.3 V a r i a t i o n si no r g a n i cc a r b o nl o a do fs e d i m e n te n t e r i n gr i v e ru n d e rd i f f e r e n t r a i n f a l l e v e n t s873 水土保持通报 第4 3卷 从流域空间上看,子流域S2的泥沙有机碳入河负荷显著高于其他子流域5 6.5%1 0 6.5%(p 0.0 5,图4)。流域最高出口泥沙有机碳入河负荷(3.2k g/h m2)发生在子流域S2的2 0 2 1年5月2日的降雨期间,在4月2 0日至5月1日,是流域的耕作作业和甘蔗种植之后(图3)。2.4 流域泥沙有机碳入河负荷关键影响因素降雨量、地表径流、植被覆盖度、有机肥施用量、土壤容重及土壤有机碳含量对流域泥沙有机碳入河负荷的影响如图5所示。降雨量、地表径流和植被覆盖度与泥沙有机碳入河负荷均有极显著的正相关关系(p 0.0 1),R2分别为0.3 5,0.4 5,0.5 4。有机肥施用量和土壤容重与泥沙有机碳入河负荷均有显著的正相关关系(p 0.0 5)。注:同流域不同小写字母或不同流域不同大写字母代表表示各处理在5%水平上差异显著;E G为苗期;V G为分蘖期;G G为伸长期;P G为成熟期;T G为总生长期。图4 甘蔗不同生长期泥沙有机碳入河负荷变化F i g.4 V a r i a t i o n s i no r g a n i cc a r b o nl o a do f s e d i m e n t e n t e r i n gr i v e ra td i f f e r e n t s u g a r c a n eg r o w t hp e r i o d s图5 影响因素(降雨、径流、植被覆盖度、有机肥施用量、土壤容重及土壤有机碳含量)与泥沙有机碳入河负荷的关系F i g.5 R e l a t i o n s h i p sb e t w e e n i n f l u e n c i n g f a c t o r s(r a i n f a l l,r u n o f f,v e g e t a t i o nc o v e r a g e,o r g a n i c f e r t i l i z e ra p p l i c a t i o na m o u n t,s o i l c a p a c i t yw e i g h t a n d s o i l o r g a n i c c a r b o nc o n t e n t)a n do r g a n i cc a r b o nl o a do f s e d i m e n t e n t e r i n gr i v e r973第3期 吴宗猛等: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3 讨 论3.1 入河泥沙有机碳的浓度变化本研究表明,泥沙有机碳浓度在时间和空间上发生了变化,但在整个生长期中并不遵循降雨规律。地表径流中泥沙有机碳浓度在苗期高于其他生长期(分蘖期、伸长期和成熟期)3%3 4%。这可能是由于在甘蔗苗期,农民采取的一些土地管理措施所导致的,如培土以及施用基肥,加上苗期地表覆盖度低,在降雨发生时,极易发生径流侵蚀土壤,导致土壤有机碳流失加剧。王文欣等1 6通过模拟降雨试验,研究了植被覆盖度对泥沙流失的有机碳影响,结果表明土壤有机碳流失量与土壤植被覆盖度呈显著负相关关系,而且沈姣等2 4发现施肥会影响土壤有机碳的流失。3.2 泥沙有机碳入河负荷的变化泥沙有机碳入河负荷随不同甘蔗生长时期降雨量的变化而变化。前人通过农田土壤有机碳空间变异特征及其影响因素的研究,结果表明土壤覆盖度越低,土壤有机碳入河负荷越多2 5。强降雨会造成黄土坡面土壤有机碳流失严重,降雨与土壤有机碳流失密切相关2 6。从我们的研究发现,泥沙有机碳入河负荷在苗期显著高于其他生长期,主要可能是因为苗期为4个生长期中最低的植被覆盖度,农民的土地管理措施疏松了土壤降低土壤容重,还有施用有机肥增加了表层土壤有机碳含量,加上苗期1 6 4.2mm的降雨量,因此低覆盖度在降雨极易产生径流,径流冲刷泥沙及土壤有机碳。虽然施肥能增加提高土壤有机碳含量2 7,但也增加了径流对土壤有机碳冲刷的风险,所以特别是在植被覆盖度较低时,降雨强度对泥沙有机碳的流失起决定作用1 6,且土壤容重越小,土壤越疏松,易发生土壤流失2 8,这与本研究一致。虽然在甘蔗伸长期和成熟期的植被覆盖度较高,但泥沙有机碳入河负荷均显著高