黄土典型坝系流域碳沉积特征及其源解析

鄂馨卉,汪亚峰,王林华,祝 艳,冯 棋,陈利顶

1 中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京 100085 2 中国科学院大学,北京 100049

黄土高原是世界上土壤侵蚀最为严重的地区之一。为缓解土壤侵蚀情况,20世纪50年代以来我国开展一系列水土保持措施,其中淤地坝工程是小流域综合治理的一项重要措施。淤地坝截留泥沙并有效控制水土流失,截止2010年,黄土高原地区共建成10万多个淤地坝[1- 3]。土壤碳库是陆地生态系统中最大的有机碳库,其中淤地坝沉积土壤的不断积累过程是土壤有机碳库储存的过程[4-5],也是土壤有机碳的动态平衡过程[6-7]。研究流域80年代初开始实施退耕还林工程,2000年开展大规模实施[8]。淤地坝修建和植被恢复对流域景观造成的巨大改变势必会引起土壤碳侵蚀过程以及地表水文过程发生变化,因此植被恢复下的土壤沉积碳特征及碳来源问题值得探讨研究。

稳定碳同位素比值分析法是评估土壤侵蚀过程中碳重新分配的有效方法,尤其在植被土地利用变化后,该示踪技术对此有很好的分辨力[9],如Meusburger等[10]利用稳定碳同位素作为定性指标研究侵蚀沉积对土壤的扰动情况；张金[11]应用稳定碳值能够判断深层土壤有机碳的不同来源,并明确C3和C4植物凋落物对土壤有机碳的相对贡献。沉积物中有机质含量、碳氮比和碳同位素均可为水土流失和土地利用变化提供重要的历史信息[12- 14],但因稳定碳同位素在示踪来源上具有不明确性以及重叠性,研究者多将稳定碳同位素与碳氮比相结合来研究沉积区域侵蚀物质来源,如Liu等[15]对黄土丘陵区的研究表明,乔木林地和灌木林地是表层沉积物的主要有机碳来源；……