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近年来,由于碳的大量排放,全球温室效应日益受到关注。森林土壤碳是陆地生态系统碳储量的重要组成部分,在土壤-植被-大气碳循环中扮演着重要作用。由坡面土壤侵蚀导致的泥沙颗粒在坡面及流域内的沉积、再分布势必影响土壤有机碳的存储与释放。因此,开展林地坡面土壤有机碳流失规律及影响因素研究,对于认识坡面土壤有机碳流失过程机制并提出相应管理措施具有重要理论意义与现实意义。 本研究以北京西山鹫峰国家森林公园人工侧柏林地坡面为研究对象,设枯落物覆盖自然坡面与裸露坡面2个处理,70mm/h、92mm/h、126mm/h等3个雨强,1m、2m、5m等3个坡长,共进行了61场次野外人工模拟降雨,探究侧柏林地坡面土壤有机碳流失过程及其影响因素。得出以下结论: (1)于枯落物覆盖自然坡面而言,当雨强为70mm/h,1m坡长不产流,2m和5m坡长泥沙有机碳输出强度分别为5.2±2.7 t/km2、0.3±0.0 t/km2;溶解有机碳输出强度分别为0.16±0.07 t/km2、0.03±0.00 t/km2。当雨强为92mm/h,1m、2m和5m坡长小区泥沙有机碳输出强度分别为4.7±2.1 t/km2、6.3±0.8 t/km2、20.9±14.1 t/km2;溶解有机碳输出强度分别为0.49±0.25 t/km2、0.18±0.02 t/km2、0.33±0.08 t/km2。当雨强为126mm/h,1m、2m和5m坡长小区泥沙有机碳输出强度分别为48.0±20.6 t/km2、24.5±14.2 t/km2、31.9±12.2 t/km2;溶解有机碳输出强度分别为0.61±0.30 t/km2、0.82±0.19t/km2、0.44±0.11 t/km2。有机碳流失量随雨强的增加而增加,有机碳流失量的坡长效应受雨强制约,雨强较小时(70mm/h),有机碳流失量随坡长增加而减小;而雨强较大(92mm/h和126mm/h)时,坡长延长能增加土壤有机碳流失量。 (2)总体平均而言,枯落物覆盖自然坡面较裸坡径流深减小了40.8±16.3%,土壤侵蚀模数减小了84.0±15.3%,泥沙有机碳侵蚀模数减小了77.4±13.1%,溶解有机碳侵蚀模数减小了54.3±11.0%。林地枯落物覆盖不仅具有良好的减流减沙效益,且能有效降低有机碳流失量。 (3)当地表有枯落物覆盖时,次降雨流失有机碳总量中泥沙有机碳占比为93.4±3.1%,溶解有机碳占比为6.6±3.1%;当地表裸露时,总流失有机碳中泥沙有机碳与溶解有机碳分别占比为97.0±1.6%、3.0±1.6%。林地坡面土壤有机碳主要随侵蚀泥沙流失,而溶解于坡面径流的溶解有机碳流失很少。 (4)当地表有枯落覆盖时,泥沙有机碳流失速率随产流历时无大幅度波动变化,其输出过程基本保持稳定;当地表裸露时,泥沙有机碳流失速率随产流历时明显存在两个阶段,一是快速增加阶段,二是达到峰值后波动降低阶段,且达到峰值的时间在产流后8~15min之间。 (5)不同处理、不同雨强和不同坡长条件下,坡面侵蚀泥沙土壤有机碳富集比均大于1,林地坡面土壤有机碳流失存在富集化现象。其中,枯落物覆盖自然坡面和裸坡有机碳富集比分别为2.2±0.4、1.8±0.5,枯落物覆盖坡面泥沙有机碳富集程度高于裸坡。泥沙有机碳富集比随雨强增加而减小,随着坡长的增加泥沙有机碳富集比有所减小,尤其对于5m较长坡长。 (6)泥沙有机碳流失量及溶解有机碳流失量与坡面产流量均为线性函数关系。拟合得到有机碳流失量与枯落物、雨强、坡长及坡度等因素的经验方程,所得方程可较好预测北京山区侧柏林地坡面泥沙有机碳流失量与溶解有机碳流失量。影响泥沙有机碳流失量的主要因素是林下枯落物覆盖和雨强因素,而坡长和坡度是次要因素,泥沙有机碳流失量可被这些因素解释74.0%。溶解有机流失量只与降雨强度密切相关,雨强是影响溶解有机碳流失的关键因素,而枯落物覆盖、坡长及坡度等因素是次要因素,溶解有机碳流失量可被这些因素解释49.4%。