土壤是地球上最重要的碳库之一,土壤碳的微小变化可能对全球生态环境造成巨大影响。近年来,人类活动对自然环境的破坏越来越剧烈,全球极端气候频繁发生,加速土壤侵蚀强度和范围持续增加。这不仅造成了大量水土流失,还使土壤中有机碳发生迁移、矿化而流失。在全球温室效应愈发明显的二十一世纪,侵蚀作用下的土壤碳因可能成为潜在的CO₂碳源而受到全世界的广泛关注。然而,尽管已开展大量相关研究,土壤侵蚀在全球碳循环过程中引发的“源汇”争议依旧存在。其根本原因是有机碳在时空交互变异的侵蚀过程中的动态和去向并不十分明朗。因此,本研究拟以具有相对完整水循环的流域为研究对象,结合水力侵蚀过程,从侵蚀作用下有机碳的迁移流失过程与机制出发,对有机碳的动态过程进行整合研究,为推动侵蚀的“源汇”作用争议的解决提供可靠的理论依据。鉴于此,本研究采用野外模拟降雨试验、流域采样试验和室内分析试验,结合地理信息系统技术、放射性元素示踪技术、热分析技术等,对水力侵蚀作用下的土壤有机碳迁移、再分布、沉积过程与机制进行深入剖析,并对侵蚀后有机碳稳定性特征进行了探讨。围绕相关研究内容,本研究设计了5个相互联系的实验,具体研究工作和主要结果如下:1、通过野外模拟降雨试验监测了不同水蚀条件下的径流泥沙及有机碳的流失过程,阐明了侵蚀作用下有机碳流失规律与机制。土壤有机碳在侵蚀过程中以径流溶解态流失的量低于10%,且流失速率变异性极大,而泥沙结合态有机碳流失量占总有机碳流失量的70%以上,最高可达97.6%,是土壤有机碳流失的主要形式。侵蚀过程中有机碳流失过程与径流泥沙迁移特征相似,呈现先上升后稳定的特征。研究结果表明,侵蚀过程中有机碳流失量总与泥沙流失量显著正相关关系（P<0.05）,且相关系数随着泥沙流失量的增大而降低。降雨强度和耕作方式通过对泥沙迁移的作用而影响有机碳的流失。在低强度侵蚀条件下,传统耕作相对于免耕降低了约70%的有机碳流失量。而有机碳的流失量随降雨强度的增大而增加,但二者线性相关系数随泥沙流失量的增加而减小,显示了有机碳在泥沙中的非均匀分布;2、基于复杂侵蚀条件下的泥沙有机碳浓度变化的连续监测,深入剖析和阐释了田间土壤有机碳在水力侵蚀作用下的选择性迁移过程与机制。研究结果表明,不同侵蚀条件下泥沙有机碳富集比变化范围为0.61～2.13。泥沙有机碳富集比在不同侵蚀过程中随降雨历时呈现三种不同变化趋势:高斯分布趋势（y=aexp（b（（t-c）/d）^2））、指数下降趋势（y=a+bexp（ct））和无序波动趋势。而这些趋势对应的泥沙有机碳富集比值的变化则分别反映有机碳高度选择性、中等选择性和无选择性迁移过程。相关性分析表明,泥沙有机碳富集比值与径流和泥沙流失量呈负相关关系,而只有中等强度侵蚀中泥沙黏粒富集比才与泥沙有机碳富集比显著相关（P<0.05）。结果分析表明有机质在迁移过程中存在的顺序为:细小植物残体、细泥沙颗粒、粗泥沙颗粒。但迁移过程与侵蚀强度相关,并不严格呈现这样的顺序。因此,有机碳的选择性迁移是由于有机碳“质”和“量”在泥沙中的不均匀分布决定的,并在侵蚀强度和时间的作用下呈现不同变化趋势;3、通过流域土壤侵蚀及有机碳分布特征的探讨,揭示了流域尺度上侵蚀作用下有机碳及碳库再分布特征及产生的生态环境效应。研究发现,流域地形地貌和植被类型是影响土壤侵蚀强度和有机碳分布的重要因素。尽管存在植被,流域中阔叶林（紫薇、杜英、樟树和广叶白兰）土壤侵蚀速率变化范围为307.13～2471.25t km-2a-1,针叶林松林土壤侵蚀速率为 72.34～3455.15t km-2a-1,相应沉积区土壤沉积速率为2301.63t km-2 a-1。阔叶林表层土壤有机碳浓度变化范围为12.10～14.38g kg-1,不同地类土壤间有机碳含量没有显著性差异,但均显著高于松林土壤8.95g kg-1 P<0.05)。土壤有机碳在流域上的空间分布与土壤侵蚀强度分布并不一致,表明土壤有机碳受到植被的影响。阔叶林表层60cm 土壤中有机碳库变化范围为50.08～62.21MgC ha-1,显著高于针叶林中的45.90MgC ha-1。与无植被覆盖侵蚀区域相比,植被的存在能使有机碳库保持较为稳定的水平,阔叶林还能显著增加有机碳库储量。研究结果强调了植被在侵蚀再分布影响下土壤碳含量上的决定性作用;4、通过流域中典型侵蚀与沉积区域土壤有机碳的热分析研究,明晰了热分析技术在侵蚀碳稳定性研究的适用性及土壤团聚性是侵蚀-沉积作用下有机碳稳定性存在差异的重要机制。侵蚀和沉积区土壤中0.25-0.002mm的团聚体在土壤中的比例均达到70%以上,而<0.002mm的团聚体的比例小于2%而几乎可以忽略。除<0.002mm的团聚体,侵蚀和沉积区团聚体中有机碳含量变化范围分别为1.56-10.09g kg-1和1.32-21.77g kg-1。侵蚀和沉积区不同粒径团聚体TG-T50变化范围分别为394.84～494.81℃和378.30～464.35℃。侵蚀区和沉积区土壤性质与团聚体热分析指标的差异只在表层0-10cm上出现显著性。热稳定指标TG-T50和DSC-T50表明侵蚀土壤相对于沉积土壤具有更高的热稳定性,而Exol/Exotot表明沉积土壤更适宜活性有机碳的保存。此外,土壤团聚性与有机碳的稳定性在侵蚀和沉积土壤中的分布正好相反,说明土壤良好的团聚性能促进土壤中活性性有机碳的固存;5、在热分析基础上,探讨了有机碳在侵蚀和沉积区基团结构特征及环境因素对有机碳稳定性的影响,明确了土壤深度是侵蚀-沉积作用下影响有机碳稳定性的最主要因素。光谱分析结果表明侵蚀和沉积区土壤基团结构几乎没有差异,但芳香化合物及分子量大小明显不同,明确了两个区域土壤中有机碳成分相似,但沉积区土壤分解率显著低于侵蚀区。环境因子作为影响有机碳稳定性的重要因子,砂粒、粉粒和0.25-0.053mm团聚体与土壤有机碳稳定性呈正相关,而黏粒含量、>0.25mm和<0.002mm的团聚体、团聚体平均质量直径以及土壤中游离氧化铁、络合铁和活性铁含量均与有机碳稳定性呈负相关。选定的环境因子对有机碳热稳定性的解释量达到81.2%,其中土壤深度的单独解释量达到56.9%,是影响有机碳热稳定性最重要的因素。综上所述,水力侵蚀作用下绝大多数有机碳以泥沙结合态形式流失,其中大部分泥沙结合态有机碳在流域内实现再分布,只有小部分质轻量高的有机碳通过选择性迁移沉积到流域的沉积区。长期分析发现,受侵蚀的流域坡面有机碳在植被作用下不减反增,而侵蚀后侵蚀区和沉积区的有机碳的更新和稳定是影响侵蚀在土壤碳循环过程中的最主要过程。因此,结合相关已有研究认为,红壤丘陵区水力侵蚀可能是CO₂的碳汇。