降雨侵蚀的分离与输移过程对泥沙中有机碳特征的影响研究

作     者：任瑞雪 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张风宝

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：降雨侵蚀 泥沙颗粒 泥沙有机碳 可溶性有机碳 颗粒态有机碳 矿物结合态有机碳 

摘      要：土壤侵蚀过程对土壤有机碳及全球碳循环过程的影响是该领域研究的热点,也是难点。然而,坡面侵蚀发生的动力过程对有机碳流失特征的影响目前还不明确。本文基于野外小区天然降雨侵蚀事件,针对黄土高原降雨侵蚀的分离与输移过程中泥沙有机碳及其组分和颗粒分布特性的变化,从坡面尺度研究黄土高原降雨侵蚀过程演变以及坡面侵蚀产流产沙和侵蚀泥沙颗粒分布变化对坡面有机碳流失特征影响。分析了不同条件下溅蚀泥沙、片蚀泥沙及不同输移距离泥沙中有机碳特征的变化,探讨不同侵蚀过程中泥沙颗粒组成与泥沙中有机碳含量及组分之间的关系,试图揭示坡面侵蚀分离与输移过程对侵蚀表层及泥沙中有机碳含量及其组分的影响机制。研究得到以下主要结果:(1)侵蚀表土与溅蚀泥沙中有机碳含量均呈现出SOCMOCPOC的规律,中等雨强条件下的溅蚀泥沙SOC和MOC含量最小,小雨强溅蚀泥沙中SOC和MOC随坡度增大先增大后减小,POC则相反;侵蚀表土中有机碳含量随坡度变化不明显,侵蚀表土与溅蚀泥沙中SOC、MOC、POC发生富集的规律与侵蚀土壤颗粒富集规律具有一致性。(2)小雨强条件下片蚀泥沙中SOC、MOC、POC随坡度的增大而减小,中雨强条件下呈先增大后减小的变化趋势,大雨强下,片蚀泥沙中SOC和MOC随坡度的增加先减小后增加,POC则先增加后减小;径流中DOC变化规律较一致,雨强较小时DOC含量在波动中呈现不断增加的趋势,随着雨强的增加先快速减小随后缓慢增大;径流中DOC迁移通量随雨强的变化呈双峰分布的变化特征,雨强较小时,DOC迁移通量较小并缓慢增大,随后随雨强增大开始缓慢减小;侵蚀表土与泥沙中SOC、MOC、POC发生富集的规律与侵蚀土壤颗粒富集规律具有一致性。(3)不同输移过程侵蚀泥沙中SOC、POC、MOC含量整体随坡长的变化呈现一致的规律,随坡长的延长先减小,然后在波动中缓慢的增加,其中5m坡长有机碳含量最大,径流DOC质量浓度随坡长无一致性变化规律;径流中DOC迁移通量随雨强的变化呈先增大后减小谷峰交错的变化特征,在同一雨强条件下,径流中DOC迁移通量整体上随坡长的延长呈先减小后缓慢的增加的变化规律;侵蚀表土与泥沙中SOC、MOC、POC发生富集的规律与侵蚀土壤颗粒富集规律具有一致性。(4)同一种组分有机碳在不同试验处理条件下土壤表层及泥沙中有机碳含量差异较小,对SOC而言,整体呈不同输移距离片蚀未侵蚀表土与侵蚀表土溅蚀,MOC含量变化规律为片蚀最大,不同输移距离次之,未侵蚀表土、侵蚀表土、溅蚀三者MOC含量接近且最小,POC整体变化不明显;溅蚀、片蚀、不同输移过程中SOC、MOC、POC含量主要受分散前与分散后的泥沙颗粒含量影响,流失量与侵蚀量呈显著正相关;片蚀、不同输移过程径流中DOC质量浓度主要受坡度、径流量,降雨历时、E影响,迁移通量分别受径流量、雨强控制。