極端暴雨下裸地坡面徑流及壤中流中碳素輸移特征*

費(fèi) 凱，張麗萍，鄧龍洲，孫天宇，范曉娟

（浙江大學(xué)土水資源與環(huán)境研究所，浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058）

土壤侵蝕是指土壤及其母質(zhì)在水力、風(fēng)力、凍融或重力等外營力作用下，被破壞、剝蝕、搬運(yùn)和沉積的過程[1]。土壤侵蝕是自然因素與人為因素綜合作用的結(jié)果，其中，地面覆蓋層、降雨強(qiáng)度和地面坡度是引起土壤侵蝕的主要因素，它們相互作用，相互制約。近年來，由于人類活動(dòng)的增加加快了土壤侵蝕的速率，土壤侵蝕已經(jīng)成為全世界最受關(guān)注的環(huán)境問題之一[2]。土壤侵蝕造成基巖大面積露出，土地生產(chǎn)力下降，嚴(yán)重影響土壤碳素的富集[3]。中國南方紅壤丘陵地區(qū)是土壤侵蝕的重災(zāi)區(qū)，充沛的降雨產(chǎn)生的較大坡面徑流是侵蝕發(fā)生和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?；同時(shí)，坡度也是影響土壤侵蝕的重要因素之一，在同樣的降雨強(qiáng)度下，不同坡度形成的坡面徑流和壤中流也有很大不同，產(chǎn)生的土壤總碳含量的流失程度也有較大差別[4-6]。

據(jù)國際碳循環(huán)計(jì)劃組織（IPPC）的估計(jì)，土壤碳素?fù)p失對(duì)全球大氣 CO2濃度升高的貢獻(xiàn)率為30%～50%。損失的土壤碳素有50%～70%是由土壤侵蝕造成的。由此可見，土壤侵蝕中的土壤碳素流失對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)和大氣間的碳循環(huán)交換有著重要影響，在平衡全球 CO2濃度、氣候變暖等方面起著重大作用[7]。土壤總碳包括總有機(jī)碳與總無機(jī)碳，目前，國內(nèi)外對(duì)降雨侵蝕導(dǎo)致土壤碳素流失的研究，主要集中于在坡度和降雨強(qiáng)度這兩個(gè)影響因素下泥沙攜帶有機(jī)碳和徑流中攜帶溶解性有機(jī)碳的研究，且多為隨坡面徑流或泥沙的流失。如Ma 等[8]在中國湖南紅壤地區(qū)研究表明，在降雨過程中，隨雨強(qiáng)增強(qiáng)，有機(jī)碳流失量增大；Truman 等[9]對(duì)格魯吉亞砂壤土在雨強(qiáng)為 57 mm·h-1和春季特有暴雨下土壤中碳素的流失的結(jié)論表明，在模擬過程中觀察到雨強(qiáng)對(duì)通過沉積物輸送的碳損失的時(shí)間和數(shù)量存在顯著差異；Jin 等[10]研究表明，土壤覆蓋度越低，土壤有機(jī)碳流失量越高，土壤有機(jī)碳流失與土壤覆蓋度呈顯著負(fù)相關(guān)；Van Gaelen 等[11]對(duì)壤質(zhì)土的研究表明，降雨強(qiáng)度是控制農(nóng)田徑流中溶解性有機(jī)碳（DOC）濃度的主要影響因子，且在降雨初期坡面徑流中DOC 質(zhì)量濃度最高。

基于以上研究成果可知，對(duì)于坡度和雨強(qiáng)這兩個(gè)組合因素下，對(duì)土壤 TC 隨坡面徑流和壤中流流失的研究較少，尤其，針對(duì)特殊坡面物質(zhì)組成—風(fēng)化花崗巖母質(zhì)坡地土壤中 TC 流失過程、以及隨坡面徑流和壤中流流失分配的動(dòng)態(tài)過程的研究鮮見報(bào)道，且浙閩丘陵地區(qū)由于地處東南沿海地區(qū)，在夏秋季節(jié)，容易受到臺(tái)風(fēng)的影響，出現(xiàn)極端雨強(qiáng)[12-13]。因此，本研究擬采用室內(nèi)人工模擬降雨的方法對(duì)坡度和不同較大降雨強(qiáng)度的組合影響展開試驗(yàn)研究，通過測定降雨過程中徑流過程特征、坡面徑流和壤中流攜帶土壤總碳（Total carbon，TC）流失過程，獲得徑流量、坡面徑流和壤中流攜帶土壤 TC 流失的動(dòng)態(tài)曲線，并深入探討坡度、雨強(qiáng)、徑流量對(duì)土壤 TC 流失變化規(guī)律的影響機(jī)理，以期揭示侵蝕性風(fēng)化花崗巖母質(zhì)土壤 TC 的流失特征及影響因素，為浙閩丘陵地區(qū)的土壤養(yǎng)分流失和坡地土壤侵蝕防治措施的合理配置提供理論依據(jù)。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the soils used in the experiment

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)土壤取自浙江省湖州市典型的風(fēng)化花崗巖母質(zhì)上發(fā)育的土壤（按地帶性土壤而言，屬于紅壤），但由于嚴(yán)重的土壤侵蝕，表層被侵蝕夷盡，土壤的粗化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，紅土層暴露。采用原狀土搬遷的方式，在紅土層區(qū)域從地表每隔 5 cm分層采集土樣裝袋，共采集12 層。在室內(nèi)徑流槽中對(duì)應(yīng)層位填充，保證其土壤容重一致。然后擱置一段時(shí)間后，讓其自然沉實(shí)（45 d）后，開始試驗(yàn)。試驗(yàn)之前，采集原狀土測定各項(xiàng)指標(biāo)，供試土壤指標(biāo)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于 2017 年 3 月 10 日至 7 月 28 日在浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站（中國長興）內(nèi)的“浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)面源污染與水土流失控制人工模擬降雨試驗(yàn)基地”進(jìn)行。試驗(yàn)采用變坡式壤中流三維立體模擬監(jiān)測徑流試驗(yàn)槽[13]，共采用兩個(gè)徑流槽，且兩個(gè)徑流槽并行排列，徑流槽規(guī)格長、寬、高分別為2 m、1 m、0.6 m，采用液壓裝置來控制徑流槽坡度，徑流槽頂端有三角形出水口，用于接取坡面徑流含沙水樣，底端有三角形鐵制集水槽且裝有水龍頭，用于接取壤中流水樣（圖1）。每場降雨試驗(yàn)徑流槽周圍均勻放置8個(gè)雨量筒（直徑：85 mm，高：200 mm）進(jìn)行降雨均勻度的測定，雨強(qiáng)則采用雨量筒進(jìn)行標(biāo)定。同時(shí)，每場降雨前采集土樣并測定土壤前期含水量，以確保所有模擬試驗(yàn)土壤前期含水量相對(duì)一致。每場降雨試驗(yàn)結(jié)束后，均勻撒施100 g 雞糞有機(jī)肥（TOC≈63%，TN+P2O5+ K2O≈6.4%）。由于施肥量較大，所以每次模擬試驗(yàn)不能將所施肥料沖刷完全，因此在計(jì)算TC 濃度數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)其進(jìn)行平衡計(jì)算，公式如下：

式中，F(xiàn)n為每場試驗(yàn)前土槽中所含TC 總量，Bf為每次試驗(yàn)前撒施肥料中TC 含量，Dw為前一次試驗(yàn)隨徑流流失TC 總量，Sd為前一次試驗(yàn)隨泥沙流失TC 總量，為原始土壤中TC 總量，為每場試驗(yàn)前TC 礦化為CO2的流失量，C(%)為還原系數(shù)，為矯正TC 質(zhì)量濃度，為測量所得TC 質(zhì)量濃度。

所用的人工模擬降雨器采用“QYJY-501（502）便攜式全自動(dòng)不銹鋼模擬降雨器”，雨強(qiáng)由全自動(dòng)降雨設(shè)備“控制器”控制，精度控制在90%，降雨高度為6 m，在2 個(gè)槽的周圍設(shè)置8 個(gè)降雨噴頭組（3個(gè)/組）以保證降雨的均勻度（圖1）。浙閩丘陵地區(qū)降雨強(qiáng)度大，坡地坡度變化范圍大[15]，根據(jù)暴雨等級(jí)之間的差值等差平分規(guī)則、水土流失危險(xiǎn)程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（SL718—2015）和浙閩丘陵具體坡度范圍，共設(shè)計(jì)3 個(gè)雨強(qiáng)和4 個(gè)坡度，雨強(qiáng)分別為90（I90）、120（I120）和 150 mm·h-1（I150），坡度分別為 5°（G5）、8°（G8）、15°（G15）和 25°（G25），共 12場降雨試驗(yàn)。

設(shè)定降雨歷時(shí)90 min。產(chǎn)流開始后，每隔3 min用標(biāo)有刻度的聚乙烯瓶子收集水樣，降雨停止后坡面徑流幾乎同步停止，因此不再收集坡面徑流。由于壤中流產(chǎn)流滯后且停雨后產(chǎn)流量大，經(jīng)測試壤中流持續(xù)產(chǎn)流時(shí)間大概為3 h，因此設(shè)定收集60 個(gè)壤中流樣品。

圖1 降雨器及試驗(yàn)徑流槽示意圖Fig. 1 Sketch of rainfall simulation apparatus，rainfall simulator（a）and runoff plots（b，c）

1.3 樣品分析與統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)結(jié)束，記錄所有坡面徑流以及壤中流樣品徑流量，由于徑流量大，難于運(yùn)輸，因此每個(gè)水樣搖勻后收集250 mL 樣品盡快送回實(shí)驗(yàn)室。25℃室溫下樣品靜置 4～5 h 后，取上清液用 TOC 分析儀（TOC-4200，Shimadzu Corp.，Hong Kong，China）進(jìn)行水中TC 質(zhì)量濃度的測定，并通過計(jì)算得到TC流失率，公式如下：

場降雨TC 單位面積流失量計(jì)算公式為：

式中，L 為單位面積 TC 流失量，mg·m-2；CTC為取樣時(shí)間段內(nèi) TC 濃度，mg·L-1；VR為取樣時(shí)間段內(nèi)徑流體積，L；n為場取樣次數(shù)，坡面徑流為30 次，壤中流為60 次；at為徑流槽受雨實(shí)際面積，m2。

2 結(jié) 果

2.1 坡面徑流中碳素流失過程隨降雨歷時(shí)的變化

各條件下坡面徑流中碳素流失過程隨降雨歷時(shí)變化如圖2 所示，TC 質(zhì)量濃度在I90、I120 和I150時(shí)變化范圍分別為 27.00～114.1 mg·L-1、11.41～118.5 mg·L-1和 13.22～84.85 mg·L-1，由圖 2 可知，坡度和雨強(qiáng)的增大對(duì)碳素質(zhì)量濃度變化過程影響較小，在雨強(qiáng)為I90 時(shí)，隨降雨歷時(shí)的增大，TC 質(zhì)量濃度一直趨于穩(wěn)定，在一定區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，而在 I120和I150 時(shí)，TC 質(zhì)量濃度變化過程呈現(xiàn)為先波動(dòng)上升后下降的過程，但變化趨勢相對(duì)不明顯。對(duì)TC 流失率進(jìn)行分析，流失率在I90、I120 和I150 時(shí)變化范圍分別為 21.32～167.1 mg·min-1、 24.95～257.6 mg·min-1和 38.68～277.90 mg·min-1，由圖可知，在不同坡度和雨強(qiáng)下，流失率曲線與質(zhì)量濃度曲線契合度較高，且相關(guān)性分析表明（表2），除90 mm·h-1雨強(qiáng)8°坡度條件外，TC 流失率與質(zhì)量濃度隨降雨歷時(shí)的變化均呈極顯著相關(guān)，說明TC 流失率主要受質(zhì)量濃度的影響，徑流量僅對(duì)其進(jìn)行抬升和放大的作用，但從流失總量看來，徑流量仍起主導(dǎo)作用。

2.2 壤中流中碳素流失隨產(chǎn)流歷時(shí)的變化

各條件下壤中流中碳素流失過程隨降雨歷時(shí)變化如圖3 所示，TC 質(zhì)量濃度在I90、I120、I150時(shí)變化范圍分別為 0.54～18.45 mg·L-1、0.23～18.98 mg·L-1和 0.17～26.50 mg·L-1，由圖 3 可知，壤中流中TC 質(zhì)量濃度隨產(chǎn)流歷時(shí)的增加而增加，先迅速上升到最大值后緩慢下降直至平穩(wěn)，變化趨勢相對(duì)較為平緩，但在坡度較小時(shí)（5°、8°）表現(xiàn)更加明顯。對(duì)TC 流失率進(jìn)行分析，流失率在I90、I120、I150 時(shí)變化范圍分別為 0.073 ～22.98 mg·min-1、0.073～15.31 mg·min-1和 0.013～8.36 mg·min-1，由表2 可知，在不同坡度和雨強(qiáng)下，流失率曲線與質(zhì)量濃度曲線隨降雨歷時(shí)的變化均呈極顯著相關(guān)，且當(dāng)坡度較大時(shí)（15°、25°）契合度較坡度較小時(shí)（5°、8°）高。由圖3 可知壤中流中徑流量曲線總體呈現(xiàn)出先上升后下降的過程，其峰值取決于降雨結(jié)束的時(shí)間，且由表3 可得，質(zhì)量濃度曲線與流失率曲線相關(guān)性較徑流量曲線與流失率曲線相關(guān)性好，因此，質(zhì)量濃度仍是影響流失率曲線的最關(guān)鍵因子。

圖2 坡面徑流碳素流失過程隨降雨歷時(shí)的變化Fig. 2 Process of soil carbon loss with slope surface runoff during the rainfall event

表2 流失率曲線與質(zhì)量濃度和徑流量曲線相關(guān)性系數(shù)Table 2 Correlation analysis of TC loss rate curve with mass concentration and runoff curves

圖3 壤中流碳素流失過程隨產(chǎn)流歷時(shí)的變化Fig. 3 Proccess of soil carbon loss with interflow during the rainfall event

表3 TC 單位面積流失量與雨強(qiáng)的關(guān)系Table 3 Relationships between TC loss（M）per unit area and rainfall intensity（r）relative to slope gradient

2.3 雨強(qiáng)和坡度對(duì)坡面徑流和壤中流中 TC 流失量的影響

2.3.1 雨強(qiáng)對(duì)徑流中 TC 流失量的影響 通常認(rèn)為，雨強(qiáng)是坡面養(yǎng)分流失的主要驅(qū)動(dòng)因子，不同雨強(qiáng)下坡面養(yǎng)分流失量有較大差異。不同坡度下，徑流中 TC 單位面積流失量與雨強(qiáng)的線性回歸方程見表 3。在各坡度條件下，雨強(qiáng)與坡面徑流、壤中流中 TC 單位面積流失量均有較強(qiáng)的線性關(guān)系。從回歸方程可以看出，壤中流中 TC 單位面積流失量遠(yuǎn)小于坡面徑流，圖4 也表明在坡面徑流中 TC 遠(yuǎn)大于壤中流流失量。且由圖4 所示，坡面徑流攜帶TC流失量隨雨強(qiáng)的增大而增大，雖然壤中流中 TC 隨雨強(qiáng)增大而減小，但由于數(shù)量級(jí)不同，所以隨雨強(qiáng)的增大，TC 流失總量也隨之增大。

2.3.2 坡度對(duì)徑流中 TC 流失量的影響 由表 4 可以看出，在Ⅰ90 時(shí)，坡度與 TC 單位面積流失量有較為明顯的線性關(guān)系。而當(dāng)雨強(qiáng)增大時(shí)，TC 單位面積流失量和坡度的線性關(guān)系明顯減弱。本研究發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)極端雨強(qiáng)時(shí)，8°時(shí)坡面徑流中TC 單位面積流失量最大。壤中流中，隨著雨強(qiáng)的增大，坡度與TC 單位面積流失量的線性關(guān)系明顯增加，在Ⅱ50 時(shí)，R2達(dá)到0.829，但由于對(duì)壤中流中TC 流失機(jī)制尚不明確，因此該機(jī)理尚待考究。此外，對(duì)比表 3 和表 4 中TC 流失總量直線斜率的變化可以看出，雨強(qiáng)相較于坡度，對(duì)TC 單位面積流失量有更大的影響。

圖4 徑流中TC 流失總量Fig. 4 Gross TC loss amount with runoff

2.3.3 雨強(qiáng)和坡度對(duì)徑流中TC 流失的綜合影響不同坡度和雨強(qiáng)下，紅土層裸地徑流中的 TC 流失量有顯著差別，因此本文考察了雨強(qiáng)和坡度對(duì) TC單位面積流失量的綜合影響（表 5），坡面徑流中雨強(qiáng)、坡度和 TC 單位面積流失量的線性相關(guān)性很好，R2達(dá)到0.898，而壤中流R2僅為0.724；從雨強(qiáng)和坡度的參數(shù)來看，在坡面徑流中，指定雨強(qiáng)和坡度范圍內(nèi)，雨強(qiáng)對(duì) TC 流失的影響大于坡度，而在壤中流中，二者相反。

表4 TC 單位面積流失量（M）與坡度（s）的關(guān)系Table 4 Relationships between TC loss（M）per unit area and slope gradients（s）relative to rainfall intensity

表5 雨強(qiáng)和坡度與TC 單位面積流失量之間的關(guān)系Table 5 Relationships of TC loss（M）per unit area with rainfall intensity（r），slope gradient（s）

根據(jù)前人的成果，徑流量一直是坡面污染物或者營養(yǎng)元素流失的主要因素[16-18]。由于雨強(qiáng)、坡度直接影響裸地徑流量，為了能夠通過徑流量預(yù)測裸地的碳素單位面積流失量，本文研究了次降雨徑流量與徑流 TC 單位面積流失量之間的關(guān)系，結(jié)果見表6。結(jié)果表明，坡面徑流中徑流量與TC 單位面積流失量之間存在顯著的線性關(guān)系，R2達(dá)到了0.853，這也與其他相關(guān)結(jié)論相似，但在壤中流中這種線性關(guān)系不存在，但由于TC 隨壤中流單位面積流失量相對(duì)較小，對(duì)總量分析，線性方程仍能較好地解釋 TC 單位面積流失量與徑流量的關(guān)系。

表6 次降雨徑流量和TC 單位面積流失量之間的關(guān)系Table 6 Relationships between TC loss（M）per unit area and runoff volume（v）in each rainfall event

表5 中的線性回歸方程可用于預(yù)測不同雨強(qiáng)、坡度條件下浙閩丘陵地區(qū)紅土層裸地坡面徑流或壤中流中碳素的流失量。當(dāng)已知某次降雨的徑流總量時(shí)，則可采用表 6 中的方程來預(yù)測 TC 流失量。以上方程為預(yù)測一定條件下浙閩丘陵區(qū)紅土層裸地徑流中TC 流失量提供了簡便的計(jì)算方法和科學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)碳素流失模型預(yù)測及面源污染控制有重要意義。

3 討 論

3.1 不同土壤類型對(duì)徑流中碳素流失質(zhì)量濃度的影響

在坡面徑流中，本研究表明，隨著降雨時(shí)長的增加，TC 質(zhì)量濃度變化不明顯，呈現(xiàn)出在一定區(qū)域內(nèi)波動(dòng)的特征，這與其他土壤類型的研究有較大的不符[19-21]，在降雨初期，由于降雨初始沖刷效應(yīng)的存在，此時(shí) TC 質(zhì)量濃度應(yīng)該是最高的，但本研究得出的結(jié)論與其相悖，究其原因，可能是紅土層由于缺乏有機(jī)質(zhì)，土壤結(jié)構(gòu)體多為塊狀和核狀結(jié)構(gòu)，難以被雨滴濺蝕破壞，因此，降雨初期未出現(xiàn)降雨初始沖刷效應(yīng)。而初期降雨后，雨水對(duì)裸地地面的沖刷基本穩(wěn)定，同時(shí)由于土壤表層被壓實(shí)并形成水膜，因此徑流攜帶的 TC 濃度也基本穩(wěn)定[22]。但本研究發(fā)現(xiàn)，TC 質(zhì)量濃度曲線會(huì)在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，其突變的原因可能是碳在徑流中的溶解時(shí)間不確定，溶解率也就不盡相同，此時(shí)質(zhì)量濃度就會(huì)波動(dòng)，但該結(jié)論沒有得到證實(shí)，但在其他研究中對(duì)其他營養(yǎng)元素變化曲線也發(fā)現(xiàn)了該特征[23-24]。

在壤中流中，TC 質(zhì)量濃度曲線總體隨產(chǎn)流歷時(shí)的增加，先迅速上升達(dá)到最大值后緩慢下降直至平穩(wěn)的趨勢，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是壤中流產(chǎn)流初期，流速緩慢，雖然下滲過程中與土壤進(jìn)行了充分的相互作用，但由于可溶性的碳素相對(duì)較少[25]，因此產(chǎn)流初期濃度較低，而隨著產(chǎn)流量的增加，流速不斷增大，達(dá)到部分顆粒態(tài)碳的起動(dòng)流速，因此質(zhì)量濃度增大，而隨著降雨結(jié)束，流速緩慢減小，隨壤中流流失的 TC 質(zhì)量濃度也緩慢下降直至平穩(wěn)。壤中流中 TC 質(zhì)量濃度曲線也出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，且波動(dòng)范圍大于坡面徑流，本研究認(rèn)為此現(xiàn)象與流速有關(guān)，已經(jīng)有很多研究表明養(yǎng)分流失隨著流速的增加而增加[26-27]，由于土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，壤中流流動(dòng)路徑較坡面徑流復(fù)雜，因此流速變化范圍較大，從而導(dǎo)致壤中流中TC 質(zhì)量濃度曲線出現(xiàn)較大波動(dòng)。國內(nèi)外 TC 隨壤中流流失的研究還鮮有報(bào)道，這可能是坡面徑流（主要是溶解態(tài)和懸浮顆粒態(tài)）和侵蝕泥沙（主要是粗顆粒態(tài)）是碳素等營養(yǎng)元素遷移的主要途徑與形態(tài)[28-29]，但本研究認(rèn)為壤中流中碳素流失（主要是溶解態(tài)）對(duì)農(nóng)業(yè)養(yǎng)分的影響也不容忽視。此外，由圖4 可知，隨著雨強(qiáng)的增大，壤中流則越小，這是由于雨強(qiáng)增大時(shí)，雨滴擊打表層泥沙的強(qiáng)度大，泥沙濺蝕量增多，土壤結(jié)皮更容易形成[30-31]，因此入滲率逐漸下降。

3.2 雨強(qiáng)和坡度對(duì)碳素隨徑流流失的影響評(píng)估

雨強(qiáng)對(duì)坡面養(yǎng)分流失的影響主要為影響其徑流量[32]。有研究表明，大雨強(qiáng)時(shí)雨滴的直徑大而且下落的終極速度隨之加大，對(duì)坡面土壤產(chǎn)生較大的打擊和濺蝕作用，導(dǎo)致坡面地表結(jié)皮，更容易形成坡面徑流，此時(shí)壤中流流量隨之減少，壤中流中 TC單位面積流失量也相應(yīng)減少，且溶解態(tài)的碳素相對(duì)較少，壤中流流速較慢，顆粒態(tài)碳難以被攜帶移動(dòng)，所以隨壤中流流失的 TC 相對(duì)很少[33-34]。因此，在本試驗(yàn)中，隨著雨強(qiáng)的增大，坡面徑流中碳素流失量逐漸增大，而壤中流中碳素流失量逐漸減小。

在大雨強(qiáng)下，坡度對(duì)徑流中碳素流失的影響不明顯，這是因?yàn)椋陱?qiáng)增大到一定程度，土壤被劇烈沖刷的同時(shí)產(chǎn)生大量徑流，徑流流速快，使表層土壤顆粒物被迅速帶入徑流流失，這時(shí)坡度對(duì)流速的影響逐漸減小[35]，由于流量少，紅土層壤中流中碳素的流失量較小，坡面徑流是碳素遷移的主要因素，這個(gè)特性是由土壤質(zhì)地決定的，紅土層土壤質(zhì)地較緊實(shí)，而在紫色土以及本課題組前期研究的風(fēng)化花崗巖母質(zhì)土壤等土壤質(zhì)地較松散的土壤種類中，養(yǎng)分隨壤中流流失的占比則相對(duì)較高，甚至達(dá)到 90%以上[15，36]。

4 結(jié) 論

在雨強(qiáng)為 90、120 和 150 mm·h-1和坡度為 5°、8°、15°和 25°條件下，雨強(qiáng)和坡度增大對(duì)坡面徑流碳素質(zhì)量濃度變化過程影響較小，質(zhì)量濃度曲線是影響流失率曲線的主要因素。在雨強(qiáng)為90、120 和150 mm·h-1和坡度為 5°、8°、15°和 25°條件下，壤中流中 TC 質(zhì)量濃度曲線呈現(xiàn)出迅速上升達(dá)到最大值后緩慢下降直至平穩(wěn)的趨勢，且質(zhì)量濃度曲線與流失率曲線相關(guān)性相對(duì)坡面徑流較差。雨強(qiáng)越大，坡面徑流中TC 流失量和TC 總流失量越大，壤中流中TC 流失量減少，且雨強(qiáng)相較于坡度，對(duì)TC 流失量有更大的影響，壤中流中坡度對(duì) TC 流失量的影響大于雨強(qiáng)。徑流碳素流失量與雨強(qiáng)、坡度以及次降雨徑流量之間有明顯的線性關(guān)系，可以建立預(yù)測紅土層裸地徑流中碳素流失量方程。