紅壤坡耕地地表徑流和壤中流中可溶性有機(jī)碳的遷移特征

余小芳, 肖勝生, 徐銘澤, 張 杰, 房煥英

(1.江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330022; 2.江西省水土保持科學(xué)研究院, 南昌 330029; 3.江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌 330029; 4.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與藝術(shù)學(xué)院, 南昌 330045)

土壤有機(jī)碳庫(kù)的相對(duì)穩(wěn)定在維持碳素平衡和應(yīng)對(duì)全球氣候變化方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)有機(jī)碳也是土壤質(zhì)量和耕地生產(chǎn)力的關(guān)鍵指標(biāo)，因此土壤侵蝕與土壤有機(jī)碳的相互關(guān)系在全球范圍內(nèi)受到持續(xù)關(guān)注[1-3]。降雨—產(chǎn)流—產(chǎn)沙過(guò)程中有機(jī)碳的遷移主要通過(guò)地表徑流、壤中流和泥沙3種途徑。其中，地表徑流和泥沙驅(qū)動(dòng)下有機(jī)碳的遷移研究已趨于成熟，得到了相對(duì)明確的結(jié)論[3-5]，而壤中流驅(qū)動(dòng)下碳素的遷移研究尚處于探索階段。隨壤中流遷移的碳素主要是可溶性有機(jī)碳(dissolved organic carbon,DOC)。DOC測(cè)量的可溶性有機(jī)質(zhì)(DOM)是土壤有機(jī)質(zhì)的動(dòng)態(tài)流動(dòng)和高活性組分，DOC的流失以土壤和水為介質(zhì)，遷移過(guò)程中會(huì)造成土壤有機(jī)碳庫(kù)的損失，此外DOC可以吸附重金屬和農(nóng)藥[6-7]，加劇水環(huán)境的污染，影響水體質(zhì)量。

國(guó)際上對(duì)耕地等主要生態(tài)系統(tǒng)DOC遷移研究較早，如Kindler[8]和Walmsley[9]等得到耕地中DOC遷移年通量值分別達(dá)到(4 800±1 300)，(3 000±1 300) mg/m2，并且指出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中可溶性碳的淋溶(包括可溶性有機(jī)碳DOC和可溶性無(wú)機(jī)碳DIC)占據(jù)25%的比例，需要引起更多重視[8]。國(guó)內(nèi)以耕地為研究對(duì)象關(guān)于土壤侵蝕過(guò)程中DOC的遷移研究主要集中于紫色土，在區(qū)域上存在明顯的不平衡，如Hua等[10]通過(guò)四川紫色土坡耕地徑流小區(qū)連續(xù)3年(2010—2012年)的監(jiān)測(cè)表明，地表徑流和壤中流DOC濃度沒(méi)有顯著差異，但由于壤中流發(fā)育活躍(壤中流年均累積量達(dá)到289 mm，是地表徑流的4.9倍)，地表徑流和壤中流攜帶的DOC年通量負(fù)荷分別為163.6，865.5 mg/m2，壤中流是紫色土坡耕地DOC遷移損失的主要方式。Hua等[11]進(jìn)一步結(jié)合泥沙遷移損失研究，得到紫色土坡耕地通過(guò)地表徑流損失的有機(jī)碳只有5%，而通過(guò)壤中流和泥沙損失的有機(jī)碳則分別達(dá)到24%，71%。部分研究還指出了紫色土坡耕地上作物不同成長(zhǎng)期內(nèi)DOC的損失狀況[12]。

南方紅壤丘陵區(qū)作為我國(guó)水土流失較為嚴(yán)重的地區(qū)，目前DOC流失關(guān)注較少，相關(guān)研究相對(duì)薄弱[13-14]。南方紅壤丘陵區(qū)水土流失的特點(diǎn)是強(qiáng)度大、范圍廣[15-16]，坡耕地是主要的水土流失策源地[17]。同時(shí)由于豐沛的降雨和特殊的土體構(gòu)型，紅壤坡地壤中流發(fā)育也相對(duì)活躍，如謝頌華等[18]利用大型土壤滲漏裝置，連續(xù)3年監(jiān)測(cè)自然降雨條件下地表徑流與壤中流的徑流遷移，表明紅壤坡地滲透作用強(qiáng)，徑流以壤中流為主，但本研究沒(méi)有涉及到有機(jī)碳的遷移。零星研究表明南方紅壤區(qū)可溶性有機(jī)碳主要集中在20—30 cm土層，可溶性有機(jī)碳的流失與降雨強(qiáng)度有顯著相關(guān)性[13]，且暴雨情況下，可溶性有機(jī)碳的流失更應(yīng)該引起注意，但主要還是針對(duì)地表徑流驅(qū)動(dòng)下的相關(guān)遷移研究?？傮w上，南方紅壤區(qū)坡耕地土體中DOC分布數(shù)據(jù)還比較缺乏，鮮有研究進(jìn)行地表徑流和不同層次壤中流中DOC的協(xié)同觀測(cè)，從而缺乏對(duì)壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC下滲淋溶的損失占有機(jī)碳侵蝕損失的比例以及外界條件的影響效應(yīng)和影響機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。

鑒于此，本研究以江西省典型第四季紅黏土發(fā)育的紅壤坡耕地為研究對(duì)象，采用人工模擬降雨試驗(yàn)，結(jié)合野外原位徑流小區(qū)，開(kāi)展地表徑流和不同土壤層次壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC遷移的同步觀測(cè)，明確次降雨條件下坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙及DOC隨地表徑流和不同層次壤中流的遷移特征，特別是DOC在地表徑流和不同層次壤中流中的分配比例問(wèn)題，量化壤中流和地表徑流對(duì)碳素運(yùn)移損失的貢獻(xiàn)，加深紅壤區(qū)土壤侵蝕與碳循環(huán)相互關(guān)系的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西水土保持生態(tài)科技園。科技園地處江西省北部的德安縣燕溝小流域(東經(jīng)115°42′38″—115°43′06″，北緯29°16′37″—29°17′40″)，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均溫16.7℃，多年平均降水量1 400 mm，平均海拔30～90 m。土壤主要為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的紅壤，土壤厚度范圍為0.5～1.5 m?？萍紙@位于我國(guó)紅壤的中心區(qū)域，屬全國(guó)土壤侵蝕二級(jí)類(lèi)型區(qū)劃中的南方紅壤區(qū)，在江西省和南方紅壤丘陵區(qū)具有典型代表性。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 徑流小區(qū)設(shè)計(jì) 在科技園中選擇野外原位坡耕地徑流小區(qū)作為研究對(duì)象。徑流小區(qū)修建于2017年，土壤狀況為原狀土，規(guī)格為5 m(順坡方向)×2 m，坡度設(shè)置為5°(贛中贛北大部分坡耕地坡度范圍為5°～8°)。小區(qū)處理措施為順坡耕作，作物種植方式為油菜—花生輪作，即5月上旬種植花生，8月下旬收花生后種植油菜，于次年4月底收割油菜。為方便收集整個(gè)土體的徑流，設(shè)置了3個(gè)不同土體深度的徑流收集池，即地表徑流、30 cm壤中流和60 cm壤中流收集池，30，60 cm處均設(shè)有L型集流槽，并由PVC塑料管引流至收集池。

在種植花生前進(jìn)行了一次翻耕，深度為20 cm，同時(shí)用土鉆采集不同深度土壤樣品，其理化性質(zhì)見(jiàn)表1。于2018年5月開(kāi)始種植花生，花生種植方式為穴施，即一穴兩顆花生種子，種植行間距均為20 cm。為降低施肥對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，僅在花生種植前施加一次底肥(磷肥0.075 kg/m2，復(fù)合肥0.037 5 kg/m2)，花生生長(zhǎng)期間做不施肥、不打農(nóng)藥。

1.2.2 野外人工模擬降雨設(shè)計(jì)與樣品采集 人工模擬降雨試驗(yàn)在花生成熟期(8月)進(jìn)行，此時(shí)花生葉面覆蓋度為85%。前期有研究表明，小雨強(qiáng)情況下紅壤坡耕地模擬降雨試驗(yàn)中不易產(chǎn)生壤中流[13]。本研究中為更好說(shuō)明侵蝕過(guò)程中DOC的變化過(guò)程，故采用固定雨強(qiáng)，強(qiáng)度為120 mm/h，降雨時(shí)間為60 min，選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣開(kāi)始試驗(yàn)，共進(jìn)行3次。人工模擬降雨裝置如圖1所示，噴頭采用美國(guó)SPRACO噴頭，噴頭距地面4.75 m，供水壓力為0.08 MPa，有效范圍為半徑2 m的圓，小區(qū)上、下坡位各設(shè)置一個(gè)模擬降雨裝置，并用麻繩系緊支撐裝置于3處不同方向的地樁，使之呈三角固定，通過(guò)前期降雨測(cè)試，降雨均勻度可達(dá)90%以上，滿(mǎn)足降雨試驗(yàn)需要。

模擬降雨前用鋁盒各采集上、中、下坡位表層土壤樣品，通過(guò)烘干法測(cè)得坡面土壤前期含水量平均為16.91%。開(kāi)始降雨后，在坡底徑流出口用已事先標(biāo)記好體積刻度的大紅桶(17 000 ml)收集地表徑流，用小紅桶(5 000 ml)收集30，60 cm處的壤中流，每3 min更換一次。若地表徑流量較小則改用量杯進(jìn)行補(bǔ)充讀數(shù)。壤中流體積則直接用量筒進(jìn)行讀數(shù)。地表徑流讀數(shù)后充分?jǐn)嚢杷畼?，立即?50 ml的量杯取渾水樣放入鋁盒中，用于測(cè)泥沙含量；取完渾水樣后用100 ml的聚氯乙烯瓶取清水樣，用于測(cè)定地表徑流中DOC含量。壤中流讀數(shù)后直接用100 ml聚氯乙烯瓶取水樣，用于測(cè)定壤中流中DOC含量。降雨停止后，考慮產(chǎn)流的滯后效應(yīng)，地表徑流與壤中流繼續(xù)接樣，地表徑流低于10 ml時(shí)不再接樣，壤中流接樣至產(chǎn)流結(jié)束。

圖1 野外人工模擬降雨裝置

試驗(yàn)結(jié)束后將收集的徑流過(guò)程DOC樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，用0.45 um孔徑濾膜進(jìn)行過(guò)濾，后采用TOC-L CPH分析儀測(cè)定徑流中DOC含量；鋁盒中泥沙樣靜置24 h后倒掉上層清液，放入105°烘箱中待完全烘干后稱(chēng)其泥沙質(zhì)量計(jì)算泥沙量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

單次降雨產(chǎn)流事件DOC隨地表徑流、壤中流遷移通量Qi的計(jì)算式為：

Qi=Ci×qi

(1)

式中：Qi為次降雨過(guò)程中壤中流DOC遷移通量(mg/m2)；Ci為壤中流中DOC質(zhì)量濃度(mg/L)；qi為次降雨壤中流徑流量，以徑流深代替(mm)。利用Excel 2010版對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并利用Origin 8.5制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征

2.1.1 地表產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程 在模擬降雨過(guò)程中，地表徑流量表現(xiàn)為先增大后趨于穩(wěn)定；降雨開(kāi)始后，泥沙流失強(qiáng)度逐步增加，在22 min時(shí)達(dá)到峰值，之后則逐步降低(圖2)。由此說(shuō)明降雨初期，徑流入滲較快，并攜帶少量的泥沙，隨著降雨時(shí)間的增加，入滲率減少，徑流在地表匯集、流失，并且攜帶了更多的泥沙。模擬降雨停止后，地表徑流存在13 min左右的滯后期，這可能是由于降雨時(shí)期的選擇在花生的成熟期，花生枝葉比較茂盛，大雨強(qiáng)下對(duì)徑流有一定的阻攔作用。該階段前5 min內(nèi)地表徑流量與泥沙量緩慢下降，后8 min表現(xiàn)為快速消退，10 min后地表徑流量低于100 ml，故未收集泥沙樣，13 min后坡面地表徑流停止產(chǎn)生。

圖2 地表徑流產(chǎn)流過(guò)程與產(chǎn)沙過(guò)程線(xiàn)

2.1.2 壤中流產(chǎn)流過(guò)程 監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在歷時(shí)60 min的模擬降雨過(guò)程中，30 cm層次壤中流與60 cm層次壤中流產(chǎn)流量的變化趨勢(shì)基本一致，均表現(xiàn)為先增大后減小的單峰曲線(xiàn)模式(圖3)。初始產(chǎn)流時(shí)間方面，30 cm層次壤中流在降雨開(kāi)始后40 min開(kāi)始產(chǎn)流，滯后于60 cm層次壤中流(22 min)。兩個(gè)層次壤中流量到達(dá)峰值的時(shí)間基本一致，均在65 min左右。模擬降雨停止后兩個(gè)層次壤中流消退過(guò)程存在差異，即30 cm層次壤中流表現(xiàn)為快速消退，而60 cm層次壤中流消退較為緩慢，總歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)139 min。壤中流量方面，60 cm層次壤中流量峰值(2 495 ml)遠(yuǎn)大于30 cm層次壤中流(400 ml)，可知該條件下紅壤坡面壤中流對(duì)降雨的響應(yīng)以深層次壤中流產(chǎn)流為主，表現(xiàn)出徑流垂直輸出的特點(diǎn)。

圖3 不用層次壤中流產(chǎn)流過(guò)程

2.1.3 坡面徑流組分 模擬降雨過(guò)程中，地表徑流和兩個(gè)層次壤中流的變化有所差異，具體見(jiàn)表2。初始產(chǎn)流時(shí)間表現(xiàn)為地表徑流[(1±0.4) min]>60 cm壤中流[(19±2.5) min]>30 cm壤中流[(40±2.8) min)]。坡面徑流主要以地表徑流為主[(857 500±142.9) ml)]，占徑流總量的95.86%，其次為60 cm壤中流[(32 565±121.4) ml)]，占徑流總量的3.71%，30 cm壤中流流量最少[(3 670±50.2) ml)]，僅占徑流總量的0.43%。相對(duì)于小雨強(qiáng)條件下有利于紅壤坡面水分入滲，模擬降雨雨強(qiáng)較大的情況下，雨滴對(duì)土壤表面的團(tuán)聚體打擊力度較大，影響土壤的入滲效率，影響壤中流的出流。

表2 模擬降雨過(guò)程中坡面徑流過(guò)程

2.2 坡面可溶性有機(jī)碳遷移特征

2.2.1 DOC遷移在不同徑流組分中的分配 模擬降雨過(guò)程中DOC隨徑流的遷移過(guò)程見(jiàn)表3。該降雨強(qiáng)度下紅壤坡地徑流中DOC遷移主要是以地表徑流為主(98.16%)，其次是60 cm壤中流所驅(qū)動(dòng)(1.539%)，30 cm壤中流所攜帶的DOC最少，只占0.301%。盡管3個(gè)組分所攜帶的DOC濃度沒(méi)有顯著差異，都處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)上，但由于地表徑流總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個(gè)層次的壤中流產(chǎn)流量(地表徑流量是壤中流量的23倍)，因此總體上的遷移通量還是以地表徑流為主。

不同層次壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC的流失過(guò)程也不一致。總體上，30 cm壤中流中DOC濃度[(104.17±8.5) mg/L]與60 cm壤中流中DOC濃度[(151.51±27.6) mg/L]差別不大，但由于60 cm壤中流出流量明顯高于30 cm層次壤中流，導(dǎo)致二者的遷移通量不一致。壤中流是土壤溶質(zhì)垂向遷移的主要驅(qū)動(dòng)力，土壤內(nèi)的水分運(yùn)動(dòng)就是DOC下滲淋溶的關(guān)鍵因素，因此以后需要更多關(guān)注深層次壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC等土壤溶質(zhì)的遷移損失。

表3 DOC在不同徑流組分中的分配

2.2.2 地表徑流驅(qū)動(dòng)下DOC的遷移過(guò)程 地表徑流中DOC遷移通量波動(dòng)范圍為(5.62±1.71)～(156.64±10.04) mg/m2，平均值為(41.51±3.52) mg/m2。模擬降雨過(guò)程中地表徑流量與DOC遷移通量的關(guān)系如圖4所示，DOC遷移通量在降雨前期呈現(xiàn)小幅度的上升趨勢(shì)，但是在34 min時(shí)突然出現(xiàn)了一個(gè)峰值(139.02 mg/m2)，后DOC遷移通量回到了突變前的數(shù)值并繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在52 min時(shí)達(dá)到了第2個(gè)峰值(156.64 mg/m2)，后隨降雨歷時(shí)的增加，DOC遷移通量逐漸降低?？傮w上地表徑流量與DOC遷移通量并無(wú)明顯的相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明地表徑流所攜帶的DOC濃度沒(méi)有明顯規(guī)律。

圖4 地表徑流中DOC遷移通量隨降雨歷時(shí)的變化

2.2.3 壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC的遷移過(guò)程 模擬降雨過(guò)程中不同層次壤中流DOC遷移通量隨降雨歷時(shí)的變化均呈現(xiàn)雙峰型(圖5)，30 cm壤中流的DOC遷移通量在43 min開(kāi)始產(chǎn)流，并在3 min后有第一個(gè)數(shù)值，30 cm壤中流量隨降雨歷時(shí)的變化表現(xiàn)為先遞增達(dá)到峰值后遞減的趨勢(shì)，但是30 cm壤中流的DOC遷移通量隨降雨歷時(shí)的變化卻分別在62，67 min出現(xiàn)兩個(gè)峰值，到達(dá)峰值的時(shí)間也不一致，可見(jiàn)30 cm壤中流的DOC遷移通量與30 cm壤中流量之間是否存在相關(guān)，還有待商榷。

60 cm壤中流量隨降雨歷時(shí)表現(xiàn)為先增加后減小，60 cm壤中流DOC的遷移通量隨降雨歷時(shí)的變化表現(xiàn)出波動(dòng)性起伏，分別在43，67，76 min出現(xiàn)3個(gè)較高的值。且67 min時(shí)60 cm壤中流中DOC遷移通量出現(xiàn)第2個(gè)峰值，同時(shí)60 cm壤中流量也達(dá)到最大。如此分析，在67 min前60 cm壤中流中DOC遷移通量除在43 min出現(xiàn)了一個(gè)較大的值[(1.676±0.04) mg/m2]外，DOC的遷移通量整體都表現(xiàn)隨降雨歷時(shí)而增加即隨著60 cm壤中流量的增多，遷移通量也增多。67 min后約10 min內(nèi)DOC遷移通量達(dá)到第3個(gè)峰值[(1.52±0.07) mg/m2]，降雨結(jié)束后60 cm壤中流所有出流量的的遷移總量累積達(dá)到11.531 1 mg/m2，60 cm層次DOC遷移通量全部的變化范圍為(0.06±0.03)～(1.68±0.04) mg/m2，平均值為0.45 mg/m2。

圖5 不同層次壤中流DOC遷移通量隨降雨歷時(shí)的變化

3 討 論

3.1 不同組分徑流分配格局

本研究表明坡面徑流主要以地表徑流為主，占比達(dá)到95.86%，60 cm壤中流和30 cm壤中流分別只占3.71%,0.43%。之前的研究表明，紅壤坡地壤中流發(fā)育活躍，如Liu等[19]通過(guò)393場(chǎng)自然降雨的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到紅壤裸露坡地地表徑流只有總徑流量的18.12%，生草全園覆蓋后地表徑流則只有1.19%。這種差異很有可能主要是由降雨特性造成的。有研究表明，坡地水分下滲過(guò)程與雨強(qiáng)存在密切關(guān)系，特別是小雨強(qiáng)會(huì)促進(jìn)下滲[4]，本試驗(yàn)中較高的雨強(qiáng)(120 mm/h)會(huì)使得水分下滲減少，增加地表徑流。因此在后續(xù)的研究中需要增加不同雨強(qiáng)梯度的研究，以加深壤中流產(chǎn)生以及不同徑流組分格局對(duì)雨強(qiáng)的響應(yīng)關(guān)系認(rèn)識(shí)。

本研究發(fā)現(xiàn)60 cm壤中流初始產(chǎn)流時(shí)間較30 cm壤中流早。已有研究表明南方紅壤區(qū)地表徑流蓄滿(mǎn)產(chǎn)流為主[20]，當(dāng)降雨滿(mǎn)足了蒸發(fā)、植被截留、填洼和土壤缺水量后方產(chǎn)生徑流，且之后的降雨全部都形成徑流；下滲的水分將成為自由重力水，且滿(mǎn)足上層下滲的水量大于下層下滲的水量才會(huì)產(chǎn)生壤中流。本試驗(yàn)在第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的紅壤坡地原位進(jìn)行，土層內(nèi)部結(jié)構(gòu)不透明，且修建小區(qū)時(shí)發(fā)現(xiàn)有較多的螞蟻窩分布在不同的土層里，因此極有可能是30 cm處存在空洞，導(dǎo)致下滲率較大，土壤含水量升高較慢，直至下層土壤都達(dá)到飽和含水量后，30 cm處土壤含水量才慢慢積累直至出流。另外，土層越深，容重越大，土壤越緊實(shí)，徑流優(yōu)先將表層顆粒土壤帶走，隨著降雨歷時(shí)的增加，表層土壤被沖刷后，徑流只能浸提深層土壤溶質(zhì)[19]，所以泥沙量變化會(huì)呈現(xiàn)單峰曲線(xiàn)的模式。

3.2 DOC隨不同徑流組分的遷移格局

雖然地表徑流水相(主要是溶解態(tài))和侵蝕泥沙相(主要是顆粒態(tài))是碳素等養(yǎng)分遷移的重要途徑與形態(tài)，但壤中流驅(qū)動(dòng)下有機(jī)碳的垂向遷移也是土壤碳素?fù)p失的重要途徑。本研究中，30 cm與60 cm層次中DOC質(zhì)量濃度總和比地表徑流多25.11 mg/L，相比之下壤中流中DOC的質(zhì)量濃度比地表徑流稍大。這與Hua等[10]在紫色土坡耕地上的研究結(jié)論一致。但由于紫色土中壤中流發(fā)育更為活躍，導(dǎo)致紫色土坡耕地中通過(guò)地表徑流和壤中流遷移損失的DOC分別占到5%，24%(其余71%為泥沙遷移)[11]。Kindler等[8]也指出耕地中壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC遷移年通量值達(dá)到4 800 mg/m2，占有機(jī)碳侵蝕損失的25%。鄱陽(yáng)湖及其支流周邊的主要土壤性質(zhì)為紅壤，紅壤中DOC吸附的各種重金屬、農(nóng)藥等污染物進(jìn)入鄱陽(yáng)湖五大支流，可能加重鄱陽(yáng)湖甚至長(zhǎng)江中游段的水質(zhì)污染。

本研究發(fā)現(xiàn)紅壤坡地暴雨情況下，地表徑流DOC遷移通量占比達(dá)到98.16%，60 cm層次壤中流和30 cm層次壤中流所遷移的DOC占比分別只有1.54%,0.30%。DOC的淋溶是土壤中DOC與徑流運(yùn)動(dòng)相互作用的結(jié)果，因此要分析DOC的遷移差異，需首先弄清楚壤中流的運(yùn)動(dòng)機(jī)制。壤中流通常由大孔隙流(Macropore flow)和基質(zhì)流(Matrix flow)兩部分組成[21]。小雨強(qiáng)情況下，壤中流主要由大孔隙流構(gòu)成；隨著降雨的繼續(xù)進(jìn)行，基質(zhì)流逐漸形成并帶動(dòng)DOC輸出；大雨強(qiáng)情況下，降雨對(duì)地表的打擊作用較強(qiáng)，土壤顆粒分散產(chǎn)生的細(xì)顆粒會(huì)阻塞大孔隙流通道，造成壤中流生成相對(duì)較少。如Ma等[13]在湖南紅壤坡耕地上的模擬降雨試驗(yàn)也證實(shí)，降雨強(qiáng)度是壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC淋溶遷移的主導(dǎo)因子，并且受到耕作的共同影響，翻耕和小雨強(qiáng)共同作用下呈現(xiàn)出最大的DOC輸出濃度。四川紫色土壤中流中DOC濃度與雨強(qiáng)之間也呈現(xiàn)出顯著的負(fù)線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系[11]。而本模擬降雨試驗(yàn)下采用了較大的降雨強(qiáng)度，因此DOC輸出的差異可能主要是由降雨特性，特別是不同的雨強(qiáng)決定的。另外，Long等[22]發(fā)現(xiàn)亞熱帶酸性粘性紅壤農(nóng)田的DOC輸出濃度也處于較低水平，并認(rèn)為酸性紅壤中豐富的鐵鋁氧化物/氫氧化物和黏粒對(duì)可溶性有機(jī)質(zhì)的吸附可能是造成這種現(xiàn)象的主要原因。因此對(duì)花生坡耕地而言是否也存在這種吸附機(jī)制也需要在以后的工作中加強(qiáng)探討。同時(shí)，Ma等[13]研究還表明紅壤坡耕地20—30 cm土層DOC含量最高。土層中DOC的流失，一方面是隨著下滲的水分到達(dá)了下層土壤，另一方面是隨著側(cè)向的壤中流流失，本文表明30 cm處土壤的下滲能力較強(qiáng)，因此土壤中可溶性有機(jī)碳極有可能是隨著下滲的水流，積攢到了60 cm處的土層中，并隨著60 cm處的壤中流流出。

4 結(jié) 論

(1) 紅壤坡耕地模擬降雨試驗(yàn)表明，坡面徑流以地表徑流為主，占到總徑流量的95.86%，壤中流總體占比較少；但60 cm壤中流出流量大于30 cm層次壤中流。

(2) 模擬降雨過(guò)程中，DOC遷移以地表徑流為主，占到總遷移通量的98.16%；同時(shí)60 cm壤中流驅(qū)動(dòng)下DOC的遷移也大于30 cm層次壤中流，說(shuō)明在后續(xù)的工作中需要更多注意深層次壤中流所遷移損失的土壤碳素。

(3) 產(chǎn)流過(guò)程中，DOC的遷移通量是產(chǎn)流量與質(zhì)量濃度共同影響的結(jié)果，與產(chǎn)流量之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，后期需要加強(qiáng)不同降雨強(qiáng)度下的對(duì)比研究。