碳氮同位素結(jié)合穩(wěn)定同位素模型解析沉積土壤碳源

李娜，孫占祥，張燕卿，劉恩科，李鳳鳴，李純乾，李菲

碳氮同位素結(jié)合穩(wěn)定同位素模型解析沉積土壤碳源

李娜1,3，孫占祥2，張燕卿1，劉恩科1，李鳳鳴3，李純乾3，李菲3

1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 101010；2遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，沈陽(yáng) 110161；3遼寧省旱地農(nóng)林研究所，遼寧朝陽(yáng) 122000

【】研究遼西褐土丘陵區(qū)典型小流域不同土地利用方式下經(jīng)侵蝕沉積過(guò)程沉積土壤碳來(lái)源，為合理調(diào)控小流域土壤侵蝕造成的土壤碳流失提供科學(xué)參考。通過(guò)對(duì)遼西丘陵溝壑區(qū)小流域野外取樣，研究小流域沉積土壤碳的來(lái)源并量化其貢獻(xiàn)。通過(guò)GIS結(jié)合GPS技術(shù)對(duì)小流域4種不同土地利用類型（耕地、林地、草地、溝渠）表層土壤及小流域攔沙壩3個(gè)位點(diǎn)（S1壩前、S2壩中、S3壩后）0-100 cm土壤剖面進(jìn)行取樣，結(jié)合碳、氮同位素混合模型對(duì)沉積土壤碳源進(jìn)行解析。利用13C和15N同位素特征及其元素組成（土壤有機(jī)碳和全氮）對(duì)遼西丘陵溝壑區(qū)侵蝕沉積物土壤有機(jī)碳進(jìn)行了定性和定量鑒定。遼西丘陵溝壑區(qū)小流域沉積物中有機(jī)碳主要來(lái)源為耕地，其次是溝渠、草地和林地。耕地貢獻(xiàn)平均為58.75%，溝渠25.49%，草地6.49%，林地9.2%。碳氮穩(wěn)定性同位素模型作為一種重要的“指紋”工具可以成功應(yīng)用于遼西丘陵溝壑區(qū)小流域沉積土壤碳來(lái)源定性及定量的分析。研究成果可以為受水力侵蝕的小流域的土壤保護(hù)和養(yǎng)分流失控制以及維持生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性提供理論參考。

有機(jī)碳；水土流失；攔沙壩；沉積物；穩(wěn)定同位素模型

0 引言

【研究意義】水土流失是導(dǎo)致小流域土壤有機(jī)碳（SOC）流失的主要過(guò)程[1]。土壤侵蝕伴隨著水的流動(dòng)和沉積物的輸送，使土壤SOC從土壤生態(tài)系統(tǒng)中移出[2]。由土壤侵蝕引起的碳的重新分配仍在繼續(xù)[3]，但侵蝕小流域的碳輸出的過(guò)程及終點(diǎn)卻在很大程度上未知，也很少被研究。土壤侵蝕在陸地碳釋放中的作用仍然是土壤調(diào)節(jié)氣候變化潛力最重要的不確定因素之一[4-5]。遼寧省西部丘陵溝壑區(qū)是中國(guó)東北地區(qū)最嚴(yán)重的水土流失地區(qū)之一[6]，山丘占耕地總數(shù)的70%左右。遼西丘陵區(qū)水土流失面積為209.06萬(wàn)hm2，總侵蝕面積為49.4%，占總面積的41.6%。土壤碳的流失不僅嚴(yán)重消耗了遼西地區(qū)的土地資源，導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)退化，而且還影響了陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)中碳的生物地球化學(xué)循環(huán)[7-9]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】碳和氮穩(wěn)定同位素比率（δ13C、δ15N）和元素成分是一個(gè)潛在的強(qiáng)大的工具用來(lái)跟蹤流域沉積物來(lái)源的貢獻(xiàn)[10-11]。此外，穩(wěn)定同位素也已用于追蹤流域山坡上侵蝕物質(zhì)的來(lái)源。碳、氮穩(wěn)定同位素組成的成功使用是由于生態(tài)系統(tǒng)源之間的顯著差異，這是由于碳循環(huán)過(guò)程中由于物理、化學(xué)和生物過(guò)程引起的同位素分餾[12-13]。在定性、定量分析沉積土壤中碳來(lái)源的同時(shí)，利用基于R統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件的穩(wěn)定同位素模型（stable isotope analysis in R，SIAR）[14]，定量研究各來(lái)源對(duì)沉積土壤SOC的貢獻(xiàn)率。此外，穩(wěn)定同位素比率（δ13C 和δ15N）在推斷有機(jī)碳的來(lái)源和轉(zhuǎn)化過(guò)程方面應(yīng)用廣泛[15-16]，SIAR模型也廣泛應(yīng)用于食物鏈、水環(huán)境及土壤污染物的溯源[17-19]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究以此為出發(fā)點(diǎn)，以遼西地區(qū)典型小流域-太平溝小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，基于太平溝小流域的治理現(xiàn)狀，運(yùn)用GIS技術(shù)結(jié)合同位素混合模型——SIAR模型，系統(tǒng)開展小流域受土壤侵蝕過(guò)程沉積區(qū)有機(jī)碳來(lái)源研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】用穩(wěn)定同位素技術(shù)，研究可以獲取小流域尺度土壤侵蝕和環(huán)境變化的信息及沉積物中碳同位素組成特征和變化，得知土壤碳循環(huán)的重要信息，揭示流域土壤侵蝕狀態(tài)和生態(tài)環(huán)境的變化，為小流域土壤碳流失調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)太平溝小流域位于遼寧省朝陽(yáng)市建平縣惠州鄉(xiāng)（東經(jīng)119°35′47″—119°38′18″，北緯41°57′38″— 41°59′38″）。該地區(qū)為干旱和半干旱氣候，年平均溫度約為8℃，年累積溫度為3 847℃。平均地表溫度為10.2℃。平均年降雨量為200 mm。降水主要集中在6—9月，占年降水量的80%。大多數(shù)降水是強(qiáng)降雨和短期暴雨，年際變化較大。年蒸發(fā)量為2 041 mm左右，平均相對(duì)濕度約為52%。

該地屬于典型的棕色土壤和丘陵地區(qū)，坡地占該區(qū)農(nóng)業(yè)用地的80%左右。土壤侵蝕以水力侵蝕為主。研究區(qū)小流域面積約17.5 km2。主要農(nóng)作物是玉米，耕種方式是連作。小流域的土壤性質(zhì)見表1。自從20世紀(jì)70年代后，國(guó)家在該流域投入了大量資金加強(qiáng)了水土保持措施，以進(jìn)行恢復(fù)植被重建，防止水土流失?？刂拼胧┲饕ㄍ恋匦莞?，水壩和梯田建設(shè)，草木種植，農(nóng)林造林等。該地區(qū)的主要土地利用類型有林地、耕地、草地和溝渠。在流域出口有攔沙壩儲(chǔ)存土壤沉積物，目前有約1 m厚的沉積物。研究區(qū)主要土地利用類型是耕地和林地，草地、休閑地和溝渠相對(duì)于小流域的總面積而言較小。

1.2 樣品采集與測(cè)定

2018年9月進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)采樣。試驗(yàn)地土壤類型為褐土。分別從具有代表性的土地利用方式耕地（45），林地（42），草地（20），溝渠（19）4個(gè)區(qū)共收集表層（0—10 cm）土壤樣品共129個(gè)。此外，還通過(guò)100 cm3環(huán)刀收集了五份原狀土樣品，用于測(cè)定土壤容重（BD）和土壤含水量（SWC）。從沿?cái)r沙壩沉積區(qū)開始到末端收集沉積物樣品。使用直徑7.0 cm土鉆收集了總共90個(gè)沉積物樣品（10個(gè)深度，3個(gè)剖面和3個(gè)重復(fù)樣品）用于理化性質(zhì)分析。分別在攔沙壩的前端（S1），攔沙壩中央（S2）和攔沙壩后端（S3），垂直鉆取0—1 m深度的3個(gè)點(diǎn)，獲取完整的土壤剖面。垂直取樣間隔為0.1 m。從保留的沉積物中提取了原始土壤樣品，以進(jìn)行土壤容重和土壤含水量分析。

將收集到的所有樣品立即運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化分析。在進(jìn)行分析之前，先將土壤可見的根部殘留物和碎石清除。將所有沉積物和土壤樣品風(fēng)干，分成兩份樣品，一份樣品通過(guò)2 mm的篩子以測(cè)定土壤質(zhì)地、pH，另一份樣品通過(guò)0.15 mm的篩子測(cè)定其土壤有機(jī)碳（SOC）和總氮（TN）含量以及碳氮同位素特征。使用HI 3221 pH計(jì)（Hanna Instruments Inc.，美國(guó)）以1：2.5的土壤水比測(cè)定土壤pH[20]。用Coulter LS200激光顆粒分析儀在0.02—2 000 μm的范圍內(nèi)對(duì)土壤樣品進(jìn)行質(zhì)地分析，用H2O2去除有機(jī)物并用六偏磷酸鹽進(jìn)行化學(xué)分散[21]。采用環(huán)刀法測(cè)量土壤容重和含水量，在105℃下烘干48 h[20]。SOC和TN含量以及碳氮穩(wěn)定同位素組成由IRMS（Isoprime100，Isoprime，UK）附帶的元素分析儀測(cè)定，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為IAEA-N1，IAEA-N3，USGS24和USGS41，分析精度為0.2‰。δ13C和δ15N的平均分析誤差通常為0.01‰[22]。在測(cè)定土壤元素碳和氮之前，將樣品中加入 1 mol·L-1鹽酸進(jìn)行酸化除去土壤無(wú)機(jī)碳，因?yàn)檫|西地區(qū)pH為微偏堿性，去除土壤中的碳酸鹽。同位素分析于2019年3月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3 據(jù)分析與SIAR混合同位素模型概述

1.3.1 模型概述 為了準(zhǔn)確量化沉積區(qū)土壤SOC的來(lái)源，選用基于貝葉斯方程的 SIAR 混合同位素模型進(jìn)行分析，該模型能夠表征因?yàn)橥凰胤逐s所引起的變異所產(chǎn)生的誤差，并且它能夠解析出的各個(gè)源的分布特征，最后得出的各源的貢獻(xiàn)率；且當(dāng)有多個(gè)源（＞3）存在時(shí)，SIAR模型同樣適用，模型表達(dá)式如下：

式中：X表示不同來(lái)源的第種混合物的第個(gè)同位素的值；S表示第種源的第個(gè)同位素的值；P表示源中第個(gè)來(lái)源的貢獻(xiàn)比例；C表示分餾系數(shù)；ε表示剩余誤差，代表不同單個(gè)混合物之間能確定的變量[17]。

1.3.2 統(tǒng)計(jì)分析 在本研究中，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)均使用SPSS 18.0版（SPSS Inc.，Chicago，IL，USA）軟件。不同處理間采用多重比較方法LSD （Least-Significant Difference）的方法。單因素方差分析采用（ANOVA，鄧肯法）。數(shù)據(jù)繪圖采用origin2016軟件完成。SIAR模型的加載在R語(yǔ)言中完成，用于量化本研究中各種潛在碳源對(duì)土壤侵蝕有機(jī)碳的來(lái)源。

SIAR的源代碼（https://github.com/AndrewLJackson/ siar/blob/master/R/siarproportionbygroupplot.R）

2 結(jié)果

2.1 不同土地利用類型土壤與沉積區(qū)土壤對(duì)比

表1列出了不同土地利用方式土壤的理化性質(zhì)。表1為攔沙壩3個(gè)位點(diǎn)剖面的容重（BD）和pH。耕地、林地、草地和溝渠土壤BD差異顯著，林地土壤BD最高（1.38 g·cm-3），溝渠土壤BD最低（1.18 g·cm-3）。所有土壤均呈弱堿性，其中草地土壤pH最高（8.2），林地土壤pH最低（7.74）。流域土壤質(zhì)地以粉砂壤土為主，粒徑組成隨土地利用和景觀位置的變化而變化。林地土壤砂粒含量高于其他土壤，黏粒含量低于其他土壤，景觀位置較低的土壤粉砂和黏粒含量高于景觀位置較高的土壤。土壤顆粒組成的測(cè)量結(jié)果與土壤BD數(shù)據(jù)基本一致，說(shuō)明該流域土壤侵蝕后土壤細(xì)顆粒在一定程度上從上游向下游移動(dòng)。與源土相比，攔沙壩附近土壤沉積物的BD和pH普遍較高，但剖面上沒有明顯的分布格局。

表1 不同土地利用類型土壤理化性質(zhì)

S1：攔沙壩前端；S2：攔沙壩中央；S3：攔沙壩后端

2.2 不同土地利用類型及沉積物土壤同位素特征值

表2所示的土壤和沉積物中SOC的測(cè)量結(jié)果表明，不同土地利用之間土壤和沉積物之間的SOC含量存在顯著差異。林地土壤中SOC（16.86±0.06）g·kg-1含量最高，耕地次之（7.35±0.04）g·kg-1。由于有機(jī)物質(zhì)或植物組織在土壤表面的殘留積累，林地土壤具有最高的有機(jī)碳含量。耕地較高的碳氮比反映了農(nóng)業(yè)措施的影響，可能是土壤侵蝕或植物吸收導(dǎo)致土壤氮流失的結(jié)果。與其他土壤相比，沉積物的SOC普遍較低，但碳氮比相對(duì)較高。在1 m剖面內(nèi)，沉積物的SOC范圍為2.38—7.78g·kg-1，TN為0.19—0.66g·kg-1。

2.3 源土壤與沉積土壤的δ13C相關(guān)性分析

為了探討沉積泥沙中 SOC 的來(lái)源，在建立模型之前，對(duì)被測(cè)定潛在碳源的指紋識(shí)別指數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，δ13C，δ15N，SOC 和 TN 能成功區(qū)別3種源材料（耕地、林地和溝渠）。在我們的研究中除了耕地與溝渠土壤間的δ15N 值未存在顯著差異外，其他所有不同土地利用類型土壤之間的δ13C、δ15N、SOC和TN存在顯著性差異（表2）。因此，由于所有源材料指紋識(shí)別因子的差異性，可以定量地研究沉積泥沙有機(jī)碳來(lái)源的貢獻(xiàn)。林地土壤中δ13C較耕地和草地高出1‰—5‰。在4類源土中δ13C的范圍在-23.99‰—-28.29‰，與其他類型源土相比，沉積物土壤的SOC及δ13C含量相對(duì)較低。此外，源材料與泥沙樣品的雙元關(guān)系模型也成功應(yīng)用于識(shí)別潛在碳源貢獻(xiàn)（圖2）。由圖2源土壤與沉積物土壤中SOC和δ13C的二元比可以看出在不同類型土壤中與沉積物中δ13C的同位素特征值是不同的。圖3的TOC與δ13C的二元比可以看出，耕地土壤可能是沉積物中碳的主要貢獻(xiàn)者或潛在來(lái)源，即沉積在沉積物中的碳主要來(lái)自于流域的耕地。

表2 不同土地利用類型及沉積物同位素特征值

圖2 不同深度（0—100 cm）沉積物和潛在來(lái)源之間的SOC、δ13C均值

2.4 不同土地利用類型對(duì)沉積物表層土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率

通過(guò)將源土的δ13C及其方差數(shù)據(jù)輸入SIAR模型，如圖3所示，由模型得出沉積物土壤SOC的貢獻(xiàn)主要來(lái)源于耕地，接下來(lái)依次是溝渠、草地、林地。這也說(shuō)明耕地作為沉積物碳的主要來(lái)源與SIAR混合模型的計(jì)算相一致。此外，SIAR模型還提供了每個(gè)來(lái)源的定性貢獻(xiàn)的詳細(xì)數(shù)值。圖3給出了4種源土對(duì)沉積區(qū)泥沙剖面（0—100 cm）有機(jī)碳含量的定量貢獻(xiàn)。說(shuō)明了SIAR模型在小流域中預(yù)測(cè)SOC來(lái)源是成功適用的。耕地貢獻(xiàn)平均為58.75%，其次是溝渠25.49%，草地6.49%，林地9.2%。90%以上的沉積物有機(jī)碳來(lái)自耕地、溝渠。林地和草地對(duì)研究流域沉積物中有機(jī)碳的貢獻(xiàn)較小。由剖面不同源對(duì)沉積區(qū)的SOC貢獻(xiàn)率可以看出在小流域尺度上，隨著侵蝕事件的增加，流域尺度上耕地對(duì)沉積土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率是增加的，流域尺度上農(nóng)田對(duì)沉積土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率是增加的，沉積區(qū)剖面中各源SOC貢獻(xiàn)的垂直變化也可以反映土壤侵蝕和土地利用的時(shí)間異質(zhì)性。

圖3 沉積區(qū)0-100 cm土壤剖面有機(jī)碳的來(lái)源及貢獻(xiàn)比

3 討論

本研究采用野外取樣和示蹤的方法，探討了遼西丘陵溝壑區(qū)土壤侵蝕沉積物SOC分布規(guī)律及來(lái)源。利用13C和15N同位素特征及其元素組成（SOC和TN）對(duì)遼西丘陵溝壑區(qū)侵蝕沉積物SOC進(jìn)行了定性和定量鑒定。利用穩(wěn)定同位素特征識(shí)別侵蝕沉積物SOC的來(lái)源應(yīng)該考慮幾個(gè)在其他研究中不能滿足的假設(shè)。一方面，所選潛在源的13C和15N組成在流域內(nèi)應(yīng)表現(xiàn)出顯著差異，沉積物的13C和15N同位素特征應(yīng)處于不同潛在源的變化范圍內(nèi)。另一方面，自然豐度穩(wěn)定同位素特征的應(yīng)用還應(yīng)考慮土壤侵蝕、泥沙運(yùn)移和沉積后過(guò)程中凋落物同位素的分餾效應(yīng)。但是，很難評(píng)估侵蝕和沉積過(guò)程對(duì)示蹤劑的改變程度。為了減少由某些過(guò)程（例如礦化過(guò)程）引起源物質(zhì)特征值（包括δ13C、δ15N、SOC和TN）的變化，源樣品進(jìn)行元素和同位素分析時(shí)采用模擬流遷移的方法。此外，采樣過(guò)程還可能產(chǎn)生不確定性，這不僅是由于沉積區(qū)獨(dú)特的沉積物來(lái)源和地貌特征，而且從溝渠到沉積區(qū)的土壤顆粒變化有很大不同。

在20世紀(jì)70年代后期，對(duì)于小流域治理投入的加大，開墾梯田的面積增加，造成后期農(nóng)田對(duì)有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率越來(lái)越大。從1978年至今，由于降雨和人類活動(dòng)的影響，坡耕地的土壤侵蝕和土壤SOC的流失增加，農(nóng)業(yè)土壤中不穩(wěn)定或活性SOC可能由于侵蝕而優(yōu)先轉(zhuǎn)移，造成了在攔沙壩區(qū)沉積[23-24]。每年在遼西丘陵溝壑區(qū)由土壤侵蝕造成的大量SOC流失和重新分配，嚴(yán)重影響該地區(qū)生態(tài)可持續(xù)性和生物地球化學(xué)循環(huán)[25]。土壤侵蝕通常有3個(gè)步驟：分離、遷移和沉積[26]。分離過(guò)程首先暴露有機(jī)物保護(hù)的土壤團(tuán)聚體和黏土礦物[18]；隨后，與SOC相關(guān)的細(xì)土顆粒優(yōu)先從侵蝕地遷移到沉積地點(diǎn)并沉積下，這對(duì)已建攔沙壩附近的土壤沉積和養(yǎng)分沉積有很大的影響。此外，當(dāng)大量沉積物隨水流移動(dòng)時(shí)，溝渠的土壤侵蝕量通常會(huì)增加。

3個(gè)沉積物剖面中有機(jī)碳含量的變化與徑流路徑一致，也能反映流域土壤侵蝕或土地利用變化。林地有機(jī)碳的貢獻(xiàn)從壩后（S3）到壩前（S1）的位置有所下降，這可能的原因是由于水流減緩，攔沙壩保留了更多來(lái)自林地的碳。此外，在通過(guò)對(duì)小流域幾十年的治理中，由于改變了土地利用方式，流域林地面積增加，可減少水土流失或減少已建攔沙壩附近的有機(jī)碳沉積。在壩前（S1）和壩中（S2），耕地對(duì)沉積物的貢獻(xiàn)大于壩后（S3），這反映了農(nóng)業(yè)作業(yè)的影響，例如肥料和糞肥的施用，或者嚴(yán)重的土壤侵蝕或養(yǎng)分流失。草地對(duì)攔沙壩沉積物有機(jī)碳貢獻(xiàn)的減少可能是由于草地利用率的增加或土壤養(yǎng)分流失的減少。在已建的攔沙壩附近，溝渠沉積較多碳。

沉積區(qū)剖面中各位點(diǎn)SOC貢獻(xiàn)的垂直變化也可以反映土壤侵蝕和土地利用的時(shí)間異質(zhì)性。我們的結(jié)果與WANG等[26]的研究一致。同時(shí)本研究表明，盡管這是由集約化種植方式及坡地主導(dǎo)的小流域地形，但是大部分沉積區(qū)的碳主要來(lái)自于耕地。這種結(jié)果主要是由于耕地地表破碎，當(dāng)遭遇強(qiáng)降雨事件時(shí)，表土流失，產(chǎn)生大量沉積物。此外，當(dāng)河道內(nèi)的泥沙量很大時(shí)，溝渠的侵蝕通常會(huì)減少。由于地表徑流攜帶了大量來(lái)自耕地的沉積物，因此在溝渠系統(tǒng)中的侵蝕減少了[27-30]。同時(shí)也說(shuō)明在流域出口修攔沙壩將是一種有效的工程方法，其可以控制土壤侵蝕，并保留由侵蝕過(guò)程輸送的大量SOC。

穩(wěn)定性同位素混合模型作為一種可靠的“指紋”工具，適用于估算遼西丘陵溝壑區(qū)小流域中不同土地利用類型對(duì)沉積物中SOC的貢獻(xiàn)率，這是質(zhì)量平衡混合模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)的[31-33]。在研究的小流域中，利用SIAR混合模型對(duì)4種潛在土地利用（林地、耕地、草地和溝渠）類型表層土壤進(jìn)行了收集和分析。盡管流域主要是溝渠和陡坡景觀，但沉積物中的SOC主要來(lái)源于耕地的流失，其次是溝渠、草地和林地。

4 結(jié)論

4.1 探討了侵蝕土壤有機(jī)碳來(lái)源及其影響因素，明確了穩(wěn)定碳氮同位素作為指示各潛在來(lái)源在遼西丘陵溝壑區(qū)的適用性。

4.2 遼西丘陵溝壑區(qū)小流域沉積物中的有機(jī)碳主要來(lái)源為耕地，其次是溝渠、草地和林地，其平均貢獻(xiàn)率分別為58.75%、25.49%、6.49%、9.2%。

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Contribution of Carbon Sources in Sedimentary Soils Combining Carbon and Nitrogen Isotope with Stable Isotope Model

LI Na1, 3, SUN ZhanXiang2, ZHANG YanQing1, LIU EnKe1, LI FengMing3, LI ChunQian3, LI Fei3

1Key Laboratory of Dryland Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 101010;2Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;3Liaoning Institute of Dry Land Agriculture and Forestry, Chaoyang 122000, Liaoning

【】To study the sources of deposited soil organic carbon (SOC) under different land use patterns in a typical small watershed in the brown soil hilly area of western Liaoning through eroded sedimentation, and to provide a scientific reference for the reasonable control of soil carbon loss caused by soil erosion in the small watershed. 【】Through field sampling of small watersheds in the hilly and gully area of western Liaoning, the sources of deposited soil carbon in the small watersheds were studied and their contribution was quantified. Using GIS and GPS technology to analyze the surface soil of 4 different land use types (cropland, forest, grassland, gully) in the small watershed and 3 locations of the check dam in the small watershed (S1 in front of the dam, S2 in the middle of the dam, S3 behind the dam) 0-100 cm soil profile was sampled to analyze the carbon source of the sedimentary soil based on a mixed carbon and nitrogen isotope model.【】Using13C and15N isotopic characteristics and their elemental composition qualitative and quantitative identification of soil organic carbon in eroded sediments in the hilly and gully area of western Liaoning was carried out. The SOC loss was primarily from cropland, accounting for 58.75%, followed by gully (25.49%), forest (9.2%), and grassland (6.49%). 【】The stable isotope SIAR mixing model, as a reliable "fingerprint" tool, could be successfully employed to estimate the contribution of various C sources within a complex ecosystem, The research results can provide theoretical references for soil protection and nutrient loss control in small watersheds affected by water erosion, and for maintaining the sustainability of the ecosystem.

soil organic carbon; soil erosion; constructed dam; sediments; stable isotope model

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.14.011

2020-12-06；

2021-02-19

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金（2018KLDA03）、遼寧省自然科學(xué)基金指導(dǎo)計(jì)劃（2019-ZD-0391）、遼寧省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（2019JH6/10200004）

李娜，E-mail：caulina@outlook.com。通信作者孫占祥，E-mail：szx67@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）