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土壤侵蚀是人类面临严重的环境问题之一,它不仅导致肥沃表土的流失、土地资源的破坏,土地生产力的降低,而且引起地球表层系统中土壤有机碳（soil organic carbon,简称SOC）的迁移流失,进而对区域碳循环和全球气候变化产生重要影响。土壤侵蚀是大气的“碳源”还是“碳汇”,这一问题在学术界备受争议。近年来,越来越多研究者倾向于支持侵蚀是大气的“碳汇”这一观点,但其碳汇的数量级存在很大不确定性。上述估算碳汇值存在一个很大误差的原因是缺乏不同尺度上侵蚀SOC（包括溶解性有机碳和颗粒态有机碳等）的通量和归宿的数据支撑。从终端准确探明侵蚀SOC的来源是确定其归宿不确定性的核心关键。因此,本研究选取黄土高原丘陵山区为研究对象,通过野外调查、采样和室内分析,基于同位素技术、生物标志物及光谱等指纹识别方法结合同位素混合模型,研究了侵蚀区域土壤有机碳及化学组分对土地利用方式和侵蚀强度的响应及其影响因素,解析了不同沉积环境下泥沙有机碳来源及其空间差异性,明确了泥沙溶解性有机碳（water-extractable organic carbon,简称WEOC）在侵蚀驱动下土壤碳循环中扮演的角色,探讨了降雨过程中侵蚀泥沙有机碳来源对水文过程和管理措施的响应特征,最后阐明了坝控小流域侵蚀沉积作用下土壤有机碳再分布过程及收支平衡。本研究得到的主要结论如下:（1）在景观坡面尺度上,研究了黄土高原地区植被恢复后不同植被类型SOC及其储存量的垂直和水平方向分布特征,揭示人工种草是黄土高原地区土壤固碳和水土保持的最优方案。结果表明,土壤有机碳在不同坡位上表现为随土壤深度增加呈现指数下降趋势,主要集中分布于表层土壤（0-10 cm）,且较深层土壤（10-100 cm）变异较大;人工草地相对其他土地利用类型表现更大的碳固存潜力。植被恢复后,不同植被类型表现不同土壤侵蚀程度:人工林地>人工草地>自然草地,且SOC侵蚀坡位主要集中于中坡。（2）基于生物标志物和同位素技术研究了坝控小流域沉积泥沙有机碳来源及侵蚀土壤碳的再分布过程;揭示了正构烷烃指标在黄土高原的不适用性,耕地是沉积泥沙有机碳的主要来源,且侵蚀-沉积作用在坝控小流域碳循环可能扮演“碳源”的角色。单因素方差分析表明,不同土地利用类型下土壤正构烷烃碳链含量及其衍生物指数差异性不明显（P>0.05）;而侵蚀区不同土地利用类型下土壤碳氮同位素及元素组成呈现显著性差异（P<0.05）,且沉积泥沙值在其变化范围内。耕地是坝控小流域沉积泥沙有机质的主要贡献者（>50%）,而沟道和林地分别贡献29.28%和17.18%。林地SOC贡献比随径流路径方向逐渐减少,而耕地和沟道分别在坝中和坝前SOC贡献比最高。泥沙沉积剖面分层土壤有机碳来源呈现明显不同。土壤侵蚀和沉积过程导致1569.8 Mg SOC丢失（1Mg=106 g,从2004年到2016年）,平均SOC年侵蚀率分别为0.051 Mg C ha-1。侵蚀沉积过程导致的碳流失量占总侵蚀SOC量的52.8%,这可能成为碳循环中重要的“碳源”。（3）基于光谱学结合平行因子分析和主成分分析方法研究了坝控小流域侵蚀土壤和沉积泥沙WEOC的光谱特征和荧光组分,阐明新有机化合物（原地源）的生物生产可能是沉积环境中沉积物WEOC的主要来源。研究发现,林地土壤WEOC含量最高(30.23±2.57 mg L-1)而沟道含量最低(6.90±1.42 mg L-1),而其他土地利用类型中WEOC含量差异不明显（P>0.05）。不同土地利用类型（耕地、草地和荒地）和沟道之间WEOC的结构和化学特征差异不明显,而林地土壤WEOC相对于其他土地利用类型具有更高的芳香性和疏水性组分以及分子量。沉积泥沙WEOC含量和芳香性结构和分子量大小相对于土地利用类型和沟道土壤比较低,腐殖化程度更高。沉积泥沙WEOC除了存在腐殖质类组分外,还存在特有的蛋白质类组分（酪氨酸和色氨酸,所占比例超过42.77%）,沉积泥沙WEOC主要来源于自生源微生物残体及分泌物。（4）研究了不同治理措施小流域降雨过程中泥沙有机碳来源及影响因素,阐明了沟道侵蚀是黄土高原地区降雨过程中泥沙有机碳流失的主要影响机制。治理小流域泥沙SOC含量明显高于非治理小流域,且降雨过程中变化幅度更大。流量、产沙率,而非降雨特征,与泥沙有机碳和氮含量呈显著负相关关系（P<0.05）,是径流泥沙中有机碳和氮动态变化的主要影响因素。沟道泥沙是降雨过程中径流泥沙有机碳的主要贡献者（非治理小流域:38.50%和治理小流域:35.63%）,而C3和C4植物残体总体贡献比低于25%。（5）研究了不同侵蚀强度小流域沉积泥沙有机碳化学组成和来源的差异性,明确侵蚀强度是影响沉积有机碳来源的主要影响因素。研究表明,侵蚀强度对土壤质量的影响可以忽略不计。土壤基质的生物生产也在土壤侵蚀引起的WEOC动态变化中发挥关键作用。在不同侵蚀强度区域,沟岸是河道沉积泥沙SOM主要来源（轻、强、极强侵蚀强度区域贡献比分别为100%、36.18%、99.25%）。在侵蚀强度较高的地区,果园和草地也是沉积物中SOC的主要来源,分别占29.93%和33.89%。在更大流域尺度,耕地是河道沉积泥沙SOC的主要来源,约占26.5%,其次是沟岸（25.4%）、草地（25.1%）和林地（23.0%）。从上游到下游碳源贡献比例的空间变化不大。