土壤有机碳库的相对稳定在维持碳素平衡和应对全球气候变化方面发挥着重要作用，同时还是耕地生产力的重要指示剂，因此土壤有机碳的侵蚀损失受到持续和普遍关注^[1-2]。坡面或流域尺度上，土壤侵蚀特别是水力侵蚀对土壤碳库的命运(包括组分和含量)会产生重要的影响^[1]，水蚀过程中土壤有机碳受到水平迁移(顺坡迁移)、矿化释放和下渗淋溶等关键过程综合调控的影响^[3]。

水平迁移主要是指有机碳在地表径流和泥沙驱动下顺坡迁移输出的过程。目前相关研究已趋于成熟，结论主要体现在2方面：1)地表流失的有机碳主要包括泥沙结合态的颗粒有机碳和径流溶解态的DOC2种形式，哪种形式占据主导地位需要结合降雨、地形、土地利用方式综合考虑^[4-5]；2)侵蚀泥沙具有碳素富集的特性，一般用泥沙有机碳富集比来表示。泥沙有机碳富集比受到土壤类型^[6]、耕作措施(免耕与传统耕作)^[7]和植被覆盖/土地利用方式^[8]等因素的影响，特别是降雨影响较大，表现为小降雨下富含有机碳的细小颗粒的优先迁移带来较高的富集比，这是营养迁移的重要机制之一^[9-10]。

矿化释放是指在土壤侵蚀过程中，土壤有机碳被微生物分解从而向大气释放CO₂，这也是侵蚀过程中有机碳损失的重要途径。如Jacinthe等^[11]估计约有20%~30%的土壤有机碳在侵蚀过程中被矿化。Lal^[1]在综合前人研究的基础上，将矿化比例平均设定为20%，从而认为全球尺度大约有8亿~12亿t的有机碳在水蚀过程中发生矿化作用而离开土壤系统进入大气圈，并认为土壤侵蚀是加剧全球变暖重要因素。Lal^[12]也估算得到中国每年因土壤侵蚀约有0.16亿t的土壤有机碳随之流失，并导致土壤每年向大气排放约0.32亿~0.64亿t的碳。

相比于水平迁移和矿化释放2过程，总体上碳素的下渗淋溶研究尚处于探索阶段^[13]。有机碳的下渗淋溶迁移主要受到壤中流的驱动，除了与有机碳本身的溶解性及颗粒大小有关外，还与土壤自身理化性质(主要是孔隙度、含水量)有关，并受到外界条件的影响，如降雨强度等^[13]，总体上研究稍显薄弱。随壤中流迁移的碳素主要是可溶性有机碳(dissolved organic carbon, DOC)。DOC对环境变化较为敏感，其在土壤-水界面的径流迁移不仅是土壤碳库损失的重要途径，而且是陆地向水生生态系统流迁移污染物的载体，导致河流和饮用水源富营养化和酸化，加剧与农药、重金属的络合和吸附作用，对人类健康带来很大的安全风险^[14]。因此壤中流驱动下DOC的迁移输出不仅是土壤碳库损失的重要途径，影响到土壤生产力和可持续发展，还与水体环境和人类健康之间存在密切联系，理应受到更多关注。

笔者综述了壤中流驱动下DOC的迁移研究进展，包括迁移通量和影响因素等，并从研究内容、研究对象和研究手段3方面指出了该领域的薄弱环节。

壤中流驱动下土壤有机碳的下渗淋溶是一个重要的迁移通道和机制，对于有些壤中流发育发达的土壤类型而言甚至是有机碳迁移的主要途径。下面主要从迁移通量和迁移机制(影响因素)2方面展开。

虽然地表径流水相(主要是溶解态)和侵蚀泥沙相(主要是颗粒态)是碳素等养分迁移的重要途径与形态，但壤中流驱动下有机碳的迁移也是土壤碳素损失的重要途径，在有些情况下甚至是主要途径^[15]。随壤中流迁移的碳素主要是可溶性有机碳DOC。DOC一般是指能通过0.45 μm微孔滤膜且能溶于水、酸或碱溶液的有机碳。DOC的迁移通量涵义是指单位面积内土壤流失的DOC的质量，是DOC在土壤中产生、吸附和解吸等关键过程相互平衡的结果^[16]。Jin等^[17]通过模拟降雨试验也指出，有机碳的可溶解性可能是导致有机碳迁移流失的重要原因。

国际上对不同生态系统DOC迁移通量已有较多研究。HOPE等^[18]研究得到英国北部一针叶林森林中DOC淋失量高达4万8 400 mg/(m²·a)，而附近的草地生态系统中DOC迁移通量只有160~500 mg/(m²·a)。Herbrich等^[19]通过蒸渗仪试验得到DOC质量浓度随土壤深度的增加而显著降低(表层最高达到19 mg/L，而1.4 m深度底层最低只有4 mg/L)，年平均淋溶通量为300~500 mg/m²，低于Kindler等^[20]和Walmsley等^[21]在耕地中得出的年通量值(分别为(4 800±1 300)和(3 000±1 300)mg/m²)。正如Kindler等^[20]所说，与森林生态系统较小比例相比，农业生态系统中可溶性碳的淋溶(包括可溶性有机碳DOC和可溶性无机碳DIC)占据25%的比例，需要引起更多重视。

近年来，国内对壤中流驱动下DOC的迁移研究也逐渐起步，研究对象主要是农业生态系统，东北黑土区、四川紫色土、西南喀斯特和南方红壤区等主要侵蚀类型区的坡耕地或旱作农田都有所涉及。如方华军等^[22]较早探讨过该问题，指出黑土区漫岗坡耕地上坡侵蚀部位土壤水溶性有机碳在沿坡向下迁移的同时，在垂直方向上也发生淋溶，但没有给出具体数值。Hua等^[23]通过四川紫色土坡耕地径流小区连续3年(2010—2012年)的监测表明，地表径流和壤中流中DOC浓度没有显著差异，但由于壤中流发育活跃(壤中流年均累计量达到289 mm，是地表径流的4.9倍)，地表径流和壤中流携带的DOC年通量分别为163.6和865.5 mg/m²，壤中流是紫色土坡耕地DOC迁移损失的主要方式。Hua等^[15]进一步结合泥沙迁移损失研究，得到紫色土坡耕地通过地表径流损失的有机碳只有5%，而通过壤中流和泥沙损失的有机碳则分别达到24%和71%。LONG等^[24]研究发现亚热带酸性黏红壤农田的DOC滤出质量浓度为0.05~3 mg/L，DOC年淋失量为550~670 mg/m²，该淋溶滤出量低于Gjeiiermann等^[25]在温带地区农田的研究结果(滤出液中DOC质量浓度为0.5~32 mg/L，DOC年淋失量为760~8 990 mg/m²)，并认为酸性红壤中丰富的铁铝氧化物/氢氧化物和黏粒对可溶性有机质的吸附可能是造成这种现象的主要原因。刘霞娇等^[26]指出，由于特殊的立地条件，喀斯特地区地表径流系数只有5%，而旱作坡地可溶性有机质淋失严重。

另外，坡耕地由于人为干扰频繁(耕作、施肥、灌溉等)和作物生长发育的影响，土壤DOC来源、迁移特性明显不同于森林生态系统，因此土壤DOC含量的季节变化也会更为剧烈。如李太魁等^[27]在玉米坡耕地上的研究表明，在玉米的抽雄期和成熟期，作物生长旺盛和根系分泌物增加，土壤中DOC含量增加，同时这2个阶段降雨较多导致壤中流发育增强，因此DOC淋失主要发生在玉米的抽雄期至成熟期，其淋失量分别占全年淋失负荷的45%和36%。通过对文献的分析可知，DOC垂向迁移通量主要受到土壤有机质背景含量、土层厚度和土壤机械组成和植被类型等因素的影响^[24-25]。与农用地相比，森林生态系统中土壤有机碳含量普遍较高，表层土壤DOC含量也处于较高水平，但也相应增加了DOC迁移流失的风险。另外，尽管国内几种主要的侵蚀类型区都有涉及到，但总体来看还是较为零散，在研究内容上主要是以迁移通量为主。

有机碳的垂向迁移伴随着水蚀发生的整个过程。较好理解的是，DOC在土壤系统内部的迁移是DOC在土壤中的累积和土壤水分运动2个环节共同作用的结果。任何能够影响这2个关键环节的因素都能影响到DOC的输出过程和通量。

土壤中DOC含量与土壤其他性质密切相关。如欧洲生态系统网络监测站点数据表明，表层土壤中DOC含量与C/N正相关，而下层DOC的固持则与有机碳与铁铝氧化物的比例呈现负相关关系，并且这种关系在森林、草地和耕地中都得到体现^[20]。有学者采取主成分分析的方法对匈牙利190个耕地土壤样品进行了分析，发现对土壤DOC含量存在较大影响的土壤因子主要有N含量、有机质、pH值、阳离子交换量和土壤质地(黏粒含量)^[28]。

综合国内外相关研究，目前较多的是降雨因素影响下DOC的垂向迁移研究。壤中流是土壤溶质垂向迁移的主要驱动力，因此土壤内的水分运动就是DOC下渗淋溶的关键因素。Mertens等^[29]和Herbrich等^[19]也都证实森林生态系统中DOC迁移通量主要受到水分通量的影响。而降雨是引起土壤水分运动的主要外在条件，雨量和雨强都会影响到DOC的迁移过程和输出通量。

有研究指出降雨量是DOC迁移输出通量的决定性因素^[30]，而且Hope等^[18]和LI等^[30]都指出森林小流域降雨过程中DOC浓度变化与径流速率有较好的相关性。Fröberg等^[31]和Dusek等^[32]都指出森林土壤DOC通量的增加主要受降雨量增加驱动。Fröberg等^[31]进一步认为降雨增加带来的土壤湿度增大可以增强土壤微生物活性，特别是在那些排水性能良好的土壤中，而这可以提高DOC的输送。

DOC的输出浓度也与降雨强度密切相关。早期主要关注的是森林生态系统中DOC的输出与降雨的关系，后期逐渐向农业生态系统或耕地转移。如Ma等^[13]在湖南红壤坡耕地上的模拟降雨试验表明，降雨强度是DOC淋溶迁移的主导因子，并且受到耕作的共同影响，翻耕和小雨强共同作用下呈现出最大的DOC输出浓度。四川紫色土壤中流中DOC浓度与雨强之间呈现出显著的负线性相关关系，因为强降雨下土壤空隙中通过的连续大量水流使得土壤没有足够的时间来释放DOC^[15]。也有研究表明紫色土坡耕地中壤中流DOC浓度的变化曲线与降雨事件有关^[33]。在大雨强情况下，壤中流DOC浓度在产流开始阶段较低，随着产流时间延长而上升直至最大值后逐渐下降至相对稳定；小雨强情况下壤中流中DOC浓度表现为产流初期较低，而后持续上升至稳定^[33]。

DOC的淋溶是土壤中DOC与径流运动相互作用的结果，因此要分析DOC的迁移机制，必须弄清楚壤中流的运动机制。壤中流通常由大孔隙流(macropore flow)和基质流(matrix flow)两部分组成。作为优先流的一种表现形式，大孔隙流的形成速度比基质流快。小雨强情况下，壤中流主要由大孔隙流构成，但大孔隙流形成时土壤水分对其他养分的淋洗和携带作用较弱，此时壤中流中DOC含量较低；随着降雨的继续进行，基质流逐渐形成并带动DOC输出；当壤中流速率达到峰值后，DOC输出浓度也逐渐趋于稳定。大雨强情况下，降雨对地表的打击作用较强，产生的细颗粒会阻塞大孔隙流通道，造成基质流速度更快，因此壤中流中DOC达到最大浓度所用时间比小雨强短。

作为农业生态系统管理的主要措施，施肥和耕作对农用地DOC下渗淋溶的影响也受到较多关注。一般而言，肥料施用会增加DOC的输出，特别是富含有机质的有机肥。如Gao等^[34]在四川盐亭试验站的长期施肥对比试验得出，壤中流DOC含量高于地表径流DOC含量，但其浓度并不随着雨强的增加而增加，有机肥和无机肥的施加都会增加紫色土壤中流和地表径流中的DOC含量。Mertens等^[29]报道施用N肥后，草地生物量增加，并导致DOC输出增加。另外，在几次森林土壤实验中，撒石灰已被证明能增加DOC的溶解性和滤出^[35]。DOC的滤出对施肥的响应有可能与土壤类型有关系。如芬兰一处耕地中DOC年滤出量达到2 500~5 200 mg/m²，草地中DOC输出量则达到4 400~5 900 mg/m²，都处于较高水平，但是施用有机肥并没有增加DOC输出^[36]。Long等^[24]在亚热带红壤的研究也指出长期施用猪粪对酸性红黏土DOC的淋溶滤出没有产生显著影响，因为亚热带的黏性红壤对可溶性有机质(DOM)存在较强的吸附作用。有研究指出，黏土矿物和铁和铝氧化物/氢氧化物是DOM的重要吸附剂，而对DOM的吸附将是一个分离DOM的过程：首先从土壤中吸附疏水性化合物，然后将亲水性物质释放到土壤溶液中，然而亲水性DOM化合物具有较高的N含量，而疏水性DOM主要是富含C的化合物^[37]。因此，DOC在土壤剖面中具有很强的吸附性，而DON吸附性较差。在亚热带温暖潮湿的气候环境下，大多数由于吸附作用而留在表层土壤中的有机碳会被微生物迅速分解。因此，在亚热带酸性黏土上，有机碳的强吸附和快速分解导致有机碳淋失量较低。

DOC的下渗淋溶输出受到耕作制度的影响，因为受到两个作用的相互牵制。1)免耕可增加土壤表面有机碳的含量，而精耕细作增大了DOC被矿化释放的可能性，从而影响到DOC的淋溶；2)翻耕处理能够增加DOC的淋溶^[13]。因为翻耕后增加了土壤表面粗糙度，提高了水分入渗能力，从而减小了地表径流；并且翻耕活动破坏了土壤块状结构，增加了有机质释放的机会。另外，DOC迁移通量与扰动程度也有关系，同时还受到土壤质地类型的影响，如Manninen等^[36]指出不同耕作管理措施之间不存在明显差异，与翻耕相比，免耕没有改变DOC滤出通量。

另外，还有一些因素控制着DOC的时空变化和命运，如土地利用方式改变^[38]、作物类型^[39]、地下水位^[40]和土壤温度^[33]等。

从前面的分析可以看出，国内外学者针对降雨—侵蚀作用下的碳素流失已做了大量的研究工作，在森林、草地和耕地壤中流驱动下有机碳的迁移运动方面取得了较为丰富的研究成果。但是由于壤中流的复杂性，相关研究还存在诸多薄弱环节。综合起来，今后可考虑从研究内容、研究对象和研究手段3方面加强工作.

研究内容上的不足主要是2方面：1)由于壤中流发生在土壤内部，其空间动态受土壤质地的影响，相当于是一个“黑箱”。受研究手段和试验条件的限制，前期研究主要关注有机碳深层损耗过程中的通量及其动态变化，而对径流入渗的过程中可溶性有机碳在土壤剖面或土壤内部的再分配过程及其影响因素等研究较少涉及。2)缺乏DOC与DON的同步监测研究。DON也属于DOM的重要组成部分，与DOC一起共同对土壤生物活性和污染物和营养元素的传输产生影响，并且二者之间还存在较强的交互作用，不可割裂开来进行研究^[24]。

目前水力侵蚀作用下土壤有机碳的垂向迁移研究主要是紫色土，尽管南方红壤区也有部分涉猎，但是相关研究较为薄弱。坡耕地是南方红壤丘陵区重要的土地资源，但也是主要的水土流失策源地。同时由于丰沛的降雨和特殊的土体构型，红壤坡地壤中流发育活跃。如谢颂华等^[41]利用大型土壤渗漏装置，连续3a监测表明红壤坡地植草覆盖和凋落物敷盖处理下壤中流量占总径流量的90%以上，裸露处理下壤中流也占到68%。目前红壤坡耕地土体中DOC分布数据还比较缺乏，有机碳垂向迁移研究也很薄弱，特别是壤中流驱动下DOC下渗淋溶的损失占到有机碳侵蚀损失的比例以及外界条件的影响效应和影响机制都不清晰。

在研究手段上，目前相关研究主要是通过短历时的室内模拟降雨来实现的，而缺乏自然降雨背景下的长期定位观测，尤其是野外条件下坡耕地坡面尺度壤中流和地表径流碳素迁移输出同步观测还较少报道。自然降雨在时空尺度上都是变化的，长时间的野外原位监测才能符合实际情况。