黄土高原藓类生物结皮对表层土壤水分运动参数的影响

生物结皮普遍存在于干旱和半干旱地区土壤表层,对土壤水分有重要影响。为了进一步探究生物结皮对表层土壤水力学特性和水分运动过程的影响,该研究以黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过野外采样与室内试验相结合,测定了藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的Boltzmann变换参数、土壤水分扩散率、入渗过程、比水容量和非饱和导水率,对比分析了有无藓结皮覆盖对表层土壤水分运动参数的影响。结果表明:藓结皮覆盖抑制了表层土壤水分的扩散,藓结皮覆盖土壤的Boltzmann变换参数和水分扩散率分别比无结皮土壤降低7.9%～27.3%和99.2%～99.6%;藓结皮覆盖后表层土壤渗透性显著降低,其水分入渗参数(初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量)和非饱和导水率分别降低了17.1%～55.4%和84.8%～92.3%;藓结皮显著提升了表层土壤的持水和供水能力,藓结皮层的水分常数(田间持水量、萎蔫系数、重力水含量、有效水含量和易利用水含量)比无结皮土壤高40.9%～1 233.3%,土壤水吸力在100k Pa时的比水容量比无结皮土壤高7.4%～1 540.5%;相比黄绵土,藓结皮覆盖对风沙土的渗透性影响较小,而对土壤持水和供水性的影响较大。综上,黄土高原藓结皮覆盖降低了土壤渗透性,同时显著提高了表层土壤的水分有效性,这可能导致土壤表层在雨后截留较多水分,进而使土壤水分分布趋于浅层化,并改变该地区的土壤水分有效性和植物水分利用策略。     

黄土丘陵区生物结皮覆盖对土壤团聚体分布特征及稳定性影响

【目的】以吕梁离石区结皮覆盖（藻结皮、藓结皮、藓草混生结皮，裸地为对照）下土壤为研究对象，研究结皮种类对其下层土壤有机碳及土壤团聚体稳定性的影响。【方法】通过干筛和湿筛法对土壤团聚体分级，探究土壤容重、土壤有机碳含量和土壤静水崩解速率与团聚体稳定的相关性。【结果】在0～5 cm和5～10 cm深度，3种结皮下土壤容重与裸地间均达到显著差异；土壤有机碳含量表现为藓草混生结皮和藓结皮分别比裸地显著增加。不同深度土层，团聚体破坏率、分形维数表现为裸地>藻结皮>苔藓结皮>藓草混生结皮；平均重量直径和几何平均直径变化规律正好相反。相关性分析表明，> 0.25 mm土壤团聚体含量与土壤容重呈显著负相关关系；团聚体破坏率、分形维数与土壤容重、土壤静水崩解速率呈极显著正相关关系，与土壤有机碳含量呈极显著负相关关系；平均重量直径、几何平均直径与土壤容重呈极显著负相关关系，与土壤静水崩解速率呈显著负相关关系，与土壤有机碳含量呈极显著正相关关系。【结论】黄土丘陵吕梁随结皮层次提高，土壤团聚体形成能力和土壤团聚体水稳定性逐渐增高，对土壤水稳定性起主导作用的是土壤有机碳含量。     

黄土高原典型生物结皮对坡面产流产沙过程的影响

[目的] 明确不同类型生物结皮坡面产流产沙过程及其影响因素，为评价生物结皮的水土保持功能提供理论依据。[方法] 选取黄土高原常见藻结皮和苔藓结皮为研究对象，系统研究降雨条件下结皮类型及破坏前后对坡面产流产沙的影响。[结果] ①生物结皮可显著增强土壤黏结力，藻结皮和苔藓结皮土壤黏结力是裸地（4.53 kPa）的1.52倍和1.25倍，结皮破坏后其土壤黏结力仍高于裸地，分别是裸地的1.22，1.10倍；②生物结皮可以增加坡面产流，抑制坡面产沙。藻结皮和苔藓结皮产流量分别增加了21.64%和55.75%，产沙量分别减少了94.06%和89.24%。结皮破坏后，产流量分别增加了58.76%和59.66%，产沙量分别减少了16.18%和29.45%，仍可促进产流，抑制产沙；③随累积径流量的增加，累积产沙量增长速度由大到小依次为：裸地 > 藻结皮去除 > 苔藓结皮去除 > 苔藓结皮覆盖 > 藻结皮覆盖。黏结力是表征生物结皮抑制土壤侵蚀的有效指标。随黏结力的增大，产沙量呈线性降低（R²=0.66）。[结论] 增加生物结皮覆盖并有效防止生物结皮被破坏，可最大程度发挥其水土保持功能。     

生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响

为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放规律,探究盐基离子释放量随淋溶液pH的变化趋势,以及量化生物结皮覆盖土壤的矿物风化速率。结果表明:矿物风化反应阶段不同种类盐基离子的淋出量均较为平缓,生物结皮覆盖土壤的各盐基离子总淋出量表现为Ca²⁺＞K⁺＞Mg²⁺＞Na⁺,其中藻结皮覆盖土壤的盐基离子总淋出量最高,比无结皮、混生结皮和藓结皮分别增加了112.0%,31.2%,27.1%。淋溶液pH显著影响盐基离子的淋溶释放,且其作用程度因离子种类和结皮类型而异。生物结皮覆盖提升了土壤的易风化矿物含量、风化程度和速率,藻结皮、混生结皮和藓结皮覆盖土壤的风化速率相比无结皮分别提升了61.2%,27.1%,152.6%,并且风化速率随淋溶液pH降低而提升。综上,生物结皮能显著促进风沙土矿物风化,其对风沙土改良和修复具有积极意义。     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮覆盖土壤的蒸发特征

土壤蒸发是地表水分平衡及能量交换的组成部分,是干旱和半干旱区水文循环的关键环节。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤蒸发的影响,以风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过模拟蒸发试验和自然蒸发试验,测定了不同蒸发条件下藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发强度,分析了藓结皮覆盖土壤的蒸发特征及其与无结皮土壤的差异。结果表明:(1)模拟蒸发试验中,藓结皮对土壤蒸发过程的影响表现出明显的阶段性,与无结皮土壤相比,藓结皮使土壤蒸发强度在大气蒸发力控制阶段降低了3.04%～15.46%(0.21～1.05 mm/d),在土壤导水率控制阶段增加了32.26%～187.07%(0.58～2.54 mm/d),在水汽扩散控制阶段增加了12.91%～87.73%(0.05～0.34 mm/d);土壤累积蒸发量大小表现为藓结皮覆盖土壤无结皮土壤。(2)自然蒸发试验中,6月16日至9月3日,无降雨时藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发速率均较低,藓结皮覆盖土壤的日平均蒸发量是无结皮土壤的1.12～1.42倍,自然降雨后二者的蒸发速率快速增加,降雨后土壤蒸发量是降雨前的2.20～8.55倍;在8月10—22日观测期内,藓结皮在雨后增加了土壤含水量,并对土壤蒸发起到促进作用,藓结皮覆盖土壤的累积蒸发量显著提高了19.22%～64.09%(F=21.85,P0.01)。研究表明,藓结皮覆盖增加了风沙土和黄绵土的水分蒸发强度,可能会对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤水分保持产生不利影响。     

黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素,以进一步明确其对土壤母质的风积作用,以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象,通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验,比较了不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮)的纳尘量和固土量,探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律,并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明,相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍～4.8倍,且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1～8 m·s^-1时,生物结皮的平均减蚀量可达19.5～4 893.0 t·km^-2·a^-1。同时,生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加,且增幅与风速呈正相关;相对含水率由0增至80%后,风速5～8 m·s^-1下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外,生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似,生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大,其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4...     

毛乌素沙地苔藓结皮对沙化土壤性质和细菌群落的影响

我国沙化土地占国土面积的17.93%,对北方地区经济和社会的发展、人们的生活以及生态平衡影响巨大。土壤生物结皮能有效防风固沙,微生物在其形成中起着重要作用。之前在对生物结皮微生物群落研究方面,缺乏对生物结皮层与同厚度裸沙表层之间以及它们各自下方土壤之间的比较与分析。采用高通量测序技术,对毛乌素沙地苔藓结皮层与裸沙表层,结皮下方土壤与裸沙下层土壤细菌群落结构进行了分析。结合土壤理化因子数据,分析了苔藓结皮对沙地细菌群落多样性的影响。结果表明：相比于裸沙表层苔藓结皮显著提高了土壤速效养分、全氮和有机质的水平,结皮下方土壤中速效养分、全磷和有机质含量均高于裸沙下层。结皮层及其下方土壤中粗粉砂和粉粒的含量显著高于裸沙表层和下层,表明苔藓结皮显著改善了沙地土壤的理化性质。速效磷、速效钾、速效氮、黏粒、粉粒、粗砂是影响沙地土壤细菌群落组成的重要环境因子。多样性分析显示,结皮下方土壤中细菌多样性最高。在苔藓结皮层中unclassifiled_f__Micromonosporaceae（小单孢菌科的未知属）,norank_c__Cyanobacteria（蓝藻纲的未知属）和Pseudonocardia（假诺卡氏菌属）的相对丰度都显著高于裸沙表层;在结皮下方土壤中norank_c__Acidobacteria（酸杆菌纲的未知属）和Rubrobacter（红色杆菌属）的相对丰度均显著高于裸沙下层,这些差异显著的物种对稳定沙地土壤结构具有重要作用。在研究生物结皮的过程中,对照沙地也要分层取样,微生物群落对比分析才更准确。因此,苔藓结皮的形成对沙地原有表层及下层土壤的细菌群落产生显著影响,利于生物固沙。研究结果为风沙治理和荒漠生态恢复提供了重要的微生物学理论依据。     

黄土高原生物结皮对土壤养分的表层聚集与吸附固持效应

  【目的】  生物结皮的广泛发育可显著影响表层土壤养分状况,在土壤养分积累和循环中发挥重要作用。通过淋溶实验和吸附试验研究其作用效果和机制。  【方法】  以黄土高原质地不同的风沙土和黄绵土为对象,分别选取有生物结皮覆盖和无结皮覆盖的地块,分析生物结皮层、结皮层下0—2、2—5和5—10 cm土层土壤的有机质、全碳、全氮、全磷含量,研究生物结皮对土壤养分含量的影响及其随土壤深度的变化规律。以Cl?、K+、Ca2+为示踪离子开展土壤淋溶实验,分析其淋出土壤的特征;淋溶实验结束后,测定包括结皮层在内的各土层离子吸附解析量。  【结果】  1) 生物结皮层 (约2 cm厚) 养分含量是无结皮土壤的0.43～10.51倍。生物结皮覆盖下0—10 cm土壤的养分含量均高于对应深度的无结皮土壤,有机质、全碳、全氮、全磷含量比无结皮土壤增加了1.4%～184.9%。2) 生物结皮层的养分含量比其下层土壤提高了38.2%～557.1%,而无结皮的表层 (0—2 cm) 土壤养分含量仅比其下层土壤提高了13.4%～213.9%,这表明生物结皮增强了土壤养分的表层聚集。3) 生物结皮覆盖土壤中添加的养分在相同条件下相较于无结皮土壤更难以淋出;除易淋溶的Cl?全部淋出外,K+和Ca2+未被全部淋出,且在生物结皮覆盖土壤中的累积淋出量比无结皮土壤低21.9%～47.4%。淋溶实验结束后结皮层的Cl?、K+、Ca2+含量均显著高于无结皮 (8.8%～340.4%) 和结皮下层土壤 (14.5%～62.7%)。4) 生物结皮显著增加了土壤对Cl?、K+、Ca2+的吸附量,其增加幅度为27.8%～118.1%,且生物结皮层对不同离子吸附能力的强弱依次为Ca2+>K+>Cl?。  【结论】  与无结皮土壤相比,生物结皮能够增加土壤养分含量并促进土壤养分的表层聚集,同时提升土壤对养分的吸附与固持能力,因而有利于退化贫瘠土壤的养分积累,在干旱和半干旱地区土壤肥力提升与生态环境改善方面发挥着至关重要的作用。     

黄土高原藓结皮覆盖土壤的穿透阻力特征及其影响因素

生物结皮的发育显著地影响并改变了表层土壤的理化性状,从而影响土壤穿透阻力。为探明生物结皮层对土壤穿透阻力的影响,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用高精度土壤贯入仪测定并比较了不同含水量下藓结皮土壤和无结皮土壤的穿透阻力差异,定量分析了藓结皮层对土壤穿透阻力的影响及其与土壤性质(含水量、容重和有机质含量以及颗粒组成)的关系。结果表明:风沙土和黄绵土藓结皮层最大穿透阻力的变化范围为0.38~3.74 MPa和0.43~8.01 MPa,分别为同等深度下无结皮土壤的2.14~9.45倍(P=0.001)和1.38~6.27倍(P=0.051)。藓结皮对风沙土穿透阻力的影响深度为表层2~12 mm(P=0.028),而对黄绵土的影响深度为3~24 mm(随含水量变异较大)。同时,与无结皮土壤的穿透阻力随深度增加而线性增加的趋势不同,藓结皮土壤的穿透阻力随深度增加在结皮层呈先增后减的趋势,在结皮下层呈线性增加的趋势。此外,藓结皮土壤的横向穿透阻力和纵向穿透阻力差异显著(P≤0.03),但在无结皮土壤上差异不显著(P≥0.052)。藓结皮土壤的穿透阻力与含水量呈显著的幂函数关系(P<0.001),与容重、有机质含量以及砂粒含量呈线性关系,这些因素均为藓结皮改变表层土壤穿透阻力的重要途径。     

黄土高原生物土壤结皮发育过程中颗粒态和矿物结合态有机碳变化特征

土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)是重要的土壤碳库,其比例的变化决定土壤有机碳的周转速率及稳定性。探讨沙地生物土壤结皮发育过程中颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳的含量、分配比例和差异性特征,对于深刻认识初始土壤形成过程中有机碳库形成、稳定机制具有重要意义。选择神木市六道沟流域生物土壤结皮4个发育阶段(藻结皮、藻结皮+少量藓结皮、藓结皮+少量藻结皮、藓结皮)为研究对象,裸沙作为对照,研究生物结皮层及结皮层下层0—2 cm, 2—10 cm, 10—20 cm土层土壤颗粒态和矿物结合态有机碳的变化特征。结果表明：(1)在BSCs土层,POC的增加速率大于MAOC,MAOC处于饱和状态;(2)在BSCs和0—2 cm土层,以微生物源有机碳为主导的MAOC主要贡献有机碳积累,在2—10 cm和10—20 cm土层,以植物源有机碳为主导的POC主要贡献有机碳积累;(3) POC和MAOC含量随土层增加而降低,随着生物土壤结皮发育而增加;(4) POC和MAOC与SOC均有显著的正相关关系,表明结皮定殖和发育显著促进了土壤有机碳积累。这些结果表明生物土壤结皮的定殖和发育能够显著...     

线源入流入渗法在生物结皮渗透性研究中的应用

土壤水分入渗的观测方法很多,但在测定坡地生物结皮土壤水分入渗时均存在一定的缺陷。线源入流入渗法是可用于无结皮的坡地土壤水分入渗较为简便快捷的观测方法。以裸土为对照,采用线源入流入渗法和模拟降雨法测定了黄土丘陵区多藻少藓、半藻半藓、多藓少藻等不同类型生物结皮土壤水分入渗过程。结果表明:(1)线源入流入渗法可在不干扰生物结皮的情况下,快速、完整地反映土壤水分入渗过程,获取初始入渗速率、平均入渗速率及稳定入渗速率等重要参数;(2)线源入流入渗法所得研究区不同类型生物结皮的初始入渗速率范围为3~12 mm/min,平均入渗速率范围为0.5~4.5 mm/min,稳定入渗速率范围为0.3~1.8 mm/min,随着藓盖度的增加,其初始、平均、稳定入渗速率均呈现出显著差异;(3)线源入流入渗法测定的生物结皮土壤稳定入渗速率(y,mm/min)与人工模拟降雨试验所得入渗速率(x,mm/min)呈显著的线性相关关系(y=1.73x-1.24,R^2=0.376 8,ρ=0.539~*)。研究结果为坡地生物结皮土壤水分入渗速率的测定提供一种简单易操作的测定方法。     

Biocrusts resist runoff erosion through direct physical protection and indirect modification of soil properties

Purpose

Biological soil crusts (biocrusts) are ubiquitous in arid and semi-arid regions and play many critical roles in soil stabilization and erosion prevention, greatly decreasing soil loss. Although sediments may be completely controlled by well-developed biocrusts, runoff loss is observed. Consequently, it is important to study how biocrusts resist runoff erosion in different developmental stages to evaluate and manage water erosion.

Materials and methods

In the Loess Plateau Region, we sampled 32 biocrust plots representing eight stages of biocrust development and 5 slope cropland soil plots as bare soil control plots. We then used a rectangular open channel hydraulic flume to test the effects of biocrust development on runoff erosion.

Results and discussion

As expected, the establishment of biocrusts enhanced soil stability, and accordingly, soil anti-scourability significantly increased with biocrust development. Biocrusts exhibiting more than 36% or 1.22 g dm^?2 of moss coverage or biomass fully protected the soil from runoff erosion. Moreover, soil properties, such as soil organic matter, soil cohesion and soil bulk density, were also important in reducing erosion. The findings indicated that biocrusts inhibited runoff erosion through direct physical protection related to biocrust cover and biomass and through the indirect modification of soil properties. In the early biocrust development stage (when moss cover was less than 36%), cyanobacterial biocrust played a primary role in providing resistance to runoff erosion, with resistance being positively related to cyanobacterial biomass (chlorophyll a) and influenced by soil properties.

Conclusions

The relationship between soil anti-scourability and moss coverage or biomass can be divided into two stages based on a moss cover or biomass threshold. The capacity of biocrusts to resist runoff erosion was limited when moss cover was below the threshold value. Therefore, the stage corresponding to this level of moss cover should be of concern when estimating, predicting and managing water erosion.

     

毛乌素沙地人为干扰苔藓结皮的土壤水分和风蚀效应

[目的]为了探讨在毛乌素沙地人为干扰生物结皮的必要性与可行性,并为该区生物结皮的高效利用提供实验依据。[方法]在毛乌素沙地东南缘设置裸沙、苔藓结皮、干扰苔藓结皮、沙蒿、沙蒿+苔藓结皮以及沙蒿+干扰苔藓结皮6个处理小区,通过动态监测各小区土壤水分及风蚀变化过程,分析人为干扰苔藓结皮对土壤水分及风蚀过程的影响。[结果](1)沙地苔藓结皮能够显著提高浅层土壤含水量,降低深层土壤含水量。(2)人为干扰苔藓结皮会引起浅层土壤含水量的降低和降雨入渗深度的增加。(3)与裸沙对照相比,几种处理的减蚀效率大小顺序为:沙蒿+苔藓结皮(97.01%)沙蒿+干扰苔藓结皮(90.87%)苔藓结皮(89.63%)干扰苔藓结皮(69.50%)沙蒿(64.62%)。[结论]植被覆盖度较高时,对苔藓结皮进行适当破坏,能够在不加剧土壤风蚀的前提下,一定程度上改善土壤水分状况。而在无植被或低植被覆盖的地块,要禁止对苔藓结皮的干扰破坏。     

Microalgal species variation at different successional stages in biological soil crusts of the Gurbantunggut Desert,Northwestern China

Biological soil crusts (BSC), most notably lichen crusts, develop and diversify in the Gurbantunggut Desert, the largest fixed and semi-fixed desert in China. Four different successional stages of BSC, including bare sand, microalgal crusts, lichen crusts, and moss crusts, were selected to determine successional changes in microalgal species composition and biomass and formation of BSC. A 10 × 10-m observation plot was established in an interdune region of the Gurbantunggut Desert and data were collected over an 8-year study period. The main results were: (1) different successional stages of BSC significantly affected the content of soil organic C and total and available N but not the total and available P and K content of soil; (2) composition of microalgal communities differed among the four successional stages; (3) significant differences in microalgal biomass were observed among the four successional stages; (4) bare sand was mainly uncompacted sand gains; (5) filamentous cyanobacteria, particularly Microcoleus vaginatus, were the dominant species in the early phase of crust succession. The presence of fungal mycelium and moss rhizoids prevented water and wind erosion.     

鄂尔多斯沙地土壤生物结皮的理化性质

本文通过野外取样和室内分析相结合, 对鄂尔多斯沙地不同植物群落下的土壤生物结皮的理化性质进行了初步的研究。研究表明沙地固定的时间越久,其下的生物结皮越多,厚度也越大,结皮的厚度在0.3 ~ 1.5cm之间;在流动沙丘表面形成生物结皮后,结皮中的颗粒组成发生明显的变化,其中0.25 ~ 0.05mm级别的粗砂粒明显减少,而且随着结皮形成的厚度增加,其减少的幅度越大,最大减少的幅度可达30%;随着结皮厚度的增加,结皮的容重也明显增大,室内测定的毛管持水量明显增加,表现出强烈非孔隙吸水现象。但较厚的生物结皮也具有明显的阻水作用,也是导致老固定沙丘植物群落衰退的原因之一。结皮厚度越大,其有机质、全N、全P、速效N、速效P、速效K含量也越高,且以沙地柏下的各种养分含量最高,结皮中的最高有机质含量是流沙的13.5倍(未除去生物残体时),说明生物结皮具有显著的养分富积作用。随着有机含量的增加,其C/N和C/P比呈增加趋势,而pH有轻微的下降趋势。总之,通过对鄂尔多斯沙地生物结皮的初步分析,可以明显看出沙地生物结皮对土壤理化性质有明显的影响,对沙地的生态系统的影响需要进一步研究。     

生物结皮坡面不同降雨历时的产流特征

黄土高原退耕还林(草)工程实施后,生物结皮广泛发育,显著影响坡面产流。已有大量研究探索了生物结皮对径流的影响,但相关结论存在较大分歧。该研究以黄土高原典型生物结皮坡面为研究对象,通过人工模拟降雨试验,研究了生物结皮坡面产流过程。结果表明:生物结皮坡面较翻耕后的裸土坡面显著降低了初始产流时间,裸土坡面初始产流时间是生物结皮坡面的1.59～3.04倍。生物结皮盖度与初始产流时间之间呈显著的负相关关系;降雨15min时与60 min时生物结皮对坡面径流的影响发生逆转,90 mm/h的雨强下,当降雨历时为15 min时,生物结皮坡面较裸土坡面增加75.42%的径流;当降雨历时为60min时,生物结皮坡面径流量较裸土坡面降低52.42%;生物结皮影响了土壤水分入渗速率,导致生物结皮坡面与裸土坡面随降雨历时变化的产流特征出现差异,裸土坡面降雨60 min时的入渗率较15 min时降低了34.30%,高盖度生物结皮坡面降低了6.38%;生物结皮对坡面入渗产流的影响与降雨历时有极大的关系,降雨历时不同,很可能得到截然相反的结论,考虑生物结皮因素的野外降雨试验,降雨历时应不少于45min。研究结果为解释生物结皮影响坡面入渗产流方面存在的分歧提供了科学依据,进一步明确了干旱半干旱地区生物结皮的水文效应。     

丹江口库区典型小流域生物结皮驱动土壤性质变化及分离响应

为探究生物结皮发育驱动下土壤水蚀特征及机理,选取苔藓发育为优势种的退耕样地,设计5个盖度等级(1%～20%,20%～40%,40%～60%,60%～80%,80%～100%),以裸地为对照,在不同水流剪切力(6.12～19.64 Pa)下进行冲刷试验。结果表明：结皮发育显著影响土壤养分含量,且高盖度结皮覆盖下养分表聚效应更加明显。生物结皮发育显著影响土壤分离能力,裸地土壤分离能力[1.465 6 kg/(m²·s)]为生物结皮[0.004 2～0.468 2 kg/(m²·s)]的3.58～348.95倍,裸地细沟可蚀性(0.293 5 s/m)为生物结皮(0.001 0～0.082 2 s/m)的3.57～293.50倍。相对土壤分离能力及细沟可蚀性均随结皮盖度增加呈指数函数衰减,结皮冲破时间随结皮盖度增加呈指数函数增长;非线性回归分析表明,土壤分离能力可用水流剪切力、生物结皮盖度和土壤黏结力进行模拟(NSE=0.749)。综上,生物结皮发育显著提升土壤抗侵蚀性能,研究结果可为半湿润区水土流失防治及生物结皮管理利用提供理论参考。