黄土高原不同发育阶段生物结皮的导水和持水特征

为探明黄土高原不同发育阶段生物结皮对土壤导水和持水特性的影响,以裸沙和不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻-藓混生结皮、藓结皮)为研究对象,分别采用定水头法和威尔科克斯法对其导水和持水特性进行了测定。结果表明,在0~10 cm土层,生物结皮显著降低了土壤饱和导水率,藻结皮、藻-藓混生结皮和藓结皮土壤的饱和导水率较裸沙分别平均下降了59.3%,62.9%和27.6%;同时,其水分入渗参数(初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量)较裸沙分别平均降低了37.7%、54.3%和18.4%,延缓了土壤水分入渗过程;此外,3种发育阶段生物结皮的田间持水量(体积含水量)较裸沙分别增加了0.97、1.10和0.70倍,退水过程(0~120 h)的平均土壤体积含水量分别增加了1.14、1.40和0.74倍。与裸沙相比,不同发育阶段的生物结皮均显著降低了土壤导水率,同时提高了土壤持水性;其中藻-藓混生结皮对土壤导水和持水性能的影响大于藻结皮和藓结皮,其主要原因可能是不同发育阶段生物结皮中非维管束植物和微生物的群落结构存在差异。综上,随着生物结皮由藻向藓的发育演替,其土壤导水性呈现先降低后增加的趋势,而土壤持水性表现为先增加后降低的变化规律。

黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮的地表粗糙度特征及其影响因素

增加地表粗糙度是生物结皮影响干旱和半干旱地区地表水文与土壤侵蚀过程的重要途径。本文针对黄土高原水蚀风蚀交错区典型小流域,使用链条法测定了裸沙、物理结皮以及不同发育阶段生物结皮(藻、藻-藓混生、藓)的地表粗糙度,比较了不同地形(坡度和坡向)和土壤条件(土壤类型和含水量)下生物结皮地表粗糙度的差异,分析了生物结皮对地表粗糙度特征的影响及其与地形因素和土壤属性的相关关系。结果表明:与裸沙相比,随着物理结皮、藻结皮以及藻-藓混生结皮的相继发育,地表粗糙度由0.67持续增加至16.76(F=194.31,P<0.01);各发育阶段中,藻-藓混生结皮的地表粗糙度最高,为无结皮土壤的25倍,但由藻-藓混生结皮发育至藓结皮后地表粗糙度骤减了52.7%(仍大于裸沙和物理结皮);生物结皮的地表粗糙度在10°~30°坡度范围内差异不显著,但在30°~40°坡度下其地表粗糙度显著增加(F=10.05,P<0.01),增加幅度达25.5%;且阳坡藓结皮的地表粗糙度显著高于阴坡(t=-5.70,P<0.01),为阴坡的1.3倍;生物结皮的地表粗糙度随含水量变化波动较为剧烈,任意含水量下黄绵土上发育的藓结皮的地表粗糙度均高于风沙土上发育的藓结皮(F=187.16,P<0.01),前者平均为后者的2.1倍;黄绵土上藓结皮的地表粗糙度与有机质含量呈显著负相关(r=-0.998,P=0.04),而与其他土壤属性的相关性不显著。综上,黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮的发育显著增加了地表粗糙度,其关键影响因素是生物结皮的发育阶段以及坡度和坡向。