黄土丘陵区生物结皮对水分入渗的影响及模拟

Abstract

&ldquo;退耕还林(草)&rdquo;生态恢复工程实施后，生物结皮在黄土丘陵区大面积发育。目前 不同发育阶段生物结皮对水分入渗的影响尚不清楚，本文通过对不同发育阶段生物结 皮土壤的水力学参数、入渗参数的分析测定，研究了不同发育阶段生物结皮对水分入 渗的影响及机理，并对生物结皮土壤的水分入渗过程进行了模拟，旨在为明确生物结 皮在水分入渗过程中的作用，为有效管理生物结皮，合理利用水土资源促进植被恢复， 促进生态健康发展提供科学依据。取得如下结论： 1 ）生物结皮导致土壤 的 斥水性增加， 但土壤斥水性随生物结皮演替逐渐降低。 土壤含水量及生物结皮的物种组成是生物结皮土壤斥水性的主要影响因素。 黄土丘陵区黄绵土没有斥水性，生物结皮发育后土壤的斥水强度和持久性均显著 增加，具轻微斥水性。生物结皮土壤的斥水性随生物结皮的演替逐渐降低，当结皮中 藓类盖度达 20%以上时，土壤斥水时间显著低于藻结皮土壤。生物结皮土壤的斥水性 与含水量及优势种有关。藓类生物结皮土壤的斥水性随着含水量的降低逐渐增加；藻 类生物结皮土壤的斥水性随含水量的变化呈双峰曲线。浅色藻结皮土壤斥水性约在 40%田间持水量时最大，而深色藻结皮、藻+少藓结皮、藓+少藻结皮、藓结皮四种结 皮层土壤的斥水性则在 20%田间持水量时最大。 2 ）生物结皮增加了土壤 的 持水性和水分有效性。生物结皮发育后土壤的持水性 增加，土壤水分有效性也随着增加，但在生物结皮发育过程中土壤的持水性、水分有 效性降低。 3 ）生物结皮影响水分入渗过程，影响幅度受制于基质土壤，生物结皮与基质土 壤之间的交互作用同时影响着水分入渗。生物结皮能够降低水分入渗速率，降低幅度 随着生物结皮的演替逐渐缓和。生物结皮对水分入渗过程的影响随基质土壤的不同而 发生变化。 4 ）通过修订 Green-Ampt&nbsp; 模型，可用于 模拟生物结皮覆盖在黄绵土上的水分入 渗过程， 除浅藻结皮外，深藻、藻+ 少藓、藓+ 少藻、藓结皮覆盖下的水分入渗过程 的拟合结果与实测值吻合。校正的 Green-Ampt 模型将生物结皮对水分入渗过程的影 响归结为对导水率的影响，并假设水分入渗过程由生物结皮层控制。生物结皮覆盖在塿土、风沙土上的水分入渗过程的能量动力理论更为复杂，需要进行更深入研究。 关键词：生物结皮；发育阶段；基质土壤；入渗；模拟</p