生物结皮对土壤可蚀性的影响及机理

Abstract

黄土高原丘陵沟壑区退耕还林还草工程实施后，以藻类、苔藓及地衣等先锋物种 为主的生物结皮广泛发育，在促进土壤发育，改善土壤理化属性，降低土壤侵蚀等方 面具有显著作用。本文以典型黄土丘陵沟壑区不同组成与生物量的生物结皮土壤为研 究对象，通过野外调查和室内分析确定生物结皮对土壤理化性质的影响，并通过模型 估算及模拟降雨试验实测等方法，研究了生物结皮对土壤可蚀性（土壤可蚀性因子K 值）的影响，在此基础上，进一步通过数理统计分析揭示了生物结皮对土壤可蚀性的 影响机理，为考虑生物结皮的水土流失预报模型参数的选取提供科学依据。所得主要 结论如下： （1）生物结皮显著影响土壤物理和化学属性，影响程度与其生物组成和生物量 有关。生物结皮的发育能够细化土壤，显著降低土壤容重、硬度和土壤pH，增加土 壤田间持水量、土壤孔隙度、粘结力、有机质含量和全氮含量。 颗粒组成表现为苔藓结皮和混生结皮（苔藓植物盖度约65%）粗粉粒和细砂粒含 量高于藻结皮。当生物结皮由初级阶段的藻结皮演替至60%-80%苔藓植物时，土壤 粗砂粒含量降低了86%，细砂粒含量增加了45%；不同类型生物结皮土壤容重表现 为藻结皮&gt;苔藓结皮&gt;混生结皮，演替后期土壤容重较初期藻结皮降低了15%；田间 持水量和土壤孔隙度表现为混生结皮&gt;苔藓结皮&gt;藻结皮，演替后期较初期藻结皮分 别增加了36%和14%；土壤硬度：苔藓结皮&lt;混生结皮&lt;藻结皮，演替后期较初期藻 结皮降低了68%；粘结力表现为苔藓结皮&gt;混生结皮&gt;藻结皮，生物结皮土壤粘结力 约是无结皮土壤的6~7 倍；有机质和全氮含量表现为苔藓结皮&gt;混生结皮&gt;藻结皮， 演替后期较初期藻结皮分别增加了161%和127%；pH：藻结皮&gt;混生结皮&gt;苔藓结皮， 随生物量的增加土壤pH 呈降低趋势。 （2）生物结皮的形成发育显著降低了土壤可蚀性，降低程度主要与生物结皮生 物量、生物组成、生物活性及下伏土壤质地有关。稳定期生物结皮土壤可蚀性较下层土壤降低了约17%；不同物种组成生物结皮土 壤可蚀性表现为：藻结皮&gt;苔藓+藻混生结皮&gt;苔藓结皮，混生结皮和苔藓结皮分别较 藻结皮降低了19%和21%，生物结皮土壤可蚀性随生物量的增加呈降低趋势，演替 后期的苔藓结皮土壤可蚀性K 值较初期藻结皮降低了21%；不同生物活性生物结皮 对土壤可蚀性的影响表现在季节差异上，雨季中生物结皮土壤可蚀性显著高于雨季前 和雨季后，雨季前和雨季后K 值较雨季中降低8%，雨季前和雨季后无显著差异；三 种质地土壤上生物结皮可蚀性表现为，砂壤&gt;粉壤&gt;砂土，生物结皮对粉壤可蚀性影 响较大。 （3）模拟降雨条件下生物结皮土壤可蚀性K 值较对照降低了约10 倍，进一步 证实生物结皮的形成显著降低了土壤可蚀性。 （4）生物结皮主要是通过增加有机质含量、全氮含量、粗粉粒含量（0.01~0.05 mm）、土壤总孔度及田间持水量，降低土壤容重和pH 而降低土壤可蚀性。其中对 生物结皮土壤可蚀性影响的主导因子为有机质含量，其次为粗粉粒含量、粉粒含量 及全氮含量。 相关分析表明，土壤容重和pH 与土壤可蚀性呈极显著正相关（P&lt;0.01），粉粒、 粗粉粒、田间持水量、总孔度、有机质、全氮、C/N、pH 与土壤可蚀性呈极显著负 相关（P&lt;0.01）；砂粒含量与生物结皮土壤可蚀性呈显著正相关（P&lt;0.05）。进一步主 成分分析得到，能够代表生物结皮土壤可蚀性的影响因素可概括为土壤结构特征、 土壤颗粒组成（土壤质地）以及生物结皮土壤中有机碳和全氮含量。并通过多元 逐步回归分析得到，生物结皮影响土壤可蚀性的主导因素依次为有机质、粗粉粒含 量、粉粒含量及全氮含量。 关键词：生物结皮；物种组成；生物量；土壤理化性质；土壤可蚀性</p