黄土丘陵区生物结皮土壤抗侵蚀机理研究

退耕还林及封山禁牧后，黄土丘陵区生物结皮广泛发育，盖度可达60%～70%甚至更高，成为该区坡面水土流失不可忽略的影响因素。迄今，水蚀条件下生物结皮土壤抗侵蚀机理尚不清楚，难以量化表征生物结皮土壤的抗侵蚀性。为此，本项目针对土壤侵蚀和生物结皮研究的薄弱环节，以申请人有关黄土丘陵区生物结皮形成发育特征的研究为基础，研究不同生物组成的生物结皮土壤的稳定性及其影响因素、生物结皮对侵蚀力的影响，从内因和外因两方面揭示生物结皮土壤抗侵蚀作用的主要影响因素及其作用方式，解析生物结皮土壤抗侵蚀作用机理，筛选出生物结皮土壤抗侵蚀作用的表征指标，探索结皮土壤抗侵蚀作用量化表达。研究结果可为考虑生物结皮因子的坡面土壤侵蚀模型有关参数的选取提供科学依据，并为正确评估退耕还林工程的水土保持效益和将生物结皮用于水土流失的治理提供科学依据。

退耕还林实施后，黄土丘陵区生物结皮广泛发育，是该区土壤侵蚀不可忽略的影响因素。项目从水蚀条件下不同类型生物结皮抗冲抗蚀性及其影响因素入手，研究了不同生物组成的生物结皮土壤的稳定性及其影响因素、生物结皮对侵蚀力的影响，从内因和外因两方面探索生物结皮土壤抗侵蚀作用的主要影响因素及其作用方式，解析生物结皮土壤抗侵蚀作用机理，筛选生物结皮土壤抗侵蚀作用的表征指标，在以下5个方面取得创新性进展：（1）量化了生物结皮土壤抗冲、抗蚀性，明确了生物结皮盖度与土壤抗冲、抗蚀性之间的定量关系。（2）明确了生物结皮对土壤可蚀性因子K的影响。生物结皮显著增加了土壤有机质、全氮、全磷、速效磷含量，改善了土壤结构体及其稳定性，进而降低了土壤可蚀性。研究区生物结皮层土壤可蚀性因子K显著低于下层土壤，雨季中生物结皮土壤可蚀性因子K较下层土壤降低了10倍以上；（3）揭示了生物土壤结皮的稳定性机理。生物结皮是水平方向极其稳定的层状结构，这一结构不仅极大的增强了土壤抗雨滴溅蚀性（早期形成的藻结皮，抗雨滴溅蚀性可以到达裸土的12倍，而后期藓结皮抗雨滴溅蚀性是裸土的344倍），改善了土壤的抗冲性（后期藓结皮土壤可以抵挡研究区极大暴雨产生径流的冲刷）；而且保护了下层土壤结构免遭雨滴及径流的破坏；（4）明确了生物结皮对降雨和径流侵蚀力的消减作用。生物结皮（主要是藓结皮）一方面能够削减雨滴动能（可削减99%以上的雨滴动能），同时还能通过降低径流流速而降低径流侵蚀力。（5）确定了生物结皮土壤抗侵蚀性表征因子。生物结皮的生物组成及生物量是其抗侵蚀性的关键影响因子，可以用生物结皮中藓类植物的覆盖度直观的表征生物结皮土壤的抗冲、抗蚀性。.项目严格按照原定计划完成研究任务，实现预期目标，从内因（生物结皮对土壤理化属性的影响）和外因（生物结皮对雨滴及径流动能、生物结皮的保护作用）两方面解析了黄土丘陵区生物结皮土壤的抗侵蚀机理，揭示了生物结皮增强坡面土壤抗侵蚀性的方式及程度，明确了生物结皮土壤抗蚀性的关键影响因子，确定了关键影响因子对土壤抗蚀性的作用阈值，为建立考虑生物结皮的土壤侵蚀预报模型奠定了科学基础。