【摘 要】
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生物结皮是广泛分布的地被物,每逢冬春季节,受冻融交替作用影响,结皮覆盖土壤的理化性质、水文学特征以及土壤可蚀性明显改变且与裸土差异显著,从而影响该地区土壤可蚀性评估和土壤侵蚀防治。由于藻类和苔藓等先锋物种的存在显著改善土壤理化属性,冻融交替作用与结皮覆盖因素交互耦合,使土壤可蚀性发生变化。因此本研究以典型季节性冻融区生物结皮覆盖的风沙土壤为研究对象,通过野外采样,室内培养及室内模拟试验,系统研究了
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“黄土高原冻融对水蚀过程作用机理研究”（41771311）； 国家自然科学基金项目“尼罗河上游丘陵区水土保持与高产高效农业研究”（41561144011）； 西部之光项目（XAB2016B08）；
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生物结皮是广泛分布的地被物,每逢冬春季节,受冻融交替作用影响,结皮覆盖土壤的理化性质、水文学特征以及土壤可蚀性明显改变且与裸土差异显著,从而影响该地区土壤可蚀性评估和土壤侵蚀防治。由于藻类和苔藓等先锋物种的存在显著改善土壤理化属性,冻融交替作用与结皮覆盖因素交互耦合,使土壤可蚀性发生变化。因此本研究以典型季节性冻融区生物结皮覆盖的风沙土壤为研究对象,通过野外采样,室内培养及室内模拟试验,系统研究了冻融交替作用对生物结皮土壤理化性质的影响,并运用EPIC模型计算土壤可蚀性K值,构建冻融条件下土壤可蚀性K值估算经验模型,通过土壤冲刷分离试验得到土壤分离率,基于WEPP模型估算土壤水蚀可蚀性值,从而探究冻融交替作用对生物结皮覆盖土壤可蚀性的影响机制,以期为黄土高原水蚀区解冻期的土壤侵蚀防治提供理论依据,所得主要结论如下:（1）随土壤初始含水量增加,冻融条件下的藻结皮层容重增加;冻融交替使生物结皮土壤的饱和导水率、土壤抗剪强度、硬度、有机质、含氮量、藻结皮层生物量等显著减小,土壤的颗粒组成显著变化。土层深度及初始含水量影响土壤积温,从而影响土壤的解冻速率和冻融作用强度,冻融交替次数（p<0.05）和土壤初始含水量（p<0.01）显著影响结皮层和其下层土壤容重。冻融条件下随土壤初始含水量增加,藻结皮层容重平均增加4.58%,藻和苔藓覆盖土壤粘粒变化相较裸土平均增加36.0%和26.4%,苔藓结皮层在冻融条件下颗粒组成的变化小于藻结皮层;含水量为8%时,结皮覆盖土壤的颗粒变化最明显。冻融交替使生物结皮覆盖土壤饱和导水率进一步降低,冻融10次时,裸土是藻结皮覆盖土壤的10.13倍。苔藓结皮下层土壤团聚体受冻融交替的敏感程度大于藻结皮土壤团聚体且受苔藓盖度显著影响（p<0.05）;随藻和苔藓盖度增加,冻融条件下土壤结构指数GSSI的变异程度越低,5～10cm土壤在多次冻融后易形成无法解冻的致密层。冻融条件下,藻结皮盖度、土壤初始含水量、土壤结构与藻结皮理化性质有较强相关性,而苔藓覆盖土壤理化性质强相关性因子包括苔藓盖度、冻融交替次数、有机质、容重。结皮层的叶绿素和有机质含量对冻融有较强敏感性,下层土壤的温度、含水率以及水稳性团聚体对冻融有较强敏感性。（2）生物结皮土壤可蚀性因子K值受冻融交替次数、壤初始含水量、结皮类型和结皮盖度显著影响。冻融条件下,生物结皮土壤可蚀性的主要影响因素依次为土壤颗粒组成（质地）、冻融交替次数、生物结皮类型、土壤有机质、生物量、全氮含量以及土壤结构。受冻融作用影响,藻结皮土壤可蚀性K值较冻融前平均增大2.60%,苔藓结皮覆盖土壤可蚀性K值较冻融前增大4.69%。冻融条件下,藻结皮土壤可蚀性因子K值较苔藓土壤增加0.72%,具有显著差异（p<0.05）。随藻结皮覆盖度增加,藻结皮土壤可蚀性因子K值减小1.40%;而苔藓结皮随着覆盖度增加,土壤可蚀性K值增加0.84%,冻融条件下,藻结皮土壤可蚀性因子K值平均[0.1671 t·ha·h/（ha·MJ·mm）]为苔藓结皮土壤[0.1658 t·ha·h/（ha·MJ·mm）]的1.01倍。随土壤初始含水量增加,当土壤可蚀性相近时,含水量高的土壤经历了更多次数的冻融交替。（3）冻融前后,藻结皮覆盖土壤可蚀性关系为:K冻融=1.026K未冻融;苔藓结皮覆盖土壤可蚀性关系为:K冻融=1.047K未冻融。藻结皮土壤冻融15次以上时,K值逐渐接近稳定值1.730[t·ha·h/（ha·MJ·mm）],结皮的发育削弱了径流对土壤的冲刷剥蚀作用,生物结皮土壤可蚀性因子K值与土壤属性中的粉粒、有机质、全氮、生物量、团聚体、抗剪强度、结构指数有显著相关性,冻融与生物结皮的富集作用共同影响土壤粘粒和粉粒在不同土层间的迁移过程,从而显著影响土壤的可蚀性K值。（4）冻融作用使结皮覆盖土壤分离率显著增大,土壤分离率主要受坡度的影响,径流量的影响次之。冻融交替次数（FT）、结构指数（GSSI）、结皮盖度（C）、粘粒含量（CLA）、抗剪强度（T）、容重（ρB）、生物量（B）、硬度（H）是影响冻融过程中结皮土壤水蚀可蚀性的关键因素。冻融条件下,藻结皮土壤的分离率是苔藓结皮土壤的1.46倍,当冲刷坡度大于15°,土壤分离率极显著增大（p<0.01）,在特定坡度下,随径流量增加,土壤分离率随之增大。冻融交替后,藻结皮覆盖土壤水蚀可蚀性Kτ为0.361s/m,苔藓结皮土壤为Kτ为0.215 s/m,藻结皮土壤水蚀可蚀性Kτ是苔藓结皮土壤Kτ的1.68倍,苔藓结皮层的覆盖作用有效削弱了水流对土壤的分离能力。冻融条件下,藻结皮土壤水蚀可蚀性参数Kτ与可蚀性因子的拟合关系为:Kτ=0.11e0.017FTT-0.648GSSI-0.059C-0.053CLA-0.079（R2=0.464,NSE=0.346）;苔藓结皮土壤为:Kτ=0.02e0.002FTρB0.1B-0.723H-0.019GSSI0.002C-0.09（R2=0.889,NSE=0.860）。
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