摘要
生物结皮是土壤表层由隐花植物如蓝藻、地衣、苔藓、土壤微生物及其次生代谢物等与土壤颗粒紧密结合形成的高度特殊化的土壤层。生物结皮广泛存在于各类气候区，对稳定土壤和防治土壤侵蚀有着深远的影响。生物结皮对土壤水文过程的影响一直是研究热点之一，但是也是最有争议的，不同地区的研究结果差异较大。生物结皮发育表现出宏观地带性，相对于干旱、半干旱地区，湿润区水热资源丰富，降雨集中、雨量大、暴雨频繁且强度较大，生物结皮发育势必导致土壤水文和侵蚀过程发生相应的响应。目前国内外关于湿润区林下生物结皮发育驱动下的土壤入渗性能及水蚀特征的研究还比较缺乏，特别是在退化土地和植被稀疏匮乏区域。 本文以南方红壤丘陵区咸宁为研究区域，选择两种不同母质（第四纪黏土和泥质页岩）发育土壤上的生物结皮，通过野外试验结合室内分析，研究不同母质发育土壤上的生物结皮特征及下伏土壤理化性质;分析不同母质发育土壤上的生物结皮对土壤水分入渗特征的影响;探讨生物结皮特征及土壤理化性质对土壤优先流及剖面水分分布的影响;辨析驱动湿润区林下生物结皮入渗性能及剖面水分分布影响机制。主要研究结论如下: （1）生物结皮发育显著改变了表层土壤（0～2cm）理化性质。对于泥质页岩发育土壤，生物结皮发育显著增加了土壤有机质含量、降低了容重和砂粒含量（P＜0.05）;对于第四纪黏土发育土壤，生物结皮增加了土壤有机质、粉粒含量。两种母质发育土壤饱和含水量和田间持水量均显著高于裸地（P＜0.05）;随着生物结皮盖度增加,第四纪黏土和泥质页岩发育土壤上的生物结皮厚度和生物量增加，土壤有机质、和粘粒含量增加，土壤砂粒含量逐渐减少，容重和土壤pH并无显著变化。 （2）生物结皮的存在阻碍了土壤水分的入渗，且随盖度的增加入渗逐渐降低。在0、1％～20％、20％～40％、40％～60％、60％～80％、80％～100％六个盖度下，两种母质发育土壤水分初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率均随生物结皮盖度的增加而逐渐降低，Horton模型能更好的拟合研究区土壤水分入渗过程;冗余分析表明，第四纪黏土发育土壤，生物量（54.3％）对其入渗特征的解释度最高，泥质页岩发育土壤则为盖度（39.3％）和砾石含量（34％）。方差分解分析表明,对于第四纪黏土发育土壤，生物结皮独立效应解释度最大（35.5％）,而泥质页岩为生物结皮与土壤性质的叠加效应（32.1％）。 （3）生物结皮可以显著增加土壤微孔隙数量，生物结皮覆盖土壤具有更高的持水能力。无论是第四纪黏土发育土壤还是泥质页岩发育土壤，与相应的裸地相比，生物结皮土壤（0～2cm）在0到1,500kPa的整个吸力范围内表现出更高的含水量，平均含水量分别提高了8.53％和10.55％,从而引起水分特征曲线的整体上移;第四纪黏土发育土壤和泥质页岩发育土壤生物结皮的微孔隙（0.3-5μm）分布分别比裸地提高43.42％和31.04％;VanGenuchten模型、Log-normaldistribution模型均适用于拟合生物结皮的水分特征曲线，而Brooks-Corey模型拟合效果相对较差。 （4）生物结皮的存在显著降低了染色水流向土壤更深层次运移，表现为在更浅层土壤出现水流流型分化。在0～40cm染色范围内，第四纪黏土发育土壤裸地的染色面积比显著高于结皮土壤（P＜0.05）,泥质页岩发育土壤裸地和结皮的染色面积比分别为19.96％和16.32％,两者并未达到显著水平（P＞0.05）;结皮覆盖土壤染色路径数量（SPN）的最大值出现的深度均要低于裸地且不同土壤深度的路径数也小于裸地;结皮覆盖土壤，以高相互作用流和均匀基质流为主，裸地土壤则以高相互作用流和低相互作用流为主;通径分析显示，生物结皮厚度是影响第四纪黏土发育土壤剖面水流分布的主要决策变量,砂粒含量为主要限制变量,,生物结皮厚度是泥质页岩发育土壤的主要决策因子（0.87）,饱和含水量（-0.23）为主要限制因子。
NETL