黄土丘陵地带人工培育生物结皮对坡面水蚀的影响研究

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1、黄土丘陵地带人工培育生物结皮对坡面水蚀的影响研究第1章绪论1.1研究背景植被稀疏是黄土侵蚀区生态恢复的制约因素之一，然而越来越多的研究者发现在林（草）间隙或稀疏植被下广泛发育着BSCs，它是一种由真菌、细菌、藻类、地衣、苔藓等生物组分及其代谢产物与土壤表层颗粒胶结、捆绑而形成的结构复杂的复合体，是干旱半干旱区最常见的地表景观，其覆盖度高达70%以上[3-6]，具有重要的生态学意义[7-11]。BSCs分布范围广泛，对其类型的划分方法也多样，通常以优势微生物组分及其演替阶段命名，分为藻结皮、地衣结皮及藓类结皮，此顺序也是BSCs的演替顺序[12,13]。BSCs生

2、态功能主要包括：有效改善土壤表层结构、增加土壤稳定性[14]，从而减少直接威胁人类生存环境的沙尘暴危害[15]；BSCs微生物组分具有固N、固C作用[16]且显著提高土壤养分[17]；大量捕获大气中降尘[18]，促进荒漠化地区成土过程[19]，为土壤生物及维管植物繁衍提供适宜生境[20]。然而BSCs作为黄土丘陵区退化生态系统的重要组成部分，其发育对该区水土流失有何影响尚未明确，其对土壤侵蚀的影响机理亟待研究。1.2国内外研究现状植被是防治水土流失的重要因素，科学管理植被覆盖对于生态退化区的生态系统修复至关重要，在植被稀疏的黄土侵蚀区大面积发育着BSCs，其对该

3、区土壤侵蚀的影响越来越受到研究者的关注。土壤侵蚀作为黄土丘陵区重要的地表过程，包含风蚀和水蚀两种形式[21-25]。BSCs由于自身发育特征，其增加土壤稳定性的作用及抗风蚀能力已被许多研究者证实[26-28]，然而其与水蚀关系的研究尚未得到统一结论。影响坡面水土流失过程发生发展的主要因素包括降水特征和下垫面特征[29,30]，其中下垫面特征中土壤覆被层对水蚀的影响研究集中在维管植物覆被，而干旱半干旱区最常见的地表微景观BSCs对坡面水蚀的影响研究相对起步晚、研究少，人工培育BSCs与坡面水蚀的关系更是亟待研究。近年来不少学者尝试研究干旱半干旱区生物结皮的人工培育

4、技术，绝大多数研究集中在荒漠化地区藻类结皮的培育，另有少部分研究集中在黄土高原藓类结皮人工培育。2001年魏春江院士率先提出沙漠生物地毯工程宏伟设想，即在流动沙丘表面播撒藻类结皮，使沙丘表面形成一层藻类结皮地毯，以达到固定沙丘的目的。这一设想使BSCs的人工培育成为干旱半干旱区研究热点。许多学者在荒漠化地区尝试进行藻类结皮的室内、野外培育试验。闫德仁等[31]在库布齐沙漠以优势种为伪枝藻和微鞘藻的藻类结皮为种源，用培养液培养数周，然后接种到跑道式培养池（48m2）中培养半月，期间监测生物量，当达到2.4104g.DedicagosativaL.）、针茅（Stip

5、abungeanaTrin.）等；主要农作物有马铃薯（Solanumtuberosum）、春小麦（TriticumaestivumL.cvLeguan）、玉米（ZezmaysL.）、胡麻（LinumusitattissimumL.）等。流域内土壤主要是由黄绵土母质发育的灰钙质土，土壤机械组成：粘粒占0.63%~10.74%，粉粒占50.09%~78.65%，砂粒占6.7%~26.27%，质地属于粉壤土，平均厚度40~60m，平均孔隙度在53.3%左右，0-2m土层容重范围是1.09-1.36g•cm3。该区土质疏松，土壤贫瘠，极易发生土壤侵蚀，侵蚀模数

6、可高达1.0万t•km2。区内广泛发育着BSCs，多种典型土地利用类型下，如荒草地、灌丛、林地和农地等都可见其分布，以地衣结皮和藓类结皮最为常见。2.2试验内容及方法于2011年7月选择流域内一处十分具有代表性的典型荒草坡面（表2-1）修建27个微型径流小区，大小为1m2m，小区均建设于坡中上部，出口安装拦截、汇流装置。使用5mm厚钢板围合小区，钢板地下部分长150mm，地上部分长150mm。BSCs接种前将所有小区内杂草以及自然生长BSCs清理干净并整平土面，严格填埋土表及钢板与土层的微小缝隙，以防土壤缝隙影响试验结果。以接种方式将BSCs培育成不同

7、格局，地衣结皮和藓类结皮种源均来自于试验荒草坡地。根据前人的BSCs野外培育经验[35]，将采集的藓类结皮粉碎，以1200g/m2的接种量按设计格局接种；地衣结皮格局小区采用2mm地衣结皮原状土拼接而成。根据BSCs斑块状的分布特点以及前人对坡面覆被格局研究的布设，将试验小区共设9个处理，主要处理如图2-1所示：1、100%覆盖藓类结皮；2、零散藓类结皮；3、上半裸土--下半藓类结皮；4、上半藓类--下半裸土结皮；5、100%覆盖地衣结皮；6、零散地衣结皮；7、上半裸土--下半地衣结皮；8、上半地衣--下半裸土结皮；9、裸土对照(CK)。其中上半、下半和零星分布

8、格局的BSCs盖度均为5