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1、第17卷第5期水科学进展Vol117,No152006年9月ADVANCESINWATERSCIENCESep.,2006荒漠地区生物土壤结皮的水文物理特征分析王新平,肖洪浪,张景光,李新荣,康尔泗(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠研究试验站,甘肃兰州730000)摘要:通过室内压力陶土板系统测定土壤含水率与基质势的关系与Star-1土壤水分物理特征测定系统确定非饱和土壤水力传导度的方法,结合应用vanGenuchten公式模拟,分析了位于腾格里沙漠东南缘包兰铁路沙坡头段人工生态防护体系生物土壤结皮的水文
2、物理特征,确定了其水分特征曲线、非饱和土壤水力传导度、非饱和弥散系数,并与原始沙丘沙进行比较。结果表明,生物土壤结皮的持水能力是沙丘沙的3~9倍。当土壤基质势在-1~-3000cm的较高范围变化时,生物土壤结皮平均非饱和水力传导度低于沙丘沙(约为12%);而当土壤基质势在-3000~-15000cm的较低范围变化时,沙丘沙的平均非饱和水力传导度又大大低于生物土壤结皮(约为9110%)。正是由于生物土壤结皮特殊的质地与结构,使其非饱和水力传导度随着土壤基质势的降低,以及土壤含水量的减少,而趋于增大。与原始沙丘沙比较,生
3、物土壤结皮独特的水文物理特点决定了它对荒漠地区土壤微生境的改善与促进作用,特别是通常情况下的高持水能力与低土壤基质势条件下的较高非饱和水力传导度,能够提高浅层土壤水分的有效性,有利于人工生态防护体系主要组分浅根系灌木、草本植物与小型土壤动物的生存繁衍。关键词:生物土壤结皮;水文物理特征;非饱和土壤水力传导度;非饱和土壤弥散系数中图分类号:P34319文献标识码:A文章编号:1001-6791(2006)05-0592-07生物土壤结皮(biologicalsoilcrust,BSC)是土壤表层由苔藓、藻类、地衣等隐花
4、植物和微生物菌类等为主体[1,2]的生物组分与土壤构成的有机复合体,在半干旱、干旱荒漠区都广泛分布和发育着生物土壤结皮。由于生物土壤结皮在干旱区生态恢复中所具有的独特生态功能,生物土壤结皮研究愈来愈引起人们的广泛关注,成为[3~5]荒漠化地区防沙治沙和生态恢复研究的热点问题。生物土壤结皮中的细粒物质(沙粒、粉粒、粘粒)不是以单独颗粒形式存在,而是被微生物(主要是细菌,少量放线菌与真菌)菌丝体、凝胶体或其分泌的多聚糖、黏液质鞘粘连,或者被藻类、地衣和苔藓的假根捆绑起来,与微生物、藻类、地衣和苔藓等隐花植物一起形成完整的
5、生物土壤结皮。大量研究报道了生物土壤结皮的固土培肥,增加土壤养分,改变土壤水分状况等方面的生态[1,5~14]功能。我国腾格里沙漠东南缘人工植被固沙区降尘的累积构成了微生物土壤结皮中非生物成分的主体,并不断改[15,16]变着生物土壤结皮层的土壤物质平衡。对不同固沙年限沙丘迎风坡结皮层机械组成分析表明,随着沙丘固定时间的延长,生物土壤结皮中<01002mm粘粒含量不断增加,而0105~015mm砂粒的比例不断降低。肖[17]洪浪等认为,流沙固定过程中土壤-植被系统向地带性方向演替,水分和养分的表聚行为导致了生物系统浅
6、层化的过程。土壤剖面分化、结皮层形成和土体构型的改变导致土壤水分保持能力和入渗、再分配过程的变化,形成了土壤-植被系统全新的水环境。生物土壤结皮对土壤-水分关系的影响具有高度的地区/区域特征。生物土壤结皮盖度以及结皮中蓝藻、地衣、苔藓的构成比例等指标所反映的生物土壤结皮发育程度,区域气候状况,地表粗糙度,土壤质地与结构等均明显影响特定地区的水文循环过程。土壤质地对水文循环的影响作用极其重要,甚至会超过生物土壤结皮。收稿日期:2005-04-05;修订日期:2005-10-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(403
7、01008;90202015);中国科学院知识创新方向性资助项目(KZCX3-SW-324)作者简介:王新平(1969-),男,甘肃通渭人,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员,博士,主要从事干旱区生态水文研究。E-mail:xpwang@lzb1ac1cn第5期王新平等:荒漠地区生物土壤结皮的水文物理特征分析593比如对胀缩性粘土来说,无论其表面有无生物土壤结皮存在,它的入渗速率相对较低。有关生物土壤结皮对水[18,19]文循环的影响目前存在着两种截然不同的观点,一些学者认为生物土壤结皮的存在有利于水分入渗,而
8、另[20,21][22]一些学者则认为其存在降低了水分入渗。另外,George等采用栽培室与野外试验相结合的方法,研究了生物土壤结皮对土壤水分损失的影响,认为生物土壤结皮可以通过增加表层土壤水流阻力来提高土壤水分的有效性。本文通过确定荒漠人工植被区表层土壤水力学参数,对生物土壤结皮的水文物理特征进行分析,对草原化荒漠地区土壤水分动态模拟与基于土
