苔藓植物对石漠化坡地出露基岩间产流的影响

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喀斯特石漠化坡地出露基岩间地形破碎、土层浅薄、植被类型单一、水土流失严重。苔藓植物在出露基岩间生长良好,是最主要地表覆被物。坡面大量的苔藓植物生长覆盖,影响坡面降雨产流入渗过程,是出露基岩间乃至整个石漠化区降雨产流、入渗等水文过程主要的影响因素之一。目前,关于石漠化坡地出露基岩间微生境的相关研究较多,并对出露基岩间苔藓植物的研究大多倾向于多样性和对其土壤理化性质、持水、保土等因子的影响,而关于出露基岩间苔藓植物覆盖下降雨产流、入渗等水文过程研究鲜见报道。因此本研究以喀斯特石漠化区坡地出露基岩间真藓属(Bryum)、美灰藓属(Eurohypnum)和羽藓属(Thuidium)3种优势苔藓属植物为研究对象,以裸土为参照对象,采用模拟降雨实验方法,探究在不同出露基岩类型间不同雨强、不同坡度和不同孔隙度下3种苔藓植物属对降雨产流空间分配、产流过程、入渗的影响。研究结果可为喀斯特区石漠化治理和生态修复提供重要的科学依据和理论基础。初步得到以下结论:(1)出露基岩间产流主要以壤中和地下产流为主,美灰藓属显著促进了地表产流。在不同环境条件下苔藓植物对产流入渗的影响不同。在张开度为20 cm的狭窄出露基岩中(类型a):随着雨强和坡度增加,美灰藓植物对地下产流有抑制作用;而在张开度为40 cm的出露基岩中(类型b),随着雨强增加,地下产流量增加,且美灰藓属和羽藓属植物主要抑制壤中产流,促进地下产流;随着坡度增大,地下产流增加,且抑制壤中产流。在不同出露基岩类型中,随着孔隙度增加,地下产流显著增加,壤中产流极显著降低,并在5%孔隙度下,出露基岩类型b中的地表和壤中产流比低于10%。随着孔隙度增加真藓属植物显著增加了地下产流。地表、壤中、地下不同空间的产流量、产流比和产流模数变化趋势一致。(2)随着雨强增大,初始产流量增加,产流稳定时间滞后。美灰藓属植物覆盖下的地表初始产流量在3种雨强下均大于另外两种苔藓类型和裸地的初始产流量,并且明显滞后了地表产流稳定时间。坡度对苔藓植物覆盖下不同土层的产流影响程度不同。(1)地表产流过程:随坡度增加,初始产流量和稳定产流量增大;(2)壤中产流过程:随着坡度增大,壤中产流稳定时间加长;(3)地下产流过程:产流稳定时间在两坡度下差异不显著,但在出露基岩a类型中,随坡度增加产流量降低,而在出露基岩类型b中随坡度增加产流量增加。增大地下孔隙度可减小产流稳定时长,同时增加产流稳定性。(3)随着雨强增大,出露基岩间入渗率增加。总体上不同土层的入渗率大小依次为地表>壤中>地下。在不同雨强和不同坡度下,美灰藓属植物总体上抑制地表入渗,同时对地下入渗具有显著的促进作用。在不同孔隙度下,美灰藓属植物随着孔隙度增加,显著促进地下地下入渗。随着雨强、坡度、孔隙度增加,地下径流深总体上增加,总体上出露基岩间不同土层径流深大小依次为地下>壤中>地表。(4)苔藓植物总体上具有抑制产流作用,坡度与产流呈负相关关系,而雨强则是坡面产流的主导因子。地下孔隙度主要通过增加径流系数从而增加坡面产流,而坡度主要抑制入渗从而减少地下产流,雨强主要通过增加径流系数从而促进产流。(5)从水土保持角度出发,应减少地下径流流失,增加地表和壤中蓄水持水能力。在张开度较窄的出露基岩间可选择美灰藓属植物调控降雨水文循环机制,增加壤中产流,降低地下漏失;在张开度较宽的出露基岩间地下漏失较强,在90 mm/h雨强下美灰藓能降低该出露基岩间的产流。
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