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生物结皮在黄土高原分布广泛,其盖度可达70%以上。生物结皮覆盖地表可显著影响坡面产流、产沙过程,受生物结皮类型及生长特征的影响,其对土壤侵过程的影响也存在明显差异。本研究选取黄土丘陵沟壑区广泛分布的苔藓结皮和藻结皮为研究对象,通过人工培育的方式,明确了水肥耦合条件对生物结皮生长特征的影响。同时,通过设置不同降雨梯度（60、90、120、150和200 mm/h）和结皮覆盖度（15、30、40、50、60和80%）,研究降雨强度和结皮覆盖度对坡面水动力参数、产流过程和产沙过程的影响及其作用机制,分别量化了降雨强度和生物结皮覆盖度与坡面产流产沙的相互关系,阐明了生物结皮覆盖下坡面径流泥沙相互作用关系,为评估黄土高原植被水土保持效益提供理论支撑。取得了以下主要结论:（1）确定了生物结皮培育的最佳水肥组合为:洒水2 L/2天+1 L/2天Hoagland营养液。通过水肥耦合进行人工培育苔藓结皮和藻结皮60天后,苔藓结皮盖度、生物量和厚度分别为53.52～73.48%、24.88～52.29 g/m2和2.29～4.09 mm,藻结皮叶绿素为0.24～1.07 mg/g。在洒水量和施加Hoagland营养液相同的处理中,苔藓结皮水稳性和雨滴动能均高于藻结皮处理。天然条件下苔藓结皮生物量、厚度、泥沙损失率和雨滴动能变化范围在21～169.33 g/m2、7.95～11.25 mm、42.51～23.68%和0.057～0.13 J之间,藻结皮叶绿素、震荡破损时间和雨滴动能变化范围在2.76～14.72 mg/g、10～75″和0.0011～0.0015 J之间。（2）苔藓结皮对坡面水动力参数的影响均强于藻结皮,随着降雨强度的增加,产流速率增大了1.43～60.12%。藻结皮和苔藓结皮流型均属于层流,藻结流态均属于急流,苔藓结皮在200 mm/h雨强下属于急流。苔藓结皮坡面流阻力系数、曼宁系数、径流剪切力和水流功率均高于藻结皮,分别是藻结皮的2.14～10.44、1.61～3.70、1.44～2.21和1.01～1.60倍;苔藓结皮单位水流功率和断面单位能量均低于藻结皮,较藻结皮分别减少了10.53～54.19%和12.04～64.09%。随着雨强的增加藻结皮和苔藓结皮坡面产流量逐渐增大。在60～200 mm/h雨强下,苔藓结皮坡面产流速率、总径流量较藻结皮坡面增加了37.55～6.86%。相对于裸地处理,苔藓结皮坡面平均产流速率增大了2.32%,而藻结皮减少了5.87%。总体而言,生物结皮覆盖总径流量随降雨强度增加,且两者呈极显著的线性函数关系（R2>0.90;P<0.01）。（3）苔藓结皮覆盖坡面产沙量显著低于藻结皮和对照裸地,随着雨强的增加,藻结皮和苔藓结皮抑制坡面产沙的能力有所降低。苔藓结皮覆盖坡面产沙速率和产沙量分别为14.31 g/min和867.72 g,较藻结皮均减少了88.43%。随着雨强的增大,藻结皮和苔藓结皮抑制坡面产沙的能力降低;相对于裸地坡面,苔藓结皮坡面产沙量减少了15.10～92.30%。藻结皮坡面产沙量在60、90和150 mm/h雨强下坡面产沙量减少了26.47～93.52%,而在120和200 mm/h雨强下坡面产沙量增大了86.75和85.88%。随着降雨强度或产流量的增大,藻结皮和苔藓结皮覆盖坡面产沙量均呈指数函数增加（R2≥0.81;P<0.05）。对于细沟间可蚀性指数,苔藓结皮覆盖坡面显著低于藻结皮,在60～200 mm/h雨强下,苔藓结皮细沟间可蚀性指数较藻结皮降低了25.77～88.84%。（4）随着结皮盖度的增加,藻结皮和苔藓结皮覆盖坡面水动力参数表现出显著差异,产流速率和径流量均呈减小趋势。生物结皮覆盖坡面流型均为层流,其中藻结皮坡面流态为急流,苔藓结皮为缓流。苔藓结皮坡面流阻力系数、曼宁系数、径流剪切力和水流功率整体高于藻结皮,分别是藻结皮的21.63～451.76、3.15～11.42、5.71～30.78和1.07～2.44倍;而单位水流功率和断面单位能量低于藻结皮,较藻结皮分别减少了59.56～89.99%和29.72～71.82%。当结皮盖度从15%增加到80%时,苔藓结皮坡面产流速率显著降低,且是藻结皮的1.07～1.30倍。相对于裸地坡面,藻结皮和苔藓结皮径流量平均增大了42.61和69.50%。随着结皮盖度增加,苔藓结皮径流量呈显著的线性增加关系（R2=0.82;P<0.01）,藻结皮仅表现出降低趋势,无显著函数关系。（5）随着结皮盖度的增加,苔藓结皮对坡面产沙过程的影响大于藻结皮,相对于裸地坡面,藻结皮和苔藓结皮坡面产沙量分别减少了63.61～78.26%和9.63～89.55%。当结皮盖度<40%时,藻结皮产沙速率较低,较苔藓结皮减少了52.25～66.51%;而结皮盖度≥40%时,苔藓结皮产沙速率较低,较藻结皮减少了32.52～51.92%。藻结皮和苔藓结皮坡面产沙量均随盖度的增加而线性降低（R2≥0.30;P<0.01）,其中苔藓结皮盖度达到40%时、藻结皮盖度达到50%时,其抑制土壤侵蚀的能力相对趋于稳定。对于苔藓结皮,其产沙量可表征为盖度、剩余结皮厚度和径流量的幂函数关系;而对于藻结皮,产沙量与结皮特征及径流量之间无显著相关性。当结皮盖度<40%时,藻结皮细沟间可蚀性指数较低,较苔藓结皮减少了37.77～58.35%;而结皮盖度≥40%时,苔藓结皮较低,较藻结皮减少了36.93～58.73%。