土壤生物结皮是由土壤微生物、藻类、地衣和苔藓等孢子植物类群与土壤形成的有机复合体。土壤生物结皮在防风固沙、防止土壤侵蚀等方面,扮演着重要的角色。土壤藻类作为生物结皮形成的先锋生物,在原始成土过程中,对土壤的形成起着关键作用,能增加荒漠土壤中碳、氮和磷的含量,为其进一步转化为地衣结皮和苔藓结皮,甚至维管植物的植入奠定生物基础。国内土壤藻结皮的研究主要集中在沙区,至今尚未有人对黄土地表藻类进行过系统的研究。因此,开展黄土藻结皮土壤水分效应研究,不仅能为藻结皮的科学管理和合理利用提供基础资料,而且还能为黄土高原土壤水分的有效利用提供理论指导。本试验以黄土高原丘陵沟壑区——山西偏关县黄土藻类群落分布密度较大、藻类植物生长状况良好的油松林和荒地为试验地,以其地表所形成的致密而坚硬的藻类结皮为研究对象,通过野外动态观测和室内实验分析,研究了黄土藻结皮对土壤容重、土壤孔隙、土壤水分含量及其空间分布的影响,同时对生物结皮研究领域中最具争议性的生物结皮生态水文功能方面进行了探索性研究,初步总结了黄土藻结皮影响土壤入渗和蒸发的规律。主要研究结果如下:(1)黄土藻结皮对土壤物理性状有一定的影响。结皮形成后,表层0～10cm的土壤容重、水分含量、孔隙状况等物理性质均与无结皮土壤有明显差异。随着结皮厚度的增加土壤容重有降低的趋势;与无结皮土壤相比,最大减小值为0.09g/cm3。不同厚度藻结皮覆盖下土壤水分含量远大于无结皮土壤,厚度为0.5～3mm、3～7mm和7～12mm的藻结皮土壤水分含量分别是无结皮土壤的1.36、1.60和1.76倍。结皮覆盖后土壤总孔隙度变化规律与容重相反,随藻结皮厚度的增加,土壤总孔隙度和毛管孔隙度增加的幅度变缓,最大增幅为7.3%。(2)黄土藻结皮覆盖土壤与无结皮土壤表层的土壤水分含量皆属于中等变异,变异系数分别为27%、35%和31%。藻结皮覆盖土壤表层水分含量具有高度的空间异质性,其空间异质性以空间自相关部分为主,占到空间总变异程度的95%以上,对照样地空间异质性为随机相关,在采样尺度上不存在空间自相关。在空间上藻结皮覆盖土壤表层水分含量具有明显的各向异性,而无结皮土壤接近各向同性。(3)黄土藻结皮覆盖下表层0~10cm土壤的贮水能力受结皮厚度和孔隙度的影响较大。土壤饱和贮水量和吸持贮水量均随结皮厚度的增加而增加,厚度为7~12mm的藻结皮具有最强的土壤水分调节和保存能力,其饱和贮水量和吸持贮水量分别比无结皮土壤增加了31.36t/hm2、72.56 t/hm2。(4)不同厚度黄土藻结皮对水分入渗的影响不同。厚度大于7mm的藻结皮抑制了水分入渗,小于7mm的藻结皮对水分入渗有一定的促进作用。0.5～3mm藻结皮对土壤入渗的促进作用最大,其初始入渗速率和达到稳定入渗时的累积入渗量均高于无结皮土壤。与无结皮土壤相比,3～7mm藻结皮使土壤初始入渗速率减小了26%,而累积入渗量增加了8%。采用的3种土壤入渗模型中(Kostiakov模型、Horton模型和Philip模型)Horton模型更适合描述研究区黄土藻结皮覆盖土壤的入渗过程。(5)黄土藻结皮对土壤蒸发过程有一定的影响,但其影响机理不是简单的“促进”或“抑制”,而是当土壤含水量较高时,藻结皮覆盖土壤的蒸发能力明显高于无结皮土壤,当土壤逐渐变干时,藻结皮封闭了土壤表面,并将水分束缚在土壤中,有效降低了土壤蒸发能力。(6)黄土藻结皮对雨后土壤蒸发的影响在不同阶段差异明显,降雨发生后的前6天,藻结皮覆盖土壤的蒸发量明显高于无结皮土壤,而6天之后,藻结皮覆盖土壤的蒸发量却低于无结皮土壤。