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退耕还林(草)工程实施后,生物结皮在黄土丘陵区退耕地表面广泛发育,平均盖度可达60%~70%甚至更高,显著影响退耕地土壤水分入渗及坡面产流。明确生物结皮对退耕地水分渗透性的影响,对明确该区退耕还林(草)工程的水文效应具有重要意义。目前分布于坡地的生物结皮土壤水分入渗研究中,其水分入渗速率测定方法仍存在不足之处,妨碍了人们对生物结皮对水文过程影响的认识。线源入流入渗法(以下简称线源法)是雷廷武等根据水量平衡原理提出的可以准确简捷测定不同情况下坡地土壤水分入渗速率的方法。本文以黄土丘陵区生物结皮发育良好的样地为研究对象,研究了样地坡度、布水器放水流量、土壤前期含水量对线源法测定生物结皮土壤水分入渗速率测定结果的影响。并以黄土丘陵区退耕封禁地生物结皮为研究对象,以人工模拟降雨试验为参照,研究了线源入流入渗法在坡地生物结皮渗透性研究中的适用性。基于对试验样地生物结皮土壤理化属性与入渗速率的相关分析、主成分分析、回归分析、通径分析等统计分析方法,解析了生物结皮土壤水分渗透性机理。在已有的层状土水分入渗模型理论的基础上,结合生物结皮特性,对Green-Ampt层状土水分入渗模型参数修订,构建了考虑生物结皮的土壤水分入渗模型。研究对准确认识黄土丘陵区退耕地生物结皮的土壤水文效应具有重要的意义,为该区退耕还林(草)工程的水土保持效益评估提供了科学工具。取得以下主要结论:(1)坡度、放水流量是线源法测定结果的关键影响因子。对于土壤前期含水量过高时对线源法观测效果的影响,可通过在入渗水中加入染色剂予以消除。线源法可用于10°~35°坡度坡地生物结皮土壤水分渗透速率的测定,在该坡度范围内,线源法测得初始入渗速率变化范围为10mm/min-4mm/min,平均入渗速率变化范围为2.2mm/min-1.3mm/min,稳定入渗速率变化范围为1.8mm/min-0.8mm/min。随坡度增加,线源法测得初始、平均、稳定入渗速率均显著下降。布水器放水流量由150ml/min增加至450ml/min,线源法测得初始入渗速率由6mm/min增加至9mm/min,平均入渗速率由2.0mm/min增加至4.0mm/min,稳定入渗速率由1.0mm/min增加至2.0mm/min,布水器放水流量增加,线源法测定的初始、平均、稳定入渗速率均显著增加。前期土壤含水量由8%增加至24%,线源法测得的初始入渗速率变化范围为16mm/min降低至4mm/min,平均入渗速率由4.0降低至1.5mm/min,稳定入渗速率由2.3mm/min降低至1.2mm/min,前期土壤含水量增加,线源法测得的初始、平均、稳定入渗速率均显著降低。坡度变化,线源法测得初始、平均、稳定入渗速率显著降低,通过回归方程y1=-0.1712x+11.273 R2=0.7852 p<0.05 y2=-0.0332x+2.1782 R2=0.7466 p<0.05分别对不同坡度下线源法所得初始与稳定入渗速率测定值进行校正。布水器放水流量改变,线源法测得的土壤水分初始、平均、稳定入渗速率随之显著变化。线源法测定实施中,具体放水流量选取应因地制宜考虑不同因素的影响,对黄土丘陵区300ml/min是适宜放水流量。当土壤前期含水量大于18%时,加入4g/L考马斯亮蓝配制溶液,以便清晰分辨土壤干湿区域的界限。(2)在线源法测定条件下,随着生物结皮发育程度增加,土壤水分初始、平均及稳定入渗速率呈增加趋势,差异显著。随生物结皮总盖度增加,土壤水分初始与平均入渗速率显著降低,稳定入渗速率显著增加。不同藓盖度小区,发育程度增加,线源法测得的生物结皮初始入渗速率由3mm/min增加至12mm/min,平均入渗速率由0.5mm/min增至4.5mm/min的范围内,而稳定入渗速率的变化范围为0.3~1.8mm/min。生物结皮总盖度增加,线源法测得初始入渗速率由10mm/min降低至4mm/min,平均入渗速率由2.2mm/min降低至1.8mm/min,而稳定入渗速率则由0.9mm/min增加至1.3mm/min。对于不同地表处理下线源法测定的结果,初始入渗速率为裸土(28mm/min)>藓结皮(12mm/min)>藻结皮(4mm/min),整个入渗过程中藻结皮样地土壤水分入渗速率均低于藓结皮与裸土小区。(3)线源法可以很好的描述坡地不同类型生物结皮土壤水分入渗过程,与人工模拟降雨试验所测得稳定入渗速率呈显著的线性相关关系。人工模拟降雨测定下,生物结皮发育程度增加其平均入渗速率的变化范围为0.9mm/min-1.4mm/min,稳定入渗速率的变化范围为0.8mm/min-1.3mm/min,平均与稳定速率均呈现增加趋势,各处理间差异不显著。线源法可完整反映坡地生物结皮土壤的初始、平均及稳定入渗速率,其测定结果与同一试验小区人工模拟降雨所测得稳定入渗速率呈显著的线性相关关系y=1.73x-1.24(R2=0.3768,p<0.05),即线源法可以较准确测定自然降雨条件下生物结皮土壤水分入渗速率。(4)生物结皮土壤水分初始入渗速率主要与藻结皮盖度呈显著的负相关关系(R2=0.905,P<0.01),稳定入渗速率主要与下层土壤容重有关,呈现显著的负相关关系(R2=0.738,p<0.01)。生物结皮土壤水分入渗的影响因子主要有藻藓结皮盖度、结皮容重、下层容重等,累积贡献率达74.73%。生物结皮入渗的初始入渗速率主要由藻结皮盖度决定。稳定入渗速率则主要由下层土壤性质土壤容重决定,下层土壤容重增加,贡献率60.68%。(5)生物结皮土壤水分入渗的Green-Ampt模型原模型与改进后的模型分别与线源法的实测结果对比分析,改进后的Green-Ampt模型即4)=6)1+(51)1+h),其中参数Sf B修订为与生物结皮藓盖度(mc)相关的参数即Sf B=0.9256mc+70.351 R2=0.8896,(mc是藓结皮盖度)模型精确度提高21.03%,可以更加准确模拟生物结皮土壤水分入渗情况,为生物结皮水文效应研究奠定基础。