亚热带退化红壤苔藓结皮对土壤水分入渗和水流特征的影响OA

我国南方红壤丘陵区水土流失严重,退化裸露红壤地表广泛发育的生物结皮在区域生态水文过程中发挥重要作用。本研究于2024年7—10月在江西省鹰潭市余江区中国科学院红壤生态试验站,以无结皮退化红壤和典型藓结皮覆盖退化红壤为对象,采用原位双环入渗和野外原位染色示踪等方法,对比分析藓结皮与无结皮土壤的水分入渗与水流特征差异。结果表明:与无结皮土壤相比,藓结皮显著改变了表层0~10 cm土壤的基本理化性质和水力学参数,土壤容重和饱和导水率分别显著降低9.1%和176.5%,有机质、黏粒和粉粒含量及地表粗糙度分别显著增加58.2%、35.3%、45.0%和201.7%。藓结皮显著降低了表层土壤的入渗特性,土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和累计入渗量较无结皮土壤分别降低了11.8%、53.3%、50.0%和50.9%。藓结皮0~10 cm深度土壤染色面积比和<100 mm染色路径宽度较无结皮土壤平均降低了29.7%和57.9%,且其覆盖土壤的染色路径数是无结皮土壤的1.5倍;水平染色图像也显示,藓结皮土壤在0~10 cm深度的水流路径数和当量宽度均高于无结皮土壤。藓结皮覆盖土壤水流类型以非均质指流(集中分布于0~1 cm)和高互相作用大孔隙流为主,无明显均质流;无结皮土壤在0~3 cm深度以均质流为主,3~8 cm为非均质指流,8 cm以下均为高相互作用大孔隙流。Mantel检验与结构方程模型结果显示,入渗速率与染色面积比、地表类型和有机质含量均有显著相关性,其中地表类型(无结皮和藓结皮)对土壤入渗有直接显著负效应,并且会通过影响土壤基本理化性质直接或间接影响染色面积比与土壤入渗。综上,在亚热带退化裸露红壤地表发育的藓结皮可显著改变表层土壤的基本理化性质与水力学参数,降低入渗速率,进而抑制入渗,最终改变土壤水流类型,其在红壤退化区地表生态恢复中的作用不可忽视。