0 引 言

生物土壤结皮（生物结皮）是由生长于土壤表层和近地表数毫米内的蓝绿藻、苔藓、地衣、真菌，以及许多景观中常见的其它非维管束植物成分与土壤复合而形成的具有生命活性的复杂复合体，是干旱半干旱地区普遍存在的生物地被物，对土壤水分、养分、理化属性及抗侵蚀性等具有重要的影响[1]。生物结皮由于微生物分泌物粘结、假根系/菌丝体的捆绑束缚作用，会形成水平方向极其稳定的层状结构[2-3]。同时，生物结皮的发育显著改变了土壤表面特性，如粗糙度、持水性、斥水性等[4-5](王媛, 2014 #82)。表层土壤在水分循环中起着重要的作用，如降水入渗、地表径流等过程都是以表层土壤为介质发生和转化的，因此生物结皮的发育影响了土壤水分的入渗和产流。就此，国内已进行了大量的研究，但目前所得结论存在较大分歧。一些研究认为生物结皮延长了水分在地表的停滞时间[6]，从而促进了入渗。Galun等[7]在以色列沙漠地区的研究发现，蓝藻地衣几分钟内即可吸收其本身干重或体积的3～13倍的水分，进而降低产流。澳大利亚的研究认为生物结皮改善了下层土壤结构，增加了水分入渗，降低了坡面产流[8-9]。肖波等[10]使用砂质壤土的装填土槽，接种生物结皮后通过1 h的人工降雨试验发现，生物结皮坡面较无生物结皮坡面减少了49%～64%的径流量。

另有研究认为生物结皮堵塞了地表土壤孔隙，导致入渗降低和径流增加[11]。Rodríguez-Caballero[12]在西班牙南部研究了自然降雨下坡面尺度生物结皮对径流的影响，结果表明生物结皮的存在增加了坡面径流量。李新荣等[13]在沙坡头人工植被固沙区比较了自然降水后生物结皮的湿润峰，结果表明，生物结皮降低了水分入渗率。Zhao等[14]在黄土高原地区采用15 min放水试验研究藻结皮和藓结皮对坡面产流的影响，发现生物结皮较无生物结皮坡面增加了10%～15%的径流量。

除此，还有研究认为生物结皮对入渗无明显作用。Booth[15]使用高强度耐压水管喷洒藻结皮和无藻结皮的样方，试验结果表明，2类样方上的入渗率无明显差异。Eldridge等[16]认为在生物结皮发育良好的地区，下层土壤的大空隙对水分入渗的影响占绝对优势，生物结皮的影响微不足道。而在生物结皮缺失的地区，地表土壤缺乏大孔隙，水分入渗率本来就低。因此，生物结皮对入渗的影响应归因于土壤物理性质、水分进入土壤通道的不同以及地表侵蚀史的差异，而非生物结皮。综上所述，国内外专家学者关于生物结皮对水分入渗及径流的影响已经取得不少成果，但结论仍存在较大分歧。因此，有关生物结皮对坡面产流的影响，仍需要进一步研究。

黄土高原是中国乃至全球土壤侵蚀最为严重的区域之一。在20世纪末，由于退耕还林（草）工程的实施，生物结皮在退耕坡地上广泛发育，平均盖度达到60%～70%，甚至更高[17]，是退耕坡地表面比例最大的覆盖因子[18]，显著影响该区坡面的水土流失。已有的研究证实，生物结皮显著影响坡面入渗及产流过程[19-20]。在黄土丘陵区，暴雨多集中在6—9月，且降雨历时不固定，亦有可能影响到生物结皮坡面的产流特征。因此，本文借助野外人工模拟降雨手段，研究了生物结皮坡面随降雨历时的入渗产流特征，以揭示降雨历时的差异对生物结皮坡面入渗产流的影响，为黄土高原的生物结皮坡面水文过程研究及水土保持工作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2018年8月在陕西省榆林市定边县杨井镇的退耕撂荒地进行。该区属于陕北黄土高原北部与毛乌素沙漠南缘的过渡地带，属温带半干旱内陆性气候，多年平均气温为8.7 ℃，多年平均降水量316.9 mm，年蒸发量2 490 mm，地形属于黄土高原的丘陵沟壑区，土壤以石灰性黄绵土为主。试验样地主要植被为达乌里胡枝子（Lespedeza daurica）、早熟禾（Poa annua）、百里香（Thymus mongolicus）、茵陈蒿（Artemisia capillaris）、赖草（Leymus secalinus）、长芒草（Stipa bungeana）等。样地生物结皮平均盖度79.2%，主要由藓结皮、藻结皮及二者混合构成。其中，藓结皮优势种主要有短叶对齿藓（Didymodon tectorum）、土生对齿藓（Didym odon vinealis）及银叶真藓（Bryum argenteum）等。

1.2 试验设计

样地选取及小区处理：选取藓结皮及藓藻混合结皮为主的撂荒坡地作为研究样地，样地基本情况见表1。

表1 样地概况Table 1 Overview of experiment plot项目Item处理Treatment 裸土Bare soil低盖度生物结皮Low coverage biocrust高盖度生物结皮High coverage biocrust 生物结皮盖度Biocrust coverage/% 粗糙度Roughness/ 有机质Organic matter/(g·kg-1) 粘粒含量Clay content/% 粉粒含量Silt content/% 砂粒含量Sand content/%