• 研究了 BSCs 对两种 Ultisol 中优先流的影响。

• BSCs 抑制了第四纪粘土和泥页岩的优先流动。

• BSC 将整个土壤基质潜力的持水能力提高了 3.5%–42.8%。

• BSCs 及其诱导的粉砂和粘土含量增加是影响优先流的主导因素。

生物土壤结皮 （BSCs） 在调节土壤渗透过程方面发挥着重要作用，从而改变了土壤水文过程。然而，很少有人关注 BSCs 对潮湿地区土壤渗透和持水能力的影响。因此，本研究的目的是通过染料示踪实验定量表征亚热带中国第四纪粘土和泥页岩上发育的土壤上 BSCs 的流动路径。为了确定 BSCs 对土壤持水能力的影响，还测量了土壤水分特性曲线 （SWCC）。结果表明，与裸土相比，BSCs 显著减少了土壤水分渗透。BSCs 在第四纪粘土和泥页岩上的染色覆盖率 （DC） 分别下降了 8.4% 和 1.8%。SWCC 结果表明，在相同基质电位下，BSCs 的含水量比裸土高 3.5%–42.8%，表明 BSCs 提高了持水能力。BSCs 通过调节表层土壤特性来影响优先渗透，例如增加土壤有机质含量 （SOM）、淤泥和粘土含量，以及降低容重 （BD） 和沙子含量。此外，PLS-PM 结果显示，BSCs 及其诱导的粉砂和粘土含量增加在抑制优先渗透方面起重要作用。研究结果有助于我们更好地了解 BSCs 对亚热带中国 Ultisols 土壤水文过程的影响。

土壤水分渗透是陆地生态系统水循环中的主要过程，渗透能力显著影响地表径流和土壤水分再分配过程。土壤渗透主要包括基质流和优先流两种形式。基质流是流经土壤的缓慢而均匀的流动，主要由基质毛细作用调节。优先流主要是由土壤大孔产生的不均匀流，其流路取决于孔隙路径。因此，孔隙的随机分布导致了很大程度上不可预测的优先流。虽然优先流路占土壤总孔隙体积的一小部分，但它对水渗透的贡献约占 15 %-85%。因此，准确评估优先流对于理解土壤水文过程具有重要意义。目前，对土壤优先流的研究主要集中在其发生过程和影响因素上。优先流的时空变化主要受多种因素的相互作用影响，如土壤理化性质、土地利用模式和地形条件。

目前，已经开发了许多方法来量化不同空间和时间尺度的优先流，例如染料示踪剂法、突破曲线法、CT 扫描技术、液体乳胶法和其他方法。一些技术，如探地雷达和高频土壤水分监测网络，也为以最小的干扰测量优先流提供了新的机会。然而，在轮廓尺度上使用最广泛的技术仍然是染料示踪剂方法，因为该方法具有无毒无害、操作方便、成本低、结果准确等优点。同时，随着图像处理技术的进步，染料示踪剂方法和图像分析的结合提高了染色路径分析的准确性。此外，染料示踪法可与其他方法（如双环法、土壤水分特征曲线法）相结合，研究土壤水分渗透。土壤水分特征曲线 （SWCC） 是描述土壤水分运动的重要土壤水力特征。它代表了土壤含水量与土壤基质电位之间的关系，不仅反映了土壤持水能力，还间接反映了土壤孔隙分布。

平衡碳足迹广泛分布在不同气候条件下的全球土地上，例如中国、美国、西班牙和墨西哥。在以往的研究中，BSCs在干旱和半干旱地区的分布和重要作用已经得到很好的记录，BSCs在亚热带地区的生态功能近年来逐渐受到关注。事实上，由于亚热带地区丰富的热液条件，BSC 作为先锋植物被广泛种植，尤其是在树冠开阔、凋落物稀疏和维管植物发育较少的地区。尽管高植被覆盖率减少了亚热带地区的土壤侵蚀，但一些研究发现，BSCs 可能会影响地表渗透和径流等水文过程，并在控制裸露森林地面或地面覆盖不良的土壤侵蚀方面发挥重要作用。BSCs 在亚热带地区的重要作用值得进一步研究。然而，在亚热带气候区开展的研究相对较少，以调查 BSCs 与渗透和土壤持水能力之间的响应关系。

因此，本研究选择了亚热带中国第四纪粘土和泥页岩的 BSCs。目标是：（1） 通过染料示踪方法量化 BSCs 对土壤优先流的影响;（2） 通过 SWCC 测量和分析确定 BSCs 对土壤持水能力的影响;（3） 探讨 BSCs 和土壤性质对优先流的影响机制。本研究结果有望为 BSCs 对亚热带中国 Ultisols 土壤水文过程的影响提供新的见解。

 参考文献