中华鼢鼠洞道对黄土高原土壤水分入渗和坡面径流的影响

Subterranean rodents can significantly alter the soil structure by making their nests. Zokor almost spend their lifetime underground. Horizontal tunnels and yardang on the soil surface were made when they consuming plant roots. The burrowing activities can affect microtopography and soil structure, which could make great effects on soil water cycle. However, few reports have addressed the possible effects of zokor burrows on soil water infiltration and surface runoff. This project selected typical rodent species, Chinese zokor (Myospalax fontanieri), as the research object. Ground penetrating radar will be used to investigate the nest architechture of Chinese zokor under different site conditions. Field investigation, slope experiments and laboratory analysis will be combined to (1) quantify the characteristics of preferential flow in the burrows; (2) to illuminate the effects of Chinese roker nests on surface runoff on the slope; (3) to reveal the water distribution in soil profile with different community densities of Chinese zokor. The results will be helpful for understanding the ecological function of subterranean rodent and soil water cycle in the Loess Plateau. This research will also provide theoretical basis for improving the utilization efficiency of soil water in the semi-arid regions.

地栖性鼠类可通过挖掘洞道显著改变土壤结构，中华鼢鼠几乎终生在地下生活，取食过程中可在接近地表处挖掘大量水平洞道，并在地表形成凸起的疏松土脊，显著改变地表微地形和土壤结构，进而可能对土壤水分运动过程产生重要影响，但是关于鼢鼠洞道对土壤水分入渗和坡面径流过程的影响机制研究并不多见。本项目将中华鼢鼠作为研究对象，拟利用探地雷达系统量化不同立地条件下中华鼢鼠洞道结构，结合定位观测实验、坡面小区实验和室内理化分析方法，探究中华鼢鼠洞道内优先流特征，阐明鼢鼠洞道对坡面产流过程的影响，揭示不同密度鼢鼠扰动条件下土壤剖面水分分布规律。研究结果一方面有助于深入认识地栖性啮齿动物的生态作用和黄土高原土壤水分循环过程，另一方面可以为提高半干旱地区水资源的利用效率提供理论依据。

随着黄土高原植被盖度的显著提高，啮齿动物群落数量大幅增加，中华鼢鼠几乎终生在地下生活，具有特殊的洞道系统。但是其洞道结构和鼢鼠活动对水文循环过程的影响机制尚不清楚。本项目调查了不同立地条件下中华鼢鼠洞道结构特征，中华鼢鼠洞道平均深度为 15 cm，洞道直径以 5～12 cm 为主，平均直径8 cm。撂荒地鼢鼠洞道空间和地表扰动密度最大，地表扰动密度和土壤容重、植被盖度呈显著负相关关系（P＜0.05）；与植物多样性、地下生物量呈显著正相关关系（P＜0.05）鼢鼠干扰加速了土壤水分入渗，鼢鼠洞道水分入渗较深，且有不同程度的分支（图5）。利用模拟降雨试验研究鼢鼠筑巢和取食行为对坡面水土过程的影响。&nbsp;结果表明:新鲜鼠丘土壤容重仅为0.82±0.02 g cm−3&nbsp;植被覆盖度下降50%以上，在5°，10°，15°三种坡度下，对照处理土槽的平均径流速率为0.32，0.35，和0.29 mm min−1，鼢鼠处理为0.04，0.20和0.23 mm min−1)，但增加了土壤侵蚀速率，径流的泥沙浓度分别为2.24，6.91和29.95 kg m−3，比对照处理分别增加了164%，127%和279% (0.85，3.04和7.06 kg m−3)。用0 - 90 cm土壤水分分布和土壤储水量评估鼢鼠对土壤水分的影响。降雨之后，土壤含水量显著增加，而鼢鼠处理的土槽中土壤含水量和储水量显著高于对照处理(P < 0.05)。&nbsp;鼢鼠洞道增加了水分入渗，在坡度为5°、10°和15°时，鼢鼠处理土壤储水量增量分别为63.8、54.4和52.8 mm，显著高于对照处理(29.2、38.7和36.5 mm)。蚂蚁和蚯蚓也有和鼢鼠类似的生态作用，三种土壤动物对土壤侵蚀的影响效果一致，但是机理并不相同。三者筑巢行为的附属产物提供了松散的易蚀土壤颗粒，并改变了地表微地形，从而有助于泥沙的产生。蚯蚓取食地表枯落物增加地表裸露程度，以及鼢鼠洞对植物的取食和破坏行为均削弱了植被对土壤的保护作用。考虑到半干旱区土壤干层引起的植被退化，蚂蚁，蚯蚓和鼢鼠等大型地栖性土壤动物引起的土壤侵蚀风险应引起重视。