荒漠化地区典型生物结皮入渗蒸发机理与模型模拟

生物结皮是荒漠化地区地表植被的重要组成部分，其普遍发育后可对极度脆弱的土壤水分收支平衡产生重要影响，但影响程度和影响机理均尚不明确。本项目针对典型生物结皮的入渗和蒸发过程，将生物结皮覆盖土体概化为由上层生物结皮层和下层均质土壤层构成的非均质层状土壤，借助层状土理论研究界面层的土壤水分运动特征；同时，充分考虑生物结皮的活性特征，研究具有活性成分（苔藓、藻类、地衣等）的生物结皮在吸水湿润和失水干燥过程中的特征变化，及其对土壤水分运动的影响；最终明确生物结皮影响入渗和蒸发的过程与机理，并对生物结皮覆盖土体的入渗和蒸发过程进行模型模拟。研究结果在理论上可完善生物结皮的水文功能和生态功能，为生物结皮的科学管理和土壤水分的有效利用提供依据；在应用上则可能为荒漠化地区植被恢复和生态治理提供新思路与新方法。

荒漠化防治是全世界面临的生态难题。生物结皮在荒漠化地区普遍分布，具有积极和重要的生态功能，被认为是一种极具前景的荒漠化防治方法。生物结皮可对荒漠化地区脆弱的土壤水分收支平衡、乃至荒漠化进程产生重要影响，但影响程度和机理尚不明确。本项目围绕生物结皮入渗和蒸发过程，揭示了生物结皮的微观结构和孔隙特征与其水文功能的关系，提出了生物结皮土壤蒸发的过程描述与数值模拟方法，明确了生物结皮的人工培育以及扰动恢复过程对土壤水分的长期影响，探索了生物结皮对土壤水分和温度的长期影响以及二者相互关系，取到了重要进展和较好结论。项目共发表SCI收录论文8篇（影响因子超过2的6篇，其中1篇被引用超过11次）、EI收录论文5篇、国内核心期刊论文4篇，授权发明专利2项、实用新型专利4项，出版专著1部。出国参加学术交流活动3次，包括赴德国勃兰登堡工业大学合作研究3个月（研究方向为生物结皮的孔隙和微结构与其水文、生态功能的关系）、赴美国加州大学河滨分校合作研究1个月（研究方向为生物结皮水、热耦合过程的模型模拟）、赴意大利国际理论物理中心参加土壤物理培训班1次。本项目按照原计划实施，完成了研究内容，实现了预期目标。本项目的研究结果在理论上进一步完善了生物结皮的水文生态功能及其作用机理；在应用上则为荒漠化地区生态治理和环境修复提供了新思路与新方法。