生物因素对水文过程影响的新发现：为解决全球水与土壤问题开启新视角

《Biologia》：New findings on the influence of biological factors on hydrological processes

为解决水稀缺、粮食安全和土壤退化等全球威胁问题，研究人员开展生物因素对水文过程影响的研究。14 篇论文从多方面探究相关复杂相互作用，如生物结皮和植被对土壤水文物理性质的影响等。有望为相关领域研究和应对全球问题提供新思路125。

　　在地球的陆地生态系统中，水文过程就像一条无形的纽带，将土壤、植物、空气紧密相连。然而近年来，人类活动的加剧让这条纽带面临着前所未有的挑战。气候变暖使得降雨的频率和强度发生改变，干旱、土壤盐渍化、养分流失等问题接踵而至，这些变化不仅威胁着本土植物群落的生存，还对农作物的生长和粮食安全构成了严重影响。在这样的背景下，研究生物与水文过程之间的相互作用变得至关重要，它就像是一把钥匙，有望为生态修复、农作物管理以及土壤改良打开新的大门。

来自芬兰阿尔托大学（Aalto University）、西班牙巴伦西亚大学（University of Valencia）、挪威生物经济研究所（Norwegian Institute of Bioeconomy Research）、斯洛伐克科学院植物科学与生物多样性中心（Plant Science and Biodiversity Center, Slovak Academy of Sciences）、以色列耶路撒冷希伯来大学（The Hebrew University of Jerusalem）等机构的研究人员共同开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Biologia》杂志上，为我们深入了解生物因素对水文过程的影响提供了丰富的信息。

研究人员在开展研究时，运用了多种技术方法。在对土壤和植被的研究中，采用了测量土壤水含量、土壤水稳性团聚体含量、土壤饱和导水率等指标的技术；在研究生物炭、牛粪、堆肥等生物基材料对土壤的影响时，通过分析添加材料前后土壤的理化性质变化来进行研究；在考察蚯蚓种群分布时，对不同植被下的浅层土壤进行采样调查。

研究结果主要涵盖以下几个方面：

• 生物结皮和植被对土壤水文物理性质的影响：研究发现，不同种类的苔藓平均能显著减少 91% 的地表径流，几乎 100% 的土壤流失，同时使渗透水量增加 85%。在废弃农田的研究中，桦树（Betula pendula agg.）和欧洲赤松（Pinus sylvestris L.）主导的区域土壤憎水性（Soil Water Repellency，SWR）最强。对不同树种的研究表明，落叶松（Larix decidua Mill.）和欧洲赤松在生长和水分状况指标上相似，而白冷杉（Abies alba Mill.）和落叶松的模式差异最大，云杉（Picea abies (L.) H. Karst.）的行为更接近白冷杉。豌豆植物根系生物量的增长会改变土壤水分特征曲线，使其由逐渐变化的形状变为阶梯状，饱和导水率降低，且根系质量与孔隙度、饱和含水量等呈显著正相关。在沙漠地区，物理结皮比生物结皮的表面更不稳定，生物结皮对表面运动更具弹性，且稳定性在演替过程中不断增强。不同植被覆盖的泥炭土中，集约化草地覆盖的土壤 SWR 最高，半自然草地覆盖的土壤 SWR 最低346。
• 生物基材料添加对土壤性质和碳固存的影响：向受铜（Cu）、铅（Pb）和砷（As）污染的土壤中添加生物炭（Biochar，BC），能降低溶液中 Cu 和 Pb 的含量，增加溶解有机碳和 pH 值。添加堆肥可减少土壤压实，改变土壤孔隙系统，使大孔隙比例减少，小孔隙比例增加。污水污泥或堆肥污水污泥的重复施用以及再生废水的连续灌溉，均对土壤的 CO?排放有积极影响，且堆肥污水污泥的积极影响随时间增强。添加生物炭能显著增加砂土的孔隙度和植物有效含水量，降低饱和导水率。添加疏水生物炭会使土壤 SWR 略有增加，但不会使其持久存在；添加亲水生物炭后，土壤混合物具有润湿性。添加拒水树叶材料和牛粪能提高水稳性团聚体百分比和碳固存，减少土壤有机质的消耗789。
• 植被变化对蚯蚓种群的影响：研究发现，油棕、橡胶种植园和天然森林中蚯蚓的密度（每立方米蚯蚓数量）在统计学上没有显著差异10。

综合研究结论，生物因素在水文过程中起着至关重要的作用，从生物结皮和植被对土壤水文物理性质的改变，到生物基材料对土壤性质和碳固存的影响，再到植被变化对蚯蚓种群的影响，这些研究结果为我们揭示了陆地生态系统中生物与水文相互作用的复杂机制。这不仅有助于我们深入理解生态系统的运行规律，更为解决全球面临的水稀缺、粮食安全和土壤退化等问题提供了理论依据和实践指导，为实现可持续的生态管理和农业发展指明了方向。