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为解决现有土壤侵蚀模型未充分考虑生物土壤结皮（biocrusts）影响、高估其覆盖区土壤流失的问题，研究人员通过模拟降雨实验（90 mm?h?1、25° 坡）及六年自然降雨数据，将 biocrusts 因子（BBSC）纳入 CSLE 的 B 因子，发现 SLR 与 biocrust 覆盖率呈负指数关系，模型精度显著提升，为干旱区侵蚀模型修订提供参考。
在广袤的干旱区，土壤侵蚀如同无形的 “生态杀手”，持续威胁着土地健康与生态安全。作为干旱区生态系统中广泛分布的地表 “守护者”，生物土壤结皮（biocrusts）由蓝藻、藻类、地衣、苔藓等变水生物组成，能显著抑制坡面土壤流失。然而，现有主流土壤侵蚀模型如中国土壤流失方程（CSLE）、通用土壤流失方程（USLE）等，普遍未充分纳入 biocrusts 的固土效应，导致其覆盖区域（如我国黄土高原）的土壤流失量被严重高估。如何让模型 “看见” 这些微小却强大的生态屏障，成为提升干旱区土壤侵蚀预测精度的关键科学问题。
为填补这一研究空白，来自中国的研究团队以黄土高原为研究阵地，开展了一系列系统性研究。该区域是世界上侵蚀最严重的地区之一，自 “退耕还林还草” 工程实施后，biocrusts 广泛发育，林草地平均覆盖率达 47.3%，为研究提供了天然实验场。研究成果发表在《CATENA》，旨在构建更贴合干旱区实际的侵蚀预测模型。
研究人员采用的关键技术方法包括：
- 模拟降雨实验：在陕西省定边县（黄土高原北部）设置 10 m×2.1 m 实验小区，于 25° 坡面上开展 18 组降雨强度为 90 mm?h?1 的模拟降雨，覆盖不同 biocrusts 覆盖率（BC）梯度，获取土壤流失数据。
- 长期自然降雨监测：利用六年自然降雨数据，分析纯 biocrusts 覆盖及 biocrusts 与维管植物共同覆盖坡面的土壤流失特征。
- 模型修正与验证：基于实验数据，将 biocrusts 因子（BBSC）嵌入 CSLE 的生物控制因子（B 因子），并通过多场景数据验证模型精度。
土壤流失与生物结皮覆盖率的关系
在模拟降雨条件下，研究发现 biocrusts 对土壤流失的抑制作用随覆盖率升高呈显著增强趋势。裸露坡面的产沙速率随降雨持续从 7.27 g?m?2 飙升至 276.08 g?m?2，而 biocrusts 覆盖坡面的产沙量则大幅降低。进一步分析表明，土壤流失比（SLR，即有结皮坡面与裸露坡面的土壤流失量比值）与 biocrusts 覆盖率呈负指数函数关系，拟合公式为 BBSC=0.8417e-0.0688×BC（R2=0.880，P<0.01），揭示了 biocrusts 固土效应的非线性增强规律。
自然降雨条件下的模型验证
通过分析六年自然降雨数据，研究证实无论纯 biocrusts 覆盖还是与维管植物混生场景，土壤流失量均随 biocrusts 覆盖率增加而减少，且流失量降幅与降雨量密切相关。在复杂自然条件下，biocrusts 覆盖率仍为土壤流失的关键调控因子，印证了将其纳入 B 因子的合理性。对比修正前后的 CSLE 模型发现，嵌入 BBSC的新模型对不同地表覆盖条件的土壤流失预测精度显著提升，有效降低了原模型的高估偏差。
结论与意义
本研究首次在 CSLE 框架下建立了 biocrusts 覆盖率与土壤流失的定量关系，证实将 BBSC作为 B 因子子参数的科学性。研究结果表明，biocrusts 通过物理固着与生物化学作用形成的 “生态装甲”，能以负指数效应抑制土壤流失，且在自然降雨的复杂干扰下仍保持强相关性。这一发现不仅为干旱区侵蚀模型修正提供了直接实验证据，也为黄土高原等 biocrusts 富集区的生态评估与水土保持规划提供了关键参数支撑。
值得关注的是，研究揭示了 biocrusts 与维管植物的协同固土潜力 —— 当二者共同覆盖地表时，生物多样性对土壤流失的抑制效应可能进一步增强，这为未来构建多生物因子耦合的侵蚀模型提供了新方向。该成果突破了传统模型对微观生物作用的忽视，标志着土壤侵蚀研究向 “生物 - 物理过程整合” 迈出重要一步，对全球干旱区生态保护与可持续发展具有里程碑式的参考价值。
