摘要
在干旱地区的农业景观中，土壤侵蚀和养分流失会破坏土壤资源基础并降低水质。然而，对于如何在降雨强度增加的情况下优化植被缓冲带的设计以保护土壤（尤其是从养分保持方面），目前还缺乏足够的定量研究。本研究的创新之处在于结合了事件级降雨模拟实验、贝叶斯层次建模、因果森林分析以及WEPP模拟方法，来量化依次添加生物结皮和草本植物对不同降雨强度下径流、土壤流失和养分输出的影响。实验在中国黄土高原的农业坡地上进行，涵盖了连续的灌木密度梯度（0–11,429株/公顷），设置了三种配置：纯灌木种植、灌木-生物结皮组合以及灌木-生物结皮-草本组合。测量了径流量、土壤流失量以及总氮（TN）和总磷（TP）的输出量。研究结果得出以下三个主要发现：首先，多层灌木-生物结皮-草本组合的土壤流失量低于单一植被种植方式。后验估计显示，当灌木密度较低时，土壤流失量从大约3.8吨/公顷减少到低于1.0吨/公顷；其中，最高密度区间有94%的不确定性。其次，因果森林分析表明，降雨强度对土壤流失（影响占比88%）和径流（影响占比84%）起主导作用，而养分保持则更受缓冲带结构和密度管理的影响。第三，WEPP模拟在不同降雨强度（50–180毫米/小时）和坡度（10–30%）条件下，确定最佳的多层缓冲带密度为3800–5700株/公顷，这种配置能够提供强大的多功能保护效果，并且所需的种植面积比传统的高密度单一植被种植方式减少50–67%。这些发现表明，多层植被缓冲带能够增强土壤保水能力，减少坡地的氮和磷流失，从而维护土壤资源基础并保护干旱地区农业景观的水质。所采用的集成建模框架为类似干旱地区的气候适应性土壤保护提供了可借鉴的、基于证据的密度推荐方案。
