《Journal of Hydrology: Regional Studies》：Effects and mechanisms of moss cover reducing surface runoff and soil erosion compared to pine needle litter on karst slopes
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研究区域：中国西南部贵州省贵阳市花溪区。研究重点：喀斯特地区因强烈风化和土壤侵蚀而经历了严重的石漠化，威胁区域生态安全。然而，不同地表覆盖物（苔藓和松针）对喀斯特坡面水土保持效果的系统比较仍不充分。该研究在贵州喀斯特坡面建立了径流小区。研究人员监测了不同降雨类
研究区域：中国西南部贵州省贵阳市花溪区。研究重点：喀斯特地区因强烈风化和土壤侵蚀而经历了严重的石漠化，威胁区域生态安全。然而，不同地表覆盖物（苔藓和松针）对喀斯特坡面水土保持效果的系统比较仍不充分。该研究在贵州喀斯特坡面建立了径流小区。研究人员监测了不同降雨类型和坡度梯度下，苔藓覆盖和松针凋落物在5 cm和15 cm深度处的土壤含水量（SWC）动态。研究人员还记录了侵蚀性降雨事件期间的径流和泥沙流失。区域新水文见解：苔藓覆盖在15 cm深度表现出更稳定和更高的土壤保水能力，松针覆盖在5 cm深度对水分变化更敏感。苔藓在径流和泥沙减控方面显著优于松针，平均减少径流系数（RC）27.176%和土壤侵蚀58.840%。强降雨和更陡的坡度加剧了径流和泥沙流失，但苔藓保持了有效的水土保持性能。基于XGBoost和RUSLE模型的预测表明，径流预测精度高，而泥沙流失预测因多种影响因素而不稳定。这些因素包括降雨、坡度、覆盖类型和前期含水量，以及这些因素的复杂非线性过程。苔藓覆盖在喀斯特地区生态恢复方面具有显著优势。
喀斯特地貌在全球广泛分布，中国西南部以贵州省为中心的区域是典型的喀斯特集中分布区之一。该区域碳酸盐岩成土缓慢、孔隙度低、持水能力差，导致土壤浅薄、侵蚀严重，进而引发基岩裸露和石漠化等生态问题。地表覆盖（如植被、凋落物）能有效拦截降雨、减缓径流形成、减少土壤流失，是控制水土流失的重要措施。然而，不同地表覆盖（苔藓与松针凋落物）对喀斯特坡面水土保持效果的系统比较仍不充分，且针对单个降雨事件的径流和泥沙预测研究较少。为此，研究人员在贵州喀斯特坡面开展了野外径流小区监测实验，旨在探究不同覆盖类型下的土壤水分动态，比较苔藓覆盖与松针凋落物对径流和泥沙的减控效果，并评估XGBoost机器学习模型和修正通用土壤流失方程（RUSLE）模型在单次降雨事件尺度上的预测性能。该研究为筛选喀斯特石漠化治理的高效地表覆盖材料提供了科学依据。该论文发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》上。
研究人员在贵州省贵阳市花溪区松林区（26°26'52"N，106°39'9"E）建立了6个1 m×1 m的径流小区，坡度范围为11°至26°，分别设置裸土（BS）、苔藓覆盖（MC）和松针凋落物覆盖（PN）三种处理，每种覆盖类型对应平缓坡（10–15°）、中等坡（15–20°）和陡坡（>20°）。实验期从2021年6月持续至2023年4月，共记录87次侵蚀性降雨事件，根据降雨量分为小雨（<10 mm）、中雨（10–25 mm）、大雨（25–50 mm）和暴雨（>50 mm）。在5 cm和15 cm深度安装频域反射仪（FDR）土壤水分传感器（EC-5），每10分钟测量土壤含水量（SWC）；使用翻斗式雨量计（HOBO S-RGB-M002）记录降雨；通过集水容器收集每次侵蚀性降雨后的径流和泥沙，经105°C烘干称重计算泥沙流失量。数据分析采用单因素方差分析（ANOVA）结合最小显著差异（LSD）检验（p<0.05），并运用XGBoost模型和RUSLE模型分别预测径流和泥沙流失，模型精度通过均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、纳什-舒特克里夫效率系数（NSE）和决定系数（R2）评估。
**3.1 土壤含水量（Soil water content）**：通过监测2021年6月至2023年4月期间所有侵蚀性降雨事件前后的土壤含水量变化（?SWC），发现各覆盖类型下5 cm深度的?SWC均大于15 cm深度，表明浅层土壤对降雨响应更敏感。松针覆盖下5 cm深度的?SWC显著高于裸土和苔藓覆盖（p<0.05），而15 cm深度各覆盖类型间差异不显著，说明松针覆盖对浅层土壤水分调节作用更强。中等降雨强度下土壤水分增量最高，尤其在表层和植被覆盖条件下。单次降雨事件（15.4 mm）的土壤水分动态显示，水分含量在达到峰值前快速上升，之后缓慢下降；苔藓覆盖在陡坡上表现出更稳定的保水优势。
**3.2 径流（Runoff）**：选取2021年9月至2022年9月的侵蚀性降雨事件（排除小雨），结果显示径流随降雨强度和坡度增大而增加。苔藓覆盖的总径流比松针覆盖少33.498 mm。与裸土相比，苔藓覆盖的径流系数（RC）减少率（50.272%）显著高于松针覆盖（31.715%）。小雨期间减少率最大，苔藓为63.312%，松针为38.107%。苔藓相对于松针的径流系数减少率随降雨强度增大而降低（小雨40.723%，中雨23.013%，大雨19.057%），总体减少率为27.176%。在平缓地形上，植被覆盖（苔藓和松针）的径流减控效果显著优于裸土，且两种植被间无显著差异；坡度增大时植被覆盖的减控效果下降。
**3.3 泥沙流失（Sediment loss）**：同期数据显示，苔藓覆盖的平均泥沙流失量（旱季8.079 g·m
-2，雨季7.142 g·m
-2）低于松针覆盖（旱季19.003 g·m
-2，雨季15.970 g·m
-2），总体减少19.752 g·m
-2。与裸土相比，苔藓的泥沙流失减少率（95.542%）高于松针（89.169%），且植被覆盖的泥沙减少率随降雨强度增大而升高。苔藓相对于松针的泥沙减少率随降雨强度增大而增加（小雨48.934%，中雨50.121%，大雨75.540%），总体为58.840%。所有坡度下裸土的泥沙流失显著高于苔藓和松针，但苔藓与松针间无显著差异；苔藓在平缓坡上土壤稳定效果更突出，松针在陡坡上保护作用相对较弱。
**3.4 预测模型（Prediction model）**：RUSLE模型模拟结果显示，苔藓覆盖下泥沙流失模拟精度最高（RMSE和MAE最小），松针覆盖仅平缓坡模拟效果较好（R2=0.705，NSE=0.679），裸土模拟结果波动较大。XGBoost模型在径流模拟中表现优异，苔藓覆盖下拟合最佳（R2=0.918，NSE=0.905），能准确捕捉不同覆盖条件下的径流过程；但在泥沙流失模拟中显著较弱，松针覆盖下几乎无法有效预测（NSE=-0.024），原因是泥沙流失呈非线性和偏态分布。
讨论部分总结了不同覆盖类型对土壤含水量、径流和泥沙流失的影响机制。苔藓利用其密集的假根网络和海绵状结构有效拦截降雨、缓慢释放水分，促进深层稳定水分迁移；松针以其松散多孔结构主要促进雨水入渗至浅层，使该层水分对降雨特别敏感。降雨类型和坡度梯度共同影响土壤水分和侵蚀过程：高强度降雨易破坏表层土壤毛细管网络形成结皮，阻碍入渗；苔藓结构能消散雨滴动能、减轻结皮形成。苔藓通过增大地表粗糙度、阻止径流直接接触表层土壤来削弱泥沙输移，即使在陡坡下仍保持较低泥沙流失量。松针作为离散覆盖物，在强剪切力下易被冲移，导致极端条件下减沙效率下降。模型评估指出，RUSLE模型在事件尺度上难以准确模拟坡度与降雨的复杂交互作用；XGBoost在径流预测中表现良好，但泥沙流失预测受非线性过程和偏态分布影响而不稳定，尤其在松针覆盖下。
研究结论翻译如下：本研究通过2021年6月至2023年4月期间贵州喀斯特坡面的径流小区监测，评估了苔藓覆盖与松针凋落物的效果。苔藓覆盖在15 cm深度表现出更稳定和更高的土壤保水能力，松针覆盖在5 cm深度更敏感，表明苔藓增强了深层土壤储水。苔藓在径流和泥沙减控方面显著优于松针，径流系数减少27.176%，土壤侵蚀减少58.840%。尽管陡坡加剧了侵蚀，苔藓在陡坡上仍保持有效性能。模型分析进一步揭示，降雨是径流的关键驱动因素，而地表覆盖类型对径流和泥沙减控起重要调节作用。本研究存在两个局限性：一是苔藓与松针覆盖的坡度梯度不完全匹配，可能对比较结果产生一定影响；二是RUSLE和XGBoost模型在事件尺度上对泥沙流失的预测精度均不理想，尤其在松针覆盖和陡坡条件下。未来研究需要更严格的坡度控制实验和更适应喀斯特复杂地表条件的侵蚀模型。因此，作为喀斯特石漠化地区生态恢复的地表覆盖材料，苔藓不仅能有效改善土壤理化性质、增强水土保持功能，还为恢复和维持区域生态平衡提供了可行途径。
