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砾石覆盖是一种历史悠久的特色农业技术措施，在中国黄土高原西北地区已经被使用了超过三百年。所谓砾石覆盖是指在地表铺设一层厚度约为10cm的粒径超过2mm的砾石，形成一层覆盖层，从而减少该地区因为高蒸发和低降水所导致的植物枯萎死亡。这一层存在于土壤表层的多孔介质，能够非常显著的改变土壤的水热传输过程。本研究以砾石覆盖这种特色农业技术措施为研究对象，首先研究了长期砾石覆盖对土壤物理化学性质，微生物量，酶活性和有机碳及其组分[具体的碳组分包括土壤颗粒有机碳(POC)，轻组有机碳(LFOC)，矿物结合态有机碳(MOC)，易氧化有机碳或活性有机碳(KMnO4-C)和不易氧化有机碳(non-KMnO4-C)]的的影响，其次，我们将砾石覆盖层特征参数化，研究了砾石覆盖层中水气传输的过程，并且构建了砾石覆盖层的蒸发阻力模型，最后系统的研究了砾石覆盖在模拟降雨条件下对降雨截留，径流，土壤侵蚀的影响。主要研究结果如下: 长期砾石覆盖显著的改变了土壤的物理化学性质，经过16年的砾石覆盖，土壤容重显著增大，土壤中的砂粒含量显著升高，且无机养分有所降低。砾石覆盖前中期对于微生物量碳氮磷有显著的积极影响，但这种积极影响在砾石覆盖16年后丧失。在砾石覆盖前中期，土壤酶活性随着砾石覆盖年限的延长而升高，并在7年或11年达到峰值，但在砾石覆盖16年后，土壤酶活性显著下降。长期砾石覆盖试验中，砾石覆盖对于有机碳和其组分没有一致的影响。但总的来说，在砾石覆盖7年或11年的时候，土壤有机碳及其组分和总有机氮都所增高。但这种积极效应并未能持续，在砾石覆盖16年之后，土壤中有机碳及其组分与总有机碳都有显著的下降。在有机碳的组分中，易氧化有机碳对砾石覆盖农田土壤中碳的变化表现出较好的敏感性，可以作为衡量土壤碳变化的一个综合评价指标。我们的研究结果表明尽管砾石覆盖作为一种特色农业措施具有许多优良效能，但在长期使用的过程中其积极效应逐渐转弱，甚至最终会导致土壤质量的退化。 采用砾石覆盖能够有效的减少土壤水分的蒸发，从而缓解由于降水少和蒸发高导致的矛盾。我们的研究结果表明砾石粒径越小，覆盖层厚度越高，降低土壤累积蒸发量的效果越好。由于砾石覆盖层对表层空气和内部气流的扰动作用，从而对从土壤中渗入覆盖层内的水气流动产生阻力。砾石覆盖层的厚度或砾石覆盖层中砾石的等效粒径与覆盖层内蒸发阻力的关系均可以用逻辑斯谛曲线表示。同时比表面积可以作为衡量覆盖层蒸发阻力的敏感指标，它与覆盖层蒸发阻力成直线关系。基于试验结果，我们使用砾石覆盖层厚度，砾石覆盖层中砾石等效粒径和砾石覆盖层比表面积这三个参数构建了砾石覆盖层内蒸发阻力的计算模型。并且利用三种混合粒径处理进行了初步的验证。 通过一系列的试验，我们定量描述了砾石覆盖层厚度，砾石粒径和降雨强度是如何影响砾石覆盖层对降雨的截留。砾石覆盖层对降雨的截留随着砾石粒径的增大而减小，随着砾石覆盖层的增加而增加。并且砾石覆盖层的储水容量和砾石覆盖层厚度与砾石粒径之间的关系都可以用一条指数曲线来表示。降雨强度为20mm h-1时砾石覆盖层对降雨的截留要显著高于降雨强度为60mm h-1的降雨截留。但降雨强度为30，40，50mm h-1时砾石覆盖层对降雨的截留之间的差异并不显著。 模拟降雨试验的结果砾石覆盖处理相比裸土显著的延迟了径流产生时间。相比裸土，小粒径砾石覆盖处理在38mm/h降雨强度下的径流产生时间被显著的延迟了86％。而中等粒径砾石覆盖处理和大粒径砾石覆盖处理对径流产生时间的延迟分别是46％和71％。总的径流量随着砾石覆盖层中的的砾石粒径的增大而增加，并且随降雨强度的增大而增加。相比裸土对照，小粒径砾石覆盖处理的表面径流和土壤流失量都是最低的。降雨强度能够显著的改变表面径流和土壤侵蚀。小粒径砾石覆盖处理在25，38和55mm/h降雨强度下的总土壤流失量分别比相同雨强下的裸土对照低了107，88和62倍。在径流和泥沙的产生过程中，砾石覆盖层起到了关键性作用，极显著的减少了径流和泥沙的数量。因而表明砾石覆盖是中国西北部黄土高原地区的一种良好的水土保持手段，并且这些结果可以为砾石覆盖农田的合理利用提供理论依据。