毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿群落土壤酶活性的影响

  目的  通过研究生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤酶活性的影响，探究半干旱区不同类型生物土壤结皮对土壤养分周转的作用，为认识生物土壤结皮对沙地植被恢复的影响提供理论参考。  方法  以宁夏盐池毛乌素沙地油蒿灌丛间的裸地、地衣结皮和苔藓结皮为研究对象，分析油蒿灌丛间裸地土壤（0 ~ 5 cm）、地衣结皮层和苔藓结皮层（0 ~ 1 cm）及其下层土壤（1 ~ 5 cm）的土壤理化性质和土壤酶活性的变化特征。  结果  （1）地衣结皮层和苔藓结皮层均显著改善油蒿灌木群落的土壤理化性质，且苔藓结皮层改善作用更为明显。地衣结皮层和苔藓结皮层相比油蒿灌丛间裸地，土壤有机碳含量（SOC）分别提高3.30倍和6.51倍，微生物量碳含量（MBC）分别显著提高2.79倍和6.58倍，微生物量氮含量（MBN）分别显著提高3.49倍和12.73倍，全氮含量（TN）分别提高2.67倍和4.46倍，全磷含量（TP）分别显著提高1.82倍和2.06倍。生物土壤结皮下层土壤与灌丛间裸地相比微生物量氮（MBN）、TN和TP之间无显著差异，MBC显著降低。（2）与油蒿灌丛间裸地相比，地衣结皮层和苔藓结皮层显著提高了土壤转化酶和脲酶活性，其中，地衣结皮层分别提高转化酶和脲酶活性3.58倍和2.80倍。苔藓结皮层显著提高转化酶活性4.23倍。碱性磷酸酶活性则无显著影响。另外，生物土壤结皮层下土壤3种酶活性均无显著提高。（3）土壤理化性质显著影响3种土壤酶活性。SOC、MBC、MBN、TN和TP与土壤转化酶活性呈显著正相关，pH与土壤转化酶活性显著负相关。SOC、MBN和TP与土壤脲酶活性显著正相关。pH与土壤碱性磷酸酶活性显著负相关。  结论  地衣结皮和苔藓结皮均能加速油蒿灌丛土壤碳素周转；氮素周转则主要由地衣结皮调控。另外，仅结皮层能提高油蒿群落养分周转。研究结果表明，生物土壤结皮可以加速油蒿群落间土壤养分的周转和提高土壤质量，促进该区域植被和荒漠生态系统的恢复。      

黄土区封禁流域生物结皮对土壤微生物量的影响

【目的】研究陕北黄土区封禁小流域中不同类型生物结皮对土壤微生物量碳和氮含量的影响,为该地区植被恢复和生态重建提供参考。【方法】选取陕北黄土区吴起县合沟流域为研究区,以藻类地衣苔藓结皮、藻类地衣结皮、藻类苔藓结皮和物理结皮(对照)为研究对象,分析不同生物结皮类型对结皮层及其以下土层(2~5cm和5~10cm)土壤微生物量碳和氮含量的影响。【结果】与物理结皮相比,3种生物结皮均能显著提高结皮层的土壤微生物量碳和氮含量(P0.05),改善效果的大小顺序为藻类地衣苔藓结皮藻类苔藓结皮藻类地衣结皮物理结皮。生物结皮对结皮层以下土层土壤微生物量碳、氮含量的影响随土壤深度的加深而减小,其改良效果为藻类地衣苔藓结皮最好,藻类地衣结皮和藻类苔藓结皮次之。生物结皮的不同发育阶段与土壤微生物量碳和氮含量呈极显著正相关关系(P0.01)。【结论】生物结皮的形成与发育能显著改善结皮层及其以下土层土壤微生物量碳和氮含量,提高表层土壤的生物活性。     

梭梭林下土壤结皮对土壤水分空间分布格局的影响

为了解土壤结皮对土壤水分空间分布格局的影响过程,以梭梭林下不同类型结皮下样地土壤水分为研究对象,采用分层取样的方法,分别对无结皮(NSC)、物理结皮(PSC)和生物结皮(BSC)样地0~0.5、0.5~10、10~20、20~40、40~60cm土层的土壤进行采集,并对各层土壤含水量进行测定,分析对比2种结皮发育对土壤水分分布格局的影响作用。结果表明:1)物理结皮与无结皮样地各层土壤含水量变化趋势基本一致,0~20cm土层的土壤含水量季节性变化幅度都较大,但略低于无结皮样地。而20~60cm土层的变化幅度较小,无结皮样地长期保持在1.0%~1.3%,物理结皮样地长期保持在0.6%~1.1%之间,显著<无结皮样地(P<0.05),深层土壤渐趋干化。2)生物结皮样地只有0~10cm土层的变化幅度较大,而10~60cm土层的变化幅度都较小,长期维持在0.4%~0.8%,土壤严重趋于干化。3)由于生物结皮对入渗水分的截留和阻碍作用,0~0.5cm土层的土壤含水量显著高于无结皮和物理结皮样地(P<0.05);而0.5~20cm土层显著低于无结皮和物理结皮样地(P<0.05);同时,20~60cm土层略<物理结皮样地,且显著<无结皮样地(P<0.05)。由此可见,相对于无结皮样地,物理结皮和生物结皮的覆盖不同程度地影响着土壤水分的空间分布格局,二者的存在不利于水分入渗,并使深层土壤渐趋干化。     

藻类结皮对黄土高原地区土壤蒸发过程的影响

利用自制的微型蒸发器观测了山西偏关县藻类结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发过程,对土壤的蒸发强度、累积蒸发量等进行了对比分析。结果表明:藻类结皮对土壤蒸发过程有一定影响,但其影响机理不是简单的"促进"或"抑制",而是当土壤含水量较高时,藻类结皮覆盖土壤的蒸发能力明显高于无结皮土壤,当土壤逐渐变干时,结皮封闭了土壤表面,并将水分束缚在土壤中,有效降低了土壤蒸发能力。藻类结皮对雨后土壤蒸发的影响在不同阶段有所不同,降雨发生后的前期阶段,结皮覆盖土壤的蒸发量明显高于无结皮土壤,而后期阶段,结皮覆盖土壤的蒸发量低于无结皮土壤。     

2种植被下生物结皮化学特征及其对下层土壤的影响

以毛乌素沙地的生物结皮层和结皮下层土壤为研究对象,对油蒿、羊柴2种植被条件下的土壤生物结皮层以及生物结皮下层土壤进行了化学性质的研究,探讨了不同植被下土壤生物结皮对土壤化学特征的影响。研究表明:生物结皮的土壤养分含量均高于流动沙地,油蒿灌丛下生物结皮的发育时间长,富集的养分含量也比羊柴灌丛的多,土壤生物结皮对下层土壤养分有明显影响,生物结皮下土壤的有机质、全效养分和速效养分的含量均高于对照流沙土壤土层,且呈随土层深度增加含量降低的趋势。     

黄土高原风蚀水蚀交错区农田生物结皮对土壤渗透性的影响

为了明确黄土高原风蚀水蚀交错区农田生物结皮的分布状况及其对土壤渗透性的影响,本文以该区农田（春玉米）土壤自然发育的生物结皮为对象,通过野外调查,探索了该区农田生物结皮盖度及组成。并在此基础上,以裸土为对照,采用环刀法和双环法测定了土壤水分入渗参数,研究了农田藻结皮及藓结皮对土壤渗透性的影响。结果表明：风蚀水蚀交错区水浇地和旱地中均有生物结皮分布,平均盖度为42.11%,其中藻结皮盖度为33.74%,藓结皮盖度为8.37%。生物结皮显著降低了农田土壤饱和导水率,与裸土相比,藓结皮和藻结皮覆盖下土壤0~5 cm土层土壤饱和导水率分别降低55.14%和23.54%;藓结皮使土壤的稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别显著降低了51.11%、47.71%和46.50%,藻结皮使土壤的稳定入渗速率、平均入渗速率及累积入渗量分别降低了 25.56%、21.10%和 20.91%,但与裸土差异不显著。藓结皮的形成能够降低农田土壤砂粒含量,提高土壤黏粒含量,进而降低农田土壤渗透性。综上,生物结皮的形成导致了农田土壤渗透性的降低,这可能会进一步影响农作物对土壤水分的有效利用。     

生物结皮层覆盖对风沙土水分蒸发特征的影响

生物结皮作为流动沙丘固定的明显标志,潜在性地影响着风沙土水文的变化特征.本文研究结果表明:生物结皮覆盖直接影响着水分的再分配过程;不同类型生物结皮对土壤自然含水状况和降水再分配的影响不同.生物结皮覆盖对0cm-5cm土层的土壤自然含水量具有一定的保护作用.同时,研究表明,随着土层深度的增加,3种覆盖状态下,土壤自然含水量则朝着不同的趋势发展.沙土表层不同覆盖方式和降水条件不同时,生物结皮层覆盖均不能有效的阻止水分的蒸发过程,并因生物结皮类型的差异,表现出不同的变化趋势.     

毛乌素沙地土壤结皮对水分运动的影响

采用人工模拟降水和自然降雨在毛乌素沙地对结皮与水分运动关系的试验和观测,人为控制降雨强度、降雨时长等方法测定沙地土壤结皮对降水的拦截、入渗规律的影响。在自然环境下,研究结皮对土壤水分的蒸发、损耗试验,揭示沙地土壤结皮对水分蒸发及保水能力的影响规律。结果表明:结皮对降雨入渗有拦截作用,降雨强度越大,拦截作用越大,反之,拦截作用越小。结皮可保持土壤水分,在地下5～60 cm土层中,结皮在降雨结束24 h后保持湿度是裸沙区湿度的4.6倍。结皮对深度入渗有延长时效的作用,有效地延缓了水分快速渗漏速度。结皮有效阻止水分快速蒸发,结皮区水分蒸发至3%要比裸沙区延后5～6 d。     

黄土高原生物结皮覆盖对土壤积水入渗特征的影响及其模型模拟

【目的】探讨生物结皮层覆盖后对土壤水分入渗特征的影响。【方法】于2018年7-8月,以位于陕北黄土高原神木市六道沟小流域的生物结皮覆盖的黄绵土和风沙土为研究对象,以相邻的无结皮黄绵土和风沙土为对照(距离在10 m以内),采用双环法和土柱法分别对其水分入渗特征进行测定,计算饱和导水率(K_s)、土壤水分入渗速率及土壤水分入渗参数(稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量),并采用Philip模型、Kostiakov模型和Horton模型对水分入渗过程进行模拟。【结果】(1)无论是黄绵土还是风沙土,生物结皮均能降低不同土层土壤的K_s,且生物结皮对黄绵土的影响高于风沙土。在0～20 cm土层,与无结皮对照相比,生物结皮覆盖的黄绵土和风沙土上K_s平均分别下降了42.1%和25.6%。(2)基于双环法和土柱法的测定结果显示,在积水入渗条件下,生物结皮覆盖黄绵土的稳定入渗速率(0.29～0.55 mm/min)、平均入渗速率(0.57～0.58 mm/min)和累积入渗量(3.63～3.69 cm)与无结皮黄绵土相比分别减少了27.5%～45.0%,32.6%～58.4%和31.8%～61.0%;生物结皮覆盖风沙土的稳定入渗速率(3.30～4.13 mm/min)、平均入渗速率(3.06～4.25 mm/min)和累积入渗量(19.22～26.76 cm)与无结皮风沙土相比分别减少了2.4%～11.3%,1.6%～27.8%和5.5%～26.3%,且基于双环法测定的土壤水分入渗参数整体上略高于土柱法。相对黄绵土,生物结皮对风沙土水分入渗参数的影响较小。(3)不同模型的模拟结果表明,Horton模型对生物结皮覆盖土壤水分入渗过程的拟合效果整体优于Philip模型和Kostiakov模型。【结论】生物结皮层的覆盖降低了0～20 cm土层的渗透性,土壤水分入渗过程可以使用Horton模型进行拟合。     

油蒿与臭柏沙地生物结皮对土壤理化性质的影响

根据沙地固定情况和生物结皮发育程度选取油蒿(Artemisia ordosica)群落中半固定沙地初期阶段发育的生物结皮(SF-E)、半固定沙地较厚的生物结皮(SF-L)、新固定沙地生物结皮(NF)、中期固定沙地生物结皮(MF)、老固定沙地生物结皮(OF)和苔藓结皮(MOSS)6种类型生物结皮和臭柏(Sabina vulgaris)群落中丘间地(IV)和丘顶(TV)2种生物结皮,比较了不同类型生物结皮对土壤理化性质的影响。结果表明:不同类型生物结皮表层土壤有机质、总N及土壤粒度组成存在差异。随着生物结皮从MS—SF-E—SF-L—NF—MF(MOSS)—OF—IV—TV的发育,表层土壤有机质、总N及粉粒质量分数呈现递增的趋势,而土壤粗砂粒质量分数随生物结皮的发育而递减;表层土壤富集的养分及细颗粒组分有向下位移的现象,导致表层下10 cm处土壤养分质量分数及颗粒组成也随生物结皮的发育程度而发生与表层土壤趋势相同的变化。总之,生物结皮的发育能显著增加表层土壤有机质、总N及土壤细颗粒成分。     

生物土壤结皮对荒漠土壤线虫群落的影响

在干旱的沙漠生态系统中,生物土壤结皮对于沙丘的固定和土壤生物的维持起着相当重要的作用.土壤线虫能敏感的指示土壤的恢复程度,是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学属性,而目前关于生物土壤结皮与土壤线虫的关系研究很少.为探明生物土壤结皮对土壤线虫的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙年限的不同将样地分为4个不同的区进行采样(1956、1964、1981和1991年固沙区),以流沙区作为对照;同时,在不同季度(4、7、9和12月)分别采集腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖下不同土层(0-10、10-20和20-30 cm)的沙丘土壤,以沙坡头地区的红卫天然植被区为对照,分析生物土壤结皮下土壤线虫的时空变化.采用改良的Baermann漏斗法进行分离线虫,用光学显微镜鉴定并统计.研究表明:1956、1964、1981和1991年人工植被固沙区的藻结皮和藓类结皮均可显著提高其下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数(P＜0.05),这可能是因为生物土壤结皮的存在为土壤线虫提供了重要的食物来源和适宜的生存环境;固沙年限与结皮下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数存在显著的正相关关系(P＜0.05),这说明固沙年限越久,越有利于土壤线虫的生存和繁衍;结皮类型显著影响土壤线虫群落,相对于藻结皮而言,藓类结皮下土壤线虫多度与属的丰富度更高(P＜0.05),这说明演替后期的藓类结皮比演替早期的藻结皮更有利于土壤线虫的生存和繁衍.此外,藻结皮和藓类结皮均可显著增加其下0-10、10-20和20-30 cm土层线虫多度和属的丰富度(P＜0.05),但随着土壤深度的增加,这种影响逐渐减弱,表明生物土壤结皮更有利于表层土壤线虫的生存;而且,随着季节的变化,藻结皮和藓类结皮下土壤线虫多度基本表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,这些反映了生物土壤结皮的生物量、盖度和种类组成随着季节变化而变化.因此,腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮的存在与演替有利于土壤线虫的生存和繁衍,增加了线虫数量、种类和多样性,这指示了生物土壤结皮有利于该区土壤及其相应生态系统的恢复.     

毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮对凝结水形成和蒸发的影响

在水分极度匮乏的荒漠生态系统,凝结水是除降雨之外最重要的水分来源之一,它对荒漠生态系统结构、功能和过程的维持产生重要的影响。为探明半干旱沙区生物结皮表面的凝结水形成和蒸发特征,采用自制的微型蒸渗计(直径7 cm、高5 cm的PVC管)实验观测了不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和苔藓结皮)对凝结水形成和蒸发的影响。结果表明:(1)观测期间共有20次凝结水形成记录,除降雨天气外,几乎每天都能观测到水分凝结现象;(2)不同类型地表凝结水总量依次为(1.998±0.075),(2.326±0.083),(2.790±0.058)和(3.416±0.068) mm,生物结皮表面的凝结水总量显著大于裸沙(P < 0.05);随生物结皮的发育,不同类型生物结皮表面的凝结水总量呈增加的趋势,凝结水总量之间差异显著(P < 0.05);观测期间不同类型地表日平均凝结水量依次为(0.100±0.003),(0.116±0.004),(0.140±0.002)和(0.171± 0.003) mm,不同类型地表日平均凝结水量之间差异极显著(P < 0.01);(3)凝结水形成过程的观测结果显示,凝结水19:00开始形成,23:00-凌晨1:00形成不明显,1:00-7:00继续形成,除浅灰色藻类结皮外,太阳升出后在黑褐色藻类结皮和苔藓结皮表面继续形成少量的凝结水;凝结水7:30开始蒸发,10:30到11:00之间结束蒸发,凝结水在裸沙和浅灰色藻类结皮中的保持时间显著大于黑褐色藻类结皮和苔藓结皮中的保持时间(P < 0.05);(4)凝结水的形成受大气温度、地表温度、空气相对湿度和大气地表温度差等气象因素的影响,但其形成过程不与某一个气象因素呈简单的线性关系。     

毛乌素沙地油蒿根际AM真菌空间分布研究

油蒿(Artemisia ordosica)是鄂尔多斯高原南部毛乌素沙地的重要固沙植物和荒漠草原优势植物,系统研究油蒿根际AM真菌生态分布,对于充分利用AM真菌资源,促进油蒿生长、生态环境重建和植被恢复具有重要意义。在毛乌素沙地自北向南选取2个代表性样地,从油蒿根际0-10、10-20、20-30、30-40和40-50 cm5个土层分别采集土壤样品,研究了油蒿根际丛枝菌根真菌的种类和分布。结果表明:丛枝菌根真菌的种类和分布具有明显的空间特征,并与样地土壤因子密切相关。在分离的3属8种丛枝菌根真菌中,黑球囊霉(Glomusmelanosporum)仅出现在研究站的油蒿根际,而聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)和瑞氏无梗囊霉(Acaulosporarehmii)仅出现在榆林的油蒿根际。丛枝菌根类型为I-型(Intermediate type),泡囊形态多样,最高定殖率和最大孢子密度均出现在0-10 cm土层,并随土层加深呈下降趋势。孢子密度与碱解氮和有机质呈极显著正相关。说明在极端干旱条件下,油蒿能与丛枝菌根真菌形成良好的共生关系,而孢子密度和丛枝菌根不同结构有助于土壤环境的微观监测和评价。     

梭梭林下土壤结皮发育对降水入渗动态的影响

研究梭梭林下土壤结皮发育对降水入渗、土壤水分动态的影响，旨在掌握梭梭林地管理和促进林下植被发育的关键技术。结果表明:1）土壤结皮发育对各层土壤含水率的变化具有显著影响（P<0.05），0~0.5 cm土层土壤含水率的变化随土壤结皮发育逐渐增大，而其余土层逐渐减小。随土壤深度增加，无结皮沙地（NSC）和物理结皮沙地(PSC)土壤含水率先增加后减小，生物结皮沙地(BSC)逐渐减小。2）土壤结皮发育对林下土壤水分动态产生显著影响（P<0.05），随着土壤结皮的发育，0~0.5 cm土层土壤水分波动幅度逐渐增强，而其余土层则逐渐减弱，表现为NSC>PSC>BSC。NSC和PSC样地水分波动频度较大，BSC样地没有明显的波动。3）高强度降水下(区间降水39 mm)，三者降水的入渗强度和入渗深度较大，而中（区间降水19 mm）、轻（区间降水8 mm）强度降水下，NSC和PSC样地产生轻微的浅层入渗，BSC样地保持在稳定的水平，表现为NSC>PSC>BSC，可知梭梭林下土壤结皮发育对降水的截留作用逐渐增强，限制了降水的入渗，但在稳定深层土壤水分和限制深层土壤蒸发方面具有积极的作用。     

毛乌素沙地典型沙生灌木对土壤蒸发的影响

为了探求半干旱沙区植被恢复后沙生灌木对土壤蒸发的影响,本文利用微型蒸渗仪对盐池沙区的流动沙地、油蒿群落和沙柳群落的土壤蒸发进行了测定,并分析了2014年盐池降雨、风速、太阳辐射、相对湿度、空气温度、土壤机械组成分别与土壤蒸发的关系。结果表明:1) 植被恢复区油蒿群落和沙柳群落土壤蒸发总量比流动沙地分别高出27.91%和40.23%;2) 油蒿和沙柳样地黏粒含量比流动沙地分别高出220.59%和173.53%,油蒿样地和沙柳样地黏粒和粉粒的总含量比流动沙地分别高出63%和98%;3) 油蒿和沙柳样地土壤蒸发与风速、太阳辐射、温度等气象因子相关性不显著,流动沙地土壤蒸发与太阳辐射相关性显著。因此,在半干旱沙区植被恢复后,土壤蒸发有增大的趋势,这很可能与植被恢复后土壤中黏粒和粉粒含量的增加有关。      

毛乌素沙地主要固沙灌(乔)木林地水分平衡研究

以定位观测资料为基础,对毛乌素沙地流动风沙土、天然油蒿和鼻柏灌丛及沙柳和樟子松人工林下0cm-100cm风沙,1997上4月-1998年10月水量平衡进行了研究。结果表明,在0cm-100cm的土层内,土壤贮水量没有明显的贮水稳定层。流动沙丘各土层之间贮水量的变率,1997年差异较小,年平均为5.5%;1998年明显增大,年平均值为17.0%,并且最大值与最小值之间相差10%.油蒿群落土壤贮水量的变化主要发生在0cm-80cm的土层内,尤其是0cm-20cm土层变动明显,0cm-100cm土层内年均变率为16.2%;樟子松和沙柳人工林地两年贮水量变率各层次之间差异最小,年均变率分别为18.7%和14.7%;臭柏群落土壤贮水量的变化主要集中在0cm-60cm或0cm-80cm的土层内,并且以0cm-20cm和40cm-60cm土层变化较明显.土壤贮水量的变幅大小,同时受降雨量及降雨时空分布的影响,1998年度的变率明显高于1997年度。各样地土壤贮水量季节变化一般出现两个高峰.第1个高峰出现在4月,第2个贮水高峰值一般出现在7月或8月,此期间是该地区的雨季,其降雨量约占全年降雨量的46.7%,成为土壤水分的恢复补给时期。5月－7月上旬，植物进入生长盛期，耗水量增加，加之降雨补给较少，形成第1个主要失水时期；8月－10月，降雨量逐渐减少，气温和地温较高，植物枝叶茂盛，土壤蒸散量大，形成第2个失水时期，生长期内土壤总贮水量，有植被的沙地较流动沙丘低约100mm-200mm。沙地水量平衡研究结果表明：流沙的年蒸散量最小，两年平均为191.38mm，并且1997年的蒸散量大于1998年约32mm。油蒿、沙柳、樟子松、臭柏样地的蒸散量均大于流沙，而且表现出1998年度大于1997年度的特征（除樟子松外）。4种植物中，以臭柏群落蒸散量最高，年均255.25mm，其次是沙柳，年均值为277.624mm，油蒿和樟子松年均蒸散量分别为263.28mm和246.225mm。4种植物的年均蒸散量均小于同期降雨量334.3mm（均值），基本能够维持土壤水量平衡。     

横断山区高寒草甸不同类型生物结皮对植物群落结构的影响

本研究以川西横断山区高寒草甸内分布的地衣结皮、藻类结皮以及苔藓结皮为研究对象,以没有生物结皮的草地为对照组(CK),研究了不同类型生物结皮下对植物群落结构的影响。研究发现,横断山区高寒草甸分布的生物结皮的主要类型为苔藓结皮,且该地区的生物结皮已发育到较为成熟的苔藓结皮阶段。同时在藻类结皮向苔藓结皮发育过程中,横断山区高寒草甸植物种类不断增加,且伴随着莎草科植物所占比例的下降,禾本科植物所占比例逐渐升高。