荒漠生物结皮研究中的几个问题

生物结皮在干旱区生态系统中扮演着一个关键的角色,它可以影响干旱区土壤的结构、功能、生产力,包括土壤稳定性、土壤保水力、碳、氮的固定和土壤的肥力等。结合国内外生物结皮的研究,提出生物结皮的影响因子、生物结皮与周围植物的关系、生物结皮形态的变化与分布的异质性等几个问题并进行了讨论。     

黄土丘陵区土壤生物结皮对土壤微生物分布特征的影响

通过对山西省偏关地区4种主要植被类型和撂荒地土壤生物结皮及下层土壤样本微生物的计数,研究不同植被状况下土壤生物结皮覆盖对土壤微生物生态分布特征的影响,探讨土壤生物结皮的生物学作用及影响土壤微生物数量的因子.结果表明:①在所有微生物类群中细菌数量最大,放线菌次之,真菌最少;②不同植被下土壤微生物数量差异显著(P <0.0...     

荒漠草原地区生物结皮的微生物群落与产漆酶细菌分离纯化

为了解生物结皮的微生物组成及影响碳素循环的微生物,文中在采用高通量技术研究西夏王陵生物结皮的微生物群落结构的基础上,采用选择培养基从生物结皮中分离产漆酶的微生物。研究结果表明:细菌的多样性显著高于真菌;变形菌门、酸杆菌门、蓝细菌门、放线菌门、拟杆菌门是绝对优势的细菌门类,子囊菌门和担子菌门是绝对优势的真菌门类;微鞘藻属、藓杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、甲基杆菌属在细菌中占比较大的属,链格孢属、菌刺孢属、热子囊菌属、亚脐菇属等是主要的真菌,这些类群在稳定生物结皮结构、碳氮循环、有机物代谢等方面发挥了重要作用。以愈创木酚为唯一碳源从生物结皮中获得能利用愈创木酚的细菌10株,基于丁香醛联氮氧化的颜色反应,筛选出产漆酶能力最强的菌株C01和C06,基于16S rDNA序列的分子鉴定表明,两菌株均为芽孢杆菌。     

沙坡头地区生物结皮的水文物理特点及其环境意义

包兰铁路中甘段,大规模生物防护体系取得了明显的生态环境效益。随着时间的展延环境诸要素发生变化,特别生物结皮的形成和发育,制约着生态防护体系的演变和发展。生物结皮是人工生态防护体系建立后,外来尘埃动态沉积,一年生植被的侵入,植物凋落物腐解,在微生物及其环境条件综合作用下的新生成物。生物结皮作为一新的环境因子介入人工生态防护体系之中,使沙面固结稳定,增强了抗风蚀的能力。同时它的形成和发育,增大了降水的无效蒸发,使降雨入渗浅,沙地水分恶化,导致深根性植物衰退,浅根性的半灌木和草本植物得到发展,使人工体系向半人工半自然体系变化和演变。     

动物践踏干扰对生物结皮中微生物生态分布的影响

古尔班通古特沙漠作为北疆冬季牧场,普遍承受牲畜的践踏干扰,研究表明:动物践踏干扰导致各种类型生物结皮的覆盖度有不同程度的降低,干扰主要集中于结皮层(0～2 cm).微生物各类群对践踏干扰的反应具差异性,真菌与干扰的相关性最高,细菌和放线菌对干扰不敏感.践踏干扰改变了微生物各类群在垄间低地的数量垂直分布格局,但并未改变微生物区系组成.有机质对干扰不敏感,仍随土层加深而递减,在结皮层(0～2 cm)中与干扰率的相关性相对较高.     

古尔班通古特沙漠生物结皮影响下土壤水分的日变化

对新疆古尔班通古特沙漠生物结皮影响下土壤水分的日变化特征进行了定量研究,结果表明:①无论是结皮覆盖区还是无结皮覆盖区,其土壤含水量随深度的变化均表现出明显的层次性,其中以距地表 20 cm处的土壤含水量最高.②结皮覆盖区距地表5 cm和10 cm处的土壤含水量显著高于无结皮覆盖区(LSD检验, p ＜0.05);而45 cm和60 cm处的土壤含水量则表现为结皮覆盖区极显著低于无结皮区(LSD检验,p＜0.05),说明生物结皮具有较强的保持土壤表层水分的能力.③结皮覆盖区与无结皮覆盖区土壤水分的日变化特征明显不同于距地表5 cm处,而其他各土层的变化趋势则较为一致.无结皮覆盖区距地表5 cm处土壤水分的日变化呈先上升后下降的趋势,而结皮覆盖区的变化则恰恰相反.     

不同沙丘部位和不同结皮类型对土壤种子库的影响

采用萌发法对古尔班通古特沙漠沙垄不同部位生物结皮类型的种子库进行研究,发现不同沙丘部位和结皮类型种子分布特征有一定的规律性:藻类结皮的种子数量、丰富度和多样性均显著高于地衣和苔藓结皮。生物结皮从藻类到地衣和苔藓的演替,有降低种子数量和种子多样性的现象。在不同沙丘部位,沙丘顶部流沙的种子数量和多样性较低,与丘顶流沙相比沙丘底部的藻类结皮显示出较高的丰富度和多样性,但沙丘底部的地衣和苔藓结皮与丘顶流沙相比未表现出明显的差异。背风坡中部的藻类结皮种子多样性较高,显著高于迎风坡中部的藻类结皮。     

生物有机肥对土壤养分和土壤微生物的影响

采用盆栽实验,分析了木霉菌和北虫草废弃培养基生物有机肥对小白菜的增产效果、土壤养分、土壤微生物数量和酶活性的影响.结果表明:生物有机肥能够显著提高盆栽小白菜的产量,且随着施肥量增加,产量呈显著增加趋势,其中15 t·hm-2的常量生物有机肥将产量提高了85.06％.小白菜产量在常量生物有机肥处理下比等氮量化肥处理显著低了32.03％,而比常量牛粪处理高了49.07％.生物有机肥能够显著提高土壤有机质、总氮磷钾和速效氮磷钾含量,同时还能够显著提高土壤木霉菌、细菌、真菌、放线菌数量和土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性,且随着施肥量的增加而增大.常量生物有机肥处理的土壤有机质、速效磷和速效钾含量显著高于等氮量化肥处理,高于或相当于常量牛粪处理;土壤木霉菌、细菌、真菌数量高于等氮量化肥和常量牛粪处理;土壤蔗糖酶、磷酸酶活性高于等氮量化肥处理,相当于常量牛粪处理,过氧化氢酶则比两个处理都高.相关性分析表明,土壤木霉菌、细菌、真菌数量与土壤有机质、总氮、总磷、速效磷、速效钾之间呈显著正相关关系.综合而言,由木霉菌和北虫草废弃培养基堆肥制备的生物有机肥,能够提高小白菜产量和土壤质量,是一种具有良好效果的生物有机肥.     

初读《准噶尔荒漠生物结皮研究》

我国是世界上受荒漠化影响最为严重的国家之一,荒漠化土地面积达2.64×106 km2,占国土面积的27.5%.保护地球生态系统,保护生物多样性,防治土地荒漠化是当今首先要关注的人类生存环境问题.随着全球变暖,世界干旱地区的荒漠化趋势加剧,我国荒漠化土地面积已占到国土总面积的27.5%,其中以沙漠化危害最为突出.其生态状况不仅关系到广大干旱区的内部环境与经济社会的可持续发展,也深刻地影响到我国东部地区,甚至更远地区的环境.选择正确的生态战略是保障国家生态安全的核心和基础.长期以来,我国生态安全以部门工程性措施和基于植树造林的政策为主,在实践中也取得了很大成效.但是,并非任何地区都适应这一治理途径,地理地带性是自然界的基本规律.植被与环境具有高度的区域共轭性和动态稳定性,是生态恢复必须遵循的基本原则.我国温带干旱区广袤的荒漠地带,不足200 mm的年降水量无力支撑由维管束植物组成的优势植被,但却足以支撑结皮中占优势地位的孢子植物类群.     

新疆古尔班通古特沙漠生物结皮绿藻研究

通过对古尔班通古特沙漠中39块样地253份生物结皮土样的分析,研究了古尔班通古特沙漠中绿藻的区系组成、生态分布特点和结皮不同发育阶段绿藻的种类组成的动态变化.结果表明:该沙漠中有绿藻门植物10科14属26种,其中以单细胞种类占优势;绿藻在该沙漠不同地貌部位的分布,以背风坡的种数最多(9种),迎风坡、丘间低地和垄顶逐渐降低;在结皮的不同层次中,绿藻主要分布在结皮层,而在结皮层以下种类很少;在生物结皮的几个不同发育阶段中,绿藻的物种多样性差别不大,其种类组成略有差别.     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地土壤微生物生态学特性研究

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地，利用4－5g/L咸水灌溉建立人工植被，改善了生态环境，促进了风沙土的成土发育，使土壤微生物的数量、活性有显著的提高。研究表明：①流沙上微生物数量很少，生物活性极弱，植被建立后，微生物数量及活性都有显著增加；②微生物总数中细菌占绝大多数，其次是放线菌，真菌的数量最少。细菌中芽孢杆菌占一定比例；③人工绿地建立后，土壤中氨化细菌、硝化细菌、好气性纤维素分解菌等微生物生理群的数量也有增加；④人工调控下的绿地，流沙开始成土发育，但发育仍处于初级较低水平，生物固沙取得明显效果。     

黄土地与沙地生物结皮的发育特征及其生态功能异同

基于课题组已有研究成果,选取陕北水蚀风蚀交错区内气候条件相同但土壤质地迥异的试验区,探讨黄土地和沙地生物结皮发育特征及其生态效应的异同。结果表明:(1)苔藓结皮是2种土地生物结皮的重要类型,其中,黄土地的优势藓种为尖叶对齿藓[Didymodon constrictus(Mitt.)Saito.]、真藓(Bryum argenteum Hedw.)、狭网真藓(B.algovicum Sendt.);沙地的优势藓种为黄色真藓(B.pallescens Scheich.)、弯叶真藓(B.recurvulum Mitt.)、银叶真藓(B.argenteum Hedw.)。沙地乔灌植物下生物结皮盖度(77.5%)、厚度(11.8 mm)及容重(1.9 g·cm~(-3))均高于黄土地生物结皮,而黄土地多年生草本植物下生物结皮抗剪强度(26.5 k Pa)高于沙地生物结皮,总体上,沙地生物结皮发育的更好。(2)黄土地的入渗增幅和0~200 cm剖面的平均土壤含水率增幅均显著高于沙地(P0.05),且在旱季和雨季其0~200 cm剖面的平均土壤含水率增幅分别比沙地高1.4%和1.9%。(3)两地生物结皮均表现出了较好的减蚀作用,其减蚀效率分别为81.0%和90.6%。     

黄土高原土壤生物结皮对植物种子出苗和生长的影响

为了解生物土壤结皮对植物种子萌发出苗和植物生长的影响,于2009年7～8月在陕西省吴起县进行野外调查,对油松（Pinus tabulaeformis）、柠条（Caragana korshinskii）、沙棘（Hippophae rhamnoides）和杜梨（Pyrus betulae-folia）种子进行萌发实验,研究...     

大沙鼠扰动对荒漠土壤微生物数量和水肥状况的影响

对比分析古尔班通古特沙漠10组大沙鼠 (Rhombomys opimus) 洞区和无沙鼠扰动对照区20～30 cm土层微生物各类群 (真菌、细菌和放线菌) 的数量分布,并比较土壤理化性质的差异.结果表明:大沙鼠的活动改变了洞区土壤水肥状况,有利于土壤微生物,尤其是真菌的生长发育.洞区土壤细菌(3.40×105±6.79×104 个/g)、放线菌(7.52×104±1.11×104 个/g)、真菌(5.03×103±2.05×103 个/g)的数量均高于对照区(3.14×105±1.05×105 个/g,6.04×104±1.65×104 个/g,1.01×103±6.98×102 个/g),(t =0.67 ,p＞ 0.05;t=2.356,p＜0.05;t=5.861, p＜0.01).大沙鼠洞区20～30 cm土壤水分(1.40%±0.47%)、速效P(16.68±5.11 mg/kg)和速效K(125.50±24.99 mg/kg)含量显著高于对照区(0.90%±0.11%;1.59±0.55 mg/kg; 81.00±20.82 mg/kg),(t=3.276,p＜0.01;t=5.268, p＜0.01; t=4.326, p＜0.01).而土壤有机质含量(0.11%±0.02%)、全P(0.027%±0.002%)、全K(1.225%±0.053%)含量显著低于对照区(0.14%±0.03%,0.031%±0.004,1.293%±0.047%)(t= 2.997,p＜0.01;t=2.857,p＜0.01; t=2.982,p＜0.01).全N(0.009%±0.002%)和速效N(16.68±5.11mg/kg)的含量均低于对照区(0.01%±0.003%,16.80±5.15mg/kg),但是差异不显著(t＝0.87,p＞0.05;t＝0.052,p＞0.05).     

毛乌素沙地生物结皮对土壤温度的影响

土壤温度对作物生长发育、土壤水盐运移、生物的数量与活性、土壤碳平衡等均有较大的影响。为了研究毛乌素沙地生物结皮区和裸沙区土壤温度的差异,于2010年9~11月在陕北毛乌素沙地东南缘神木县圪丑沟地区,选择晴朗天气进行定位观测试验。结果表明: ① 同一剖面深度,生物结皮样地土壤温度的日变化趋势同裸沙样地一致;且从6:00~21:00时每隔3 h,土壤垂直剖面的温度沿着“\” 型、 微“（”型、明显“（”型、“/” 型、微“）”型、“\”型进行周期性变化。② 生物结皮的覆盖极显著降低了地表的土壤温度（[WTBX]P[WTBZ]＜0.01）。③ 生物结皮样地和裸沙样地表层土壤温度变幅最大,随剖面深度的增加土壤温度变化趋缓。当气温和土壤含水量较低时,生物结皮对同一深度土壤温度变化幅度的影响更明显。从垂直剖面角度看,生物结皮降低了土壤温度及其变幅。④ 生物结皮提高了0~25 cm深度土壤温度对气温的敏感程度。表明土壤温度的变化是多因素作用的结果,前人仅根据生物结皮的颜色来判断其对土壤温度的影响是不够的。生物结皮对土壤温度造成影响的主要原因,可能是其改变了土壤表层结构及土壤水分状况。在今后相关研究中如水分蒸发、土壤化学性状的改变等,要特别注意生物结皮的温度效应对这些过程的影响,从而使分析更加客观深入。     

Effects of artificially cultivated biological soil crusts on soil nutrients and biological activities in the Loess Plateau

Biological soil crusts （BSCs） play an important role in the early succession of vegetation restoration in the Loess Plateau, China. To evaluate the effects of artificially cultivated BSCs on the soil surface micro-envir- onment, we obtained natural moss crusts and moss-lichen crusts from the Loess Plateau of Shaanxi province, and subsequently inoculated and cultivated on horizontal and sloping surfaces of loess soil in a greenhouse. The chemical and biological properties of the subsoil under cultivated BSCs were determined after 10 weeks of cul- tivation. The results indicated that BSCs coverage was more than 65% after 10 weeks of cultivation. Moss crust coverage reached 40% after 5 weeks of cultivation. Compared with the control, soil organic matter and available nitrogen contents in moss crust with the horizontal treatments increased by 100.87% and 48.23%, respectively; increased by 67.56% and 52.17% with the sloping treatments, respectively; they also increased in moss-lichen crust with horizontal and sloping treatments, but there was no significant difference. Available phosphorus in cultivated BSCs was reduced, soil pH was lower and cationic exchange capacity was higher in cultivated BSCs than in the control. Alkaline phosphatase, urease and invertase activities were increased in artificially cultivated BSCs, and alkaline phosphatase activity in all cultivated BSCs was obviously higher than that in the control. Numbers of soil bacteria, fungi and actinomycetes were increased in the formation process of cultivated BSCs. These results indicate that BSCs could be formed rapidly in short-term cultivation and improve the mi- cro-environment of soil surface, which provides a scientific reference for vegetation restoration and ecological reconstruction in the Loess Plateau. China.