黄土丘陵沟壑区生物土壤结皮理化性质

为了解黄土丘陵沟壑区生物结皮发育过程中理化性质的变化,分析了不同盖度水平结皮的机械组成、养分、化学元素以及土壤因子与生物结皮盖度的相关性和结皮发育过程中土壤因子之间的相互作用。结果表明:随着结皮的发育,土壤有机质、全氮、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量均呈增长趋势,pH值则相反;土壤细砂粒含量(0.25~0.05 mm)减少,粗粉粒(0.05~0.01 mm)含量增加;土壤中的化学元素含量也呈增加趋势。土壤有机质、全氮、全磷、pH值、细砂粒、粗粉粒、Ca,Mg,Na和Fe含量与生物结皮的形成发育密切相关(P0.01)。此外,各土壤因子之间存在着相关关系,特别是粗粉粒含量和pH值,与其他因子有显著的相关性。     

结皮土壤的抗风蚀性分析

土壤结皮是土壤在自然状态下形成的“保护层”,它的存在使得土壤变得稳定,使土壤的抗风蚀性有显著的提高,可以有效地抵抗冬春季节严重的风蚀,因此在干旱荒漠化地区越来越受到重视。土壤结皮分为物理结皮和生物结皮两类,由于生物结皮的生成需要长时间的积累,而且要求具有一定的湿度、温度,才可能存活和生长。而物理结皮只要土壤经过干-湿的过程很容易形成。本文通过实地观察,从不同的土质取得的原状土壤结皮样本进行扫描电镜观察,对土壤物理结皮的形成,与土壤的含水量、颗粒组成、含盐量等的关系,以及对土壤抗风蚀性的作用进行了详细的论述,以便使其在干旱、寒冷地区土壤荒漠化防治中受到足够的重视,减少人为因素对土壤结皮的破坏,利用人为手段促使结皮的形成,减少冬春季节风沙对土壤的侵蚀。     

沙坡头地区土壤结皮形成机理的研究

本文通过大量的事实和依据论述了结皮形成的物质来源和结皮的形成与土壤性质的关系，表明了粉粒（０．０５－０．０１ｍｍ）含量是结皮形成的关键，并从结皮的发育过程、剖面变化、地理位置和养分含量等方面说明了粉粒的分选和聚积过程，进而论述了粉粒的累积机理、结皮的形成过程及结皮形成－破碎的动态变化。     

高寒地区人工植被恢复过程中沙表生物结皮特性研究

野外采样和室内分析相结合,对我国高寒地区荒漠化植被恢复不同阶段土壤生物结皮特性变化进行了研究.结果表明在沙质荒漠化地区,通过人工植被恢复,土壤生物结皮的形成是荒漠化土壤得以固定的基础,沙丘的固定时间不同,结皮层的特性有很明显的差异：①随固定时间变长,结皮层的土壤颗粒组成细化.结皮层砂粒总含量呈降低趋势,其中1～0.25 mm砂粒的含量逐渐降低,0.25～0.05 mm砂粒含量先升高后降低,而0.05～0.02 mm砂粒的含量在逐渐升高,粉粒和粘粒含量在固定初期呈逐渐增高趋势,之后趋于稳定;②固定过程中结皮层的化学性质逐渐变优.土壤结皮层的有机碳、速效养分、全氮含量及CEC均不断提高,说明结皮层对土壤养分有强烈的富集作用;碳酸钙和pH值没有十分明显的变化;有机物质的增多,促进土壤微生物的繁殖,从而促进土壤酶活性的提高.     

古尔班通古特沙漠不同类型生物结皮对草本植物多样性影响

选择古尔班通古特沙漠的北部(一号点)、中部(二号点)、南部(三号点)3个不同样点的裸沙和藻结皮、地衣结皮与苔藓结皮3种生物结皮类型,对比研究了草本植物多样性的差异性及其主要环境影响因素.结果表明:(1)不同生物结皮类型的土壤理化性质有明显差异,土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量以及黏粒、粉粒和细沙的含量随生物结皮演替显著...     

高寒草甸不同类型草地土壤机械组成及肥力比较

研究了青藏高原高寒草甸不同类型草地土壤机械组成和土壤养分变化特征,并用相关分析探讨了土壤理化特征、土壤机械组成对不同草地类型群落物种组成、生物量变化的响应。结果表明:不同草地类型土壤机械组成分布大致是矮嵩草草甸:粉粒>细砂粒>粘粒>粗砂粒;高山嵩草草甸:细砂粒>粉粒>粘粒>粗砂粒;藏嵩草沼泽化草甸:细砂粒>粉粒>粘粒>粗砂粒;金露梅灌丛:粉粒>粘粒≥细砂粒>粗砂粒。矮嵩草草甸、高山嵩草草甸为粉砂质粘壤土,藏嵩草沼泽化草甸为壤土,金露梅灌丛为壤质粘土。矮嵩草草甸、高山嵩草草甸和金露梅灌丛土壤颗粒分布相对比较均匀(除藏嵩草沼泽化草甸外),主要集中在<0.5mm的范围内,土壤粘粒含量普遍大于20%。土壤全量养分和速效养分以及土壤物理特征均影响着高寒草甸不同草地类型土壤质量和土壤结构。土壤结构和养分状况是判断高寒草甸生态系统生态功能维持的关键指标之一。     

黄土高原不同林龄土壤质地和矿质元素差异研究

对黄土高原不同林龄和不同树种条件下土壤的机械组成和矿质元素含量进行了分析研究,结果表明:①成林土壤砂粒、粉粒含量低于中幼林土壤,粘粒含量高于中幼林土壤,且呈显著性差异;②成林土壤Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO2、K2O含量相对于中幼林土壤有不同程度的增加,除MnO2外,差异均为极显著;成林土壤中Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO2在土壤中下层有不同程度的富集,SiO2、CaO含量降低;③矿质元素含量与土壤质地密切相关。     

毛乌素沙地不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸的季节变化特征

2018年以毛乌素沙地西南部发育良好的苔藓结皮和藻类结皮为研究对象,以流沙作为对照,采用土壤碳通量测定,系统观测了不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的日动态,探讨了生物土壤结皮-土壤呼吸与环境因子之间的关系,分析了季节变化对生物土壤结皮-土壤CO2释放量和温度敏感性的影响。结果表明:(1)不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率均呈"单峰"曲线,但其峰值出现的时间存在差异,春季和夏季不同类型生物土壤结皮-土壤呼吸速率峰值出现时间均为13:00左右,但冬季和秋季,藻类结皮-土壤和流沙呼吸速率出现时间为15:00左右,滞后于春季和夏季2 h。(2)不同季节,不同类型生物土壤结皮-土壤CO2日释放量:苔藓结皮藻类结皮流沙,且达到显著水平(P0.05)。(3)春季至冬季,生物土壤结皮-土壤CO2日释放量呈先增加后降低的趋势,主要表现为:夏季春季秋季冬季,且达到显著水平(P0.05)。(4)通过对不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与环境因子的主成分分析,与5 cm土壤温度相比,2 cm土壤温度是不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸的主要影响因子,其次为近地层空气湿度。(5)不同季节生物土壤结皮-土壤呼吸速率与2 cm土壤温度的关系均可用指数模型较好的描述,以该函数为基础计算呼吸的温度敏感性,发现温度敏感性的变化范围为1.33～3.85;随季节的变化,温度敏感性呈先降低后升高的趋势:冬季秋季春季夏季,即温度越高,生物土壤结皮-土壤呼吸的温度敏感性越低。     

毛乌素沙地南缘沙区水分入渗特征及其影响因素

水分入渗是土壤水分循环的重要环节。为探明毛乌素沙地生物结皮覆盖沙区水分入渗特征及其影响因素,采用双环法测定不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮,依次用BS、LC、DC和MC表示)水分入渗速率及其土壤理化性质。结果表明:1与BS相比,LC、DC和MC样地初始入渗率分别减少了37.7%、59.2%和73.6%,稳定前平均入渗率分别减少了37.5%、62.2%和81.3%,稳定入渗率分别减少了13.6%、67.4%和78.9%,累计入渗量分别减少了25.8%、61.3%和78.6%。2不同类型地表达到稳定入渗所需的时间在3~8 min;相关性分析结果显示,水分入渗速率与砂粒和土壤容重呈正相关关系,与粉粒、黏粒、结皮厚度、结皮抗剪强度、结皮层容重和有机碳含量呈负相关关系。3主成分分析结果表明,黏粒、结皮抗剪强度和土壤容重是影响该地区水分入渗速率的主要因子。因此,生物结皮在沙丘表面的形成和发育过程中,通过改变土壤的理化性质,减缓了该地区水分入渗速率,增加了降水的径流流失风险。     

土壤微生物在生物结皮形成中的作用及生态学意义

在荒漠地区的固定、半固定沙地和流动沙地上,微生物、藻类植物及地衣、苔藓植物能参与并形成生物结皮,其在干旱和半干旱荒漠地区具有重要生态意义。其中土壤微生物因其极强的适应性和生存能力,在生物结皮形成各阶段都起着积极的作用。土壤微生物的生长和活性与土壤酶活性的变化具有良好的相关性,它的组成、分布和数量因沙丘类型和沙土层深度的不同而有所变化,也受到季节和植被的影响。土壤微生物的生理代谢活动及数量变化可以改变沙土表面理化性质,在土壤结皮的形成、植物营养的转化过程中发挥积极作用,为植物生长创造了良好的条件。     

30 a耕作对高寒草地土壤碳氮与颗粒组成的影响

根据青海湖流域1987—2010年5期遥感图像解译,在青海湖北部区域存在毗邻的30 a未曾变动草地和耕地。以这两类土壤为研究对象,对其0~60 cm土层的土壤总碳、土壤全氮、土壤粒度组分进行对比研究。结果表明:草地和耕地土壤总碳和全氮含量以30 cm为界,分异明显,界上草地总碳和全氮含量大于耕地,而界下两者之间差异较小。另外,草地总碳和全氮含量最大值出现在0~10 cm,耕地总碳和全氮含量最大值出现在10~20 cm。草地和耕地粒度组成上都属于砂黏壤级,其中草地粉砂和黏粒大于耕地,而砂含量小于耕地。30 cm以上,草地和耕地间土壤粒度组分差异大,30 cm以下差异小。草地土壤黏粒和粉砂组分与总碳(P0.05)、全氮(P0.01)呈显著相关,而土壤砂粒组分与其相关性不显著;耕地总碳和全氮与各土壤粒级组分之间均无显著相关性。     

Precipitation and soil particle size co-determine spatial distribution of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert,China

Biological soil crusts(BSCs) are bio-sedimentary associations that play crucial ecological roles in arid and semi-arid regions. In the Gurbantunggut Desert of China, more than 27% of the land surface is characterized by a predominant cover of lichen-dominated BSCs that contribute to the stability of the desert. However, little is known about the major factors that limit the spatial distribution of BSCs at a macro scale. In this study, the cover of BSCs was investigated along a precipitation gradient from the margins to the center of the Gurbantunggut Desert. Environmental variables including precipitation, soil particle size, soil p H, electrical conductivity, soil organic carbon, total salt, total nitrogen, total phosphorus and total potassium were analyzed at a macro scale to determine their association with differing assemblages of BSCs(cyanobacteria crusts, lichen crusts and moss crusts) using constrained linear ordination redundancy analysis(RDA). A model of BSCs distribution correlated with environmental variables that dominated the first two axes of the RDA was constructed to clearly demonstrate the succession stages of BSCs. The study determined that soil particle size(represented by coarse sand content) and precipitation are the most significant drivers influencing the spatial distribution of BSCs at a macro scale in the Gurbantunggut Desert. The cover of lichen and moss crusts increased with increasing precipitation, while the cover of cyanobacteria crusts decreased with increasing precipitation. The cover of lichen and moss crusts was negatively associated with coarse sand content, whereas the cover of cyanobacteria crusts was positively correlated with coarse sand content. These findings highlight the need for both the availability of soil moisture and a relatively stable of soil matrix, not only for the growth of BSCs but more importantly, for the regeneration and rehabilitation of disturbed BSC communities in arid and semi-arid lands. Thereby, this study will provide a theory basis to effectively increase soil stability in desert regions.     

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%。     

玛曲高寒草地沙化对土壤理化特性的影响

以玛曲高寒草地处于不同沙化发展阶段的潜在沙化地、轻度沙化地、中度沙化地和重度沙化地为研究对象,阶地作为对照,对0～60 cm土壤剖面的机械组成和土壤有机碳、全氮、全磷以及速效钾含量进行了测定,分析结果表明:1)随草地沙化程度的加剧,不同类型沙化草地的黏粒和粉粒含量迅速下降,细砂粒含量逐渐下降而粗砂粒含量逐渐上升。2)随草地沙化程度的加剧,不同程度沙化草地的有机碳和全N含量呈逐渐下降趋势。3)从不同程度沙化草地各层土壤的养分含量来看,阶地和潜在沙化地各土层有机碳和全N含量随土层深度加深逐渐下降,中度沙化地、重度沙化地各土层有机碳和全N含量呈现基本稳定的状态。     

黄土高原藓结皮覆盖土壤导水性能和水流特征

生物结皮具有特殊的水文物理性质,为探究其对土壤水分渗透性和水流特征的影响,以黄土高原风沙土和黄绵土上3种典型地表覆盖类型(裸地、藓结皮、藓结皮-草本植物混合)为对象,采用环刀法和染色示踪法对其导水性质与水流特征进行探究。结果表明:藓结皮对2种土壤类型0~5 cm土层土壤理化性质影响较大,与裸地相比土壤容重降低了9.85%~10.00%,土壤黏粒含量增加了1.01~1.29倍,表层有机质含量提高了2.73~3.02倍;藓结皮使0~5 cm土层土壤饱和导水率降低了61.32%~88.89%,而在5~10 cm土层饱和导水率则有明显上升。另外,由于草本植物的影响,藓结皮-草本植物0~5 cm土层与藓结皮土壤相比土壤饱和导水率提高了1.32~6.43倍;黄绵土藓结皮与藓结皮-草本植物的染色面积比均高于裸地,且水分下渗深度增加了10 cm,而风沙土藓结皮与风沙土裸地的染色面积比差异不明显。综上所述,藓结皮和藓结皮-草本植物的存在改变了表层土壤水分渗透性以及水流运动特征和水分下渗深度,影响着黄土高原土壤水分保持和生态恢复。     

草原退化对土壤有机矿质复合体中结合态腐殖质影响

草原退化引起的土壤性质的变化会影响腐殖质与矿质颗粒的结合状态 ,本文对采自草原退化前后的土壤样品分级提取不同粒径的土壤有机矿质复合体 ,然后用不同的浸提剂提取复合体中结合状态不同的腐殖质 ,对其含量、分布和组成在草原退化前后的变化进行了分析 ,得出了土壤各粒级复合体中腐殖质主要以松、紧结合态形式存在 ,并且主要集中在粘粒和粉粒级复合体中 ;草原退化时土壤腐殖质的减少主要是粘粒细粉粒级复合体 ,其次是粗粉粒级复合体中松态腐殖质减少的贡献 ;而松态腐殖质的减少又主要是 HA的减少等结论     

白杨河-艾里克湖湿地土壤理化性质的空间分布特征

通过对白杨河—艾里克湖湿地土壤理化性状的研究,包括土壤颗粒组成、水分含量、盐分、pH值和养分等的空间分布特征。结果表明:大范围分布的土壤主要由细砂和粉砂组成,少数由粗砂粒组成;土壤水分的空间分布特征反映了白杨河河谷沿线局部干旱的现象;在艾里克湖周边发育着盐土和盐渍化土,对植物生长发育有明显的胁迫作用;土壤有机质、全N和全P总体贫乏,全K含量较高,并且有机质和水分的相关性较好,不同植被下土壤有机质含量和含水量的相关系数也不尽相同,但总体反映出干旱区湿地水在土壤有机质分解中的关键作用。     

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.