红壤丘陵区不同盖度生物结皮对水分入渗的影响

为探究不同盖度生物结皮对入渗特征的影响,在红壤丘陵区咸宁选取第四纪黏土发育土壤(S型)和泥质页岩发育土壤(N型)上的生物结皮,设计6个盖度水平(裸地,1%~20%,20%~40%,40%~60%,60%~80%,80%~100%),使用微型圆盘入渗仪(mini disk)测定土壤入渗过程,探究入渗过程的影响因素,同时采用3种常见的入渗模型对入渗过程进行拟合,并评价模型适用性。结果表明:(1)相对于裸地,生物结皮发育提高土壤有机质和黏粒含量,增加结皮厚度和生物量,降低砂粒含量。(2)第四纪黏土发育土壤水分入渗特征随生物结皮盖度的增加而逐渐降低,初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率、非饱和导水率的变化范围分别为0.25~1.55,0.13~0.91,0.17~1.11,2.04~8.48 mm/min。泥质页岩发育土壤除40%~60%盖度砾石含量较高,土壤水分入渗也随盖度的增加而逐渐减小,80%~100%盖度的初始、平均和稳定入渗率较裸地分别降低91.14%,87.64%和91.30%,生物结皮的存在阻碍土壤水分入渗。冗余分析表明,对于第四纪黏土发育土壤,生物量(54.30%)对其入渗特征的解释度最高,泥质页岩发育土壤则为盖度(39.30%)和砾石含量(34.00%)。(3)Horton模型、Kostiakov模型、Philip模型3种主流入渗模型中Horton模型拟合效果最优。研究结果可为揭示湿润区生物结皮水分运移规律提供科学参考。     

翻耙干扰下生物结皮对水分入渗及土壤侵蚀的影响

为改善生物结皮对土壤水分的负面影响,通过野外定位观测试验,从水分入渗、产流产沙两方面探讨黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮在3种翻耙强度下的水土保持效应。结果表明:(1)相比裸土,生物结皮对入渗和径流的表现形式并非单一的增加或减少,在雨季初期增渗减流,随雨季推进入渗减少,径流增加;(2)翻耙生物结皮促进入渗,减少径流。同裸地对照相比,轻度翻耙结皮增渗15.0%,减流22.6%,中度翻耙结皮增渗36.6%,减流29.3%,重度翻耙结皮增渗14.4%,减流9.6%;(3)翻耙生物结皮对泥沙量有显著影响。与裸地相比,轻度翻耙结皮减少泥沙量54.8%,中度翻耙结皮减少泥沙量45.5%,重度翻耙结皮减少泥沙量10.4%。综合考虑入渗和土壤侵蚀认为,轻度、中度翻耙生物结皮可以在不明显增加土壤侵蚀的前提下,促进入渗,减少径流,改善土壤水分状况。     

不同植被下生物结皮的水分入渗与水土保持效应

通过野外定位观测试验,探讨了黄土区不同植被类型下生物结皮的土壤水分入渗和水土保持效应。分析结果表明:①单纯BSC降低入渗,减幅达8.3%,但入渗效应并非呈单一的增加或减少的表现形式。生物结皮与植被(长芒草和柠条)组合时,入渗增加作用进一步提高,但生物结皮的贡献率明显低于植被,长芒草、柠条下生物结皮的增渗幅度分别为8.5%,0.2%。②雨季初期BSC减少地表径流(减幅约50%),雨季后期径流反而增加。生物结皮同覆盖度较高的长芒草组合时,减流贡献很小,径流调控率15%,而与覆盖度较低的柠条组合时,减流作用明显,径流调控率达22.7%～43.0%。③BSC控蚀作用明显,全年减蚀量可达93.8%。植被类型对生物结皮的减蚀作用影响很大,长芒草植被下减蚀贡献率仅为3.1%,而柠条植被下减蚀贡献率高达37.6%。     

毛乌素沙地苔藓结皮对沙化土壤性质和细菌群落的影响

我国沙化土地占国土面积的17.93%,对北方地区经济和社会的发展、人们的生活以及生态平衡影响巨大。土壤生物结皮能有效防风固沙,微生物在其形成中起着重要作用。之前在对生物结皮微生物群落研究方面,缺乏对生物结皮层与同厚度裸沙表层之间以及它们各自下方土壤之间的比较与分析。采用高通量测序技术,对毛乌素沙地苔藓结皮层与裸沙表层,结皮下方土壤与裸沙下层土壤细菌群落结构进行了分析。结合土壤理化因子数据,分析了苔藓结皮对沙地细菌群落多样性的影响。结果表明：相比于裸沙表层苔藓结皮显著提高了土壤速效养分、全氮和有机质的水平,结皮下方土壤中速效养分、全磷和有机质含量均高于裸沙下层。结皮层及其下方土壤中粗粉砂和粉粒的含量显著高于裸沙表层和下层,表明苔藓结皮显著改善了沙地土壤的理化性质。速效磷、速效钾、速效氮、黏粒、粉粒、粗砂是影响沙地土壤细菌群落组成的重要环境因子。多样性分析显示,结皮下方土壤中细菌多样性最高。在苔藓结皮层中unclassifiled_f__Micromonosporaceae（小单孢菌科的未知属）,norank_c__Cyanobacteria（蓝藻纲的未知属）和Pseudonocardia（假诺卡氏菌属）的相对丰度都显著高于裸沙表层;在结皮下方土壤中norank_c__Acidobacteria（酸杆菌纲的未知属）和Rubrobacter（红色杆菌属）的相对丰度均显著高于裸沙下层,这些差异显著的物种对稳定沙地土壤结构具有重要作用。在研究生物结皮的过程中,对照沙地也要分层取样,微生物群落对比分析才更准确。因此,苔藓结皮的形成对沙地原有表层及下层土壤的细菌群落产生显著影响,利于生物固沙。研究结果为风沙治理和荒漠生态恢复提供了重要的微生物学理论依据。     

踩踏干扰下生物结皮的水分入渗与水土保持效应

为改善生物结皮对土壤水分的负面影响,通过野外定位观测试验,从入渗、产流产沙两方面探讨了黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮在3种踩踏强度下的水土保持效应。结果表明:(1)相比裸土,未被踩踏的生物结皮对水分入渗、地表径流的表现形式并非单一的增加或降低,在雨季初期增渗减流,初期过后减渗增流;(2)不同踩踏强度对水分入渗、地表径流的影响存在明显差异。同裸地对照相比,轻度踩踏结皮增渗12%,减流23.2%,中度踩踏结皮减渗3.6%,减流5.3%,重度踩踏结皮减渗25.5%,增流21.3%;(3)不论是否被踩踏,生物结皮产生的泥沙量都显著低于裸土。同裸土产生的泥沙量相比,轻度踩踏减少56.3%,中度踩踏减少43.5%,重度踩踏减少37.9%,但中度、重度踩踏结皮改变了原先土壤侵蚀格局,增加了泥沙含量。综合考虑入渗和土壤侵蚀认为:轻度踩踏生物结皮可在不增加土壤侵蚀的前提下,促进入渗,减少径流,改善土壤水分状况。     

不同土壤和植被生境下生物结皮对土壤性质的影响

生物结皮作为干旱和半干旱地区重要的生物组分,对该区域生态过程中的生物地球化学循环产生重要的影响。以陕北水蚀风蚀交错区的生物结皮为研究对象,调查该区域2种土壤(黄绵土和风沙土)和3种植被(长芒草、油蒿和小叶杨群落,以农田为对照)生境下生物结皮对土壤性质的影响。结果表明:(1)结皮层与结皮下层0-10 cm各土壤性质指标的变化存在显著差异(p0.05);(2)3种植物群落生境下结皮层各土壤性质指标的变化差异不显著,表明结皮层内生物结皮生态功能作用是结皮层土壤性质的主导影响因素;(3)3种植物群落生境0-10 cm土层的土壤性质如C、N、C/N、Mg、Mn、δ~(13)C和δ~(15)N等指标变化存在显著差异(p0.05),但风沙土油蒿和小叶杨群落生境下所有调查的土壤性质指标间均无显著差异,这表明样地间0-10 cm土层土壤性质差异的主要是受到土壤类型自身特性的影响;(4)不同植被和土壤生境下的结皮层和0-10 cm样品间的空间排序分异明显,表明土壤性质间的差异依赖于生境下多因素的综合作用,生物结皮、土壤类型和植被是预测该区域表层土壤空间异质性的重要因素。     

生物结皮对土壤呼吸的影响作用初探

利用Li—6400P—09土壤呼吸测量系统,对科尔沁沙地沙漠化逆转过程中生物结皮的形成对土壤呼吸的影响进行了测定分析。结果表明:①生物结皮存在时的平均土壤呼吸速率(1.856μmolCO_2/m~2·s),极显著(P<0.01)低于无结皮时的速率(2.725μmolCO_2/m~2·s),说明沙漠化逆转过程中生物结皮的形成可以有效减弱土壤中的CO_2向大气的排放,即生物结皮有减缓温室效应的生态功能;②在湿润和较低温度条件下,生物结皮对土壤呼吸的抑制作用更为显著;③形成的生物结皮越厚,对土壤呼吸的抑制作用越强;④生物结皮中粒径<0.05 mm的粘粉粒含量越多,对土壤呼吸的抑制作用越明显。     

毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮中微生物数量及其影响因素

土壤微生物在维持生态系统结构、功能和过程方面发挥着重要作用。为了解半干旱沙区生物结皮中微生物数量与土壤理化性质之间的关系,对毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮及下层土壤(0—5和5—10 cm)微生物数量和理化性质进行了测定。结果表明:结皮层微生物数量大于结皮下层,结皮层微生物总数和细菌、放线菌、真菌数量随生物结皮的发育呈增加的趋势;结皮层细颗粒物含量高于结皮下层,结皮下层土壤中细颗粒物随生物结皮的发育呈增加的趋势;结皮层有机质、全氮和全磷含量大于结皮下层,结皮层有机质、全氮含量随生物结皮的发育呈先减少后增加的趋势,全磷含量随生物结皮的发育呈增加的趋势;微生物数量与土壤沙粒含量呈显著或极显著负相关关系,与粉粒、黏粒等细颗粒物和有机质、全氮、碱解氮等养分含量呈显著或极显著正相关关系,表明这些指标的变化能够敏感地指示微生物数量的变化。     

陕北毛乌素沙地生物结皮发育特征的初步研究

通过野外采样和室内分析相结合,掌握了陕北毛乌素沙地不同采样点生物结皮层的理化性质以及该地区生物结皮的发育特征,为以后进一步研究毛乌素沙地生物结皮的防风固沙效应奠定了理论基础.结果表明:随着生物结皮的发育,结皮层厚度增加.最大值为11.82 mm;土壤颗粒细化,0.02～0.05 mm之间的颗粒含量为7.3%～27.7%,高于流沙中的颗粒含量;由于颗粒的细化,结皮层容重增加,其抗剪强度明显提高,且抗剪强度与厚度和容重之间存在一定的相关性.生物结皮层pH值为7.23～7.81,低于流动沙地的pH值;有机质、N和K含量明显高于流沙的含量;P含量有所增加但不明显.研究表明,各个样点的生物结皮效应表现有所不同,原因有多方面.主要是结皮的发育程度、植被盖度以及采样点地形地貌之间的差异所引起.     

生物结皮对荒漠地区土壤及植物的影响研究述评

 生物结皮是目前防沙治沙的一种重要措施。通过对国内外生物结皮研究的回顾,简要总结了生物结皮对荒漠地区土壤理化性质及植物的影响。生物结皮对其下层土壤的影响主要表现在土壤的机械组成、土壤盐分、土壤养分等方面。生物结皮具有明显的养分、盐分和细粒物质的聚集作用,对表层土壤发育有积极的意义。生物结皮及下部土壤细粒的增加,提高了土壤的吸湿性和持水性,但对降雨入渗的影响尚无定论。在生物结皮的发育过程中,其与维管植物萌发和定居间的关系也存在几种不同的观点。对生物结皮的研究是目前防沙治沙研究的一个重要领域,其对荒漠地区的土壤及植被某些方面的影响目前并未形成一致的结论,其形成机制、生物组成、演替规律、对后续植物定居的影响等,均是需要进一步深入研究的科学问题。     

毛乌素沙地油蒿群落生物结皮的分布特征

为研究毛乌素沙地油蒿群落中生物结皮分布状况,根据放牧强度选取沙利(禁牧)、陶利(轻度放牧)和乌审召(正常放牧)3个试验点,分别调查了油蒿群落中固定沙地和半固定沙地植被盖度、油蒿盖度、生物结皮盖度、凋落物盖度、生物结皮破碎度、生物结皮厚度等指标。结果表明,毛乌素沙地油蒿群落中固定沙地生物结皮平均盖度为83.74%,半固定沙地生物结皮平均盖度为23.54%;油蒿群落中半固定沙地生物结皮绝大部分是处于初期发育阶段的藻结皮,而固定沙地苔藓和地衣结皮所占比例接近总盖度的1/2;半固定沙地大多数处于初期发育阶段的生物结皮受上层植被的影响更大;轻度放牧干扰对油蒿群落固定沙地生物结皮盖度和厚度的影响均不显著,而正常的放牧干扰会导致生物结皮盖度显著下降;半固定沙地生物结皮对放牧干扰的影响更为敏感,即使是轻微的放牧干扰,也会产生与正常放牧干扰相当的效果。     

植被恢复演替初期对模拟降雨产流特征的影响

利用模拟降雨装置,研究了演替恢复初期不同植被覆盖以及不同处理下坡面降雨的产流过程和人渗率。实验研究结果表明,植被演替开始之初,由于地表土壤的土质比较疏松,土壤的人渗率比较大。随着植被演替的进行,土壤中有机质等物质的逐渐累积,土壤的理化性质发生了变化,土壤的人渗特征也随之降低。剪草降雨小区的实验研究结果说明,在降雨的初期,土壤的人渗性能相对较低,随着实验的进行,在雨滴的打击下,部分结皮被破坏,土壤的人渗率也随之增大。说明地表生物结皮的存在,降低了土壤的人渗性能。采取适当的措施破坏地表生物结皮,有利于提高土壤的人渗性能,增加干旱半干旱地区对降雨的利用程度。     

积水入渗条件下土壤水分动态变化的野外观测与分析——以内蒙古敖包小流域为例

结合野外积水入渗试验，利用时域反射仪和中子仪进行了积水入渗条件下土壤水分动态变化的观测，并把时域反射仪和中子仪测定的土壤含水率与烘干法进行了对比；分析了入渗过程中土壤水分动态变化规律及入渗后土壤水分再分布规律。     

红壤积水入渗及土壤水分再分布规律室内模拟试验研究

利用室内模拟土柱试验研究了红壤积水入渗及土壤水分再分布规律。结果表明:入渗过程中湿润锋距离、累积入渗量与时间的平方根呈线性关系,湿润锋运移速率与时间呈乘幂关系,而入渗率与时间平方根的倒数呈线性关系;再分布过程中,在隔绝蒸发条件下,土壤含水量随土层深度的增加而下降,同一深度土层含水量则随时间推移而下降。无论在隔绝蒸发还是在自然蒸发条件下,短期内土壤水吸力有随土层深度的增加呈先下降后升高的趋势,而同一深度土层水吸力则随时间的推移而升高;土壤初始含水量对水分的入渗及再分布有较大影响,初始含水量较低时,水分入渗较快,而水分再分布则较慢。     

两种初始土壤含水量对浑水入渗影响的试验研究

浑水入渗是黄土高原地区普遍存在的现象,不同土壤初始含水量对入渗结果有着显著影响。以清水入渗为对照,研究了不同含水量条件下浑水入渗实验特征以及减渗率等内容。分析结果表明,第1 min末入渗速率？稳定入渗速率和累积入渗量均随浑水浓度增加呈指数函数关系递减,均表现出随着浓度增加呈稳定趋势。清水的累积入渗量在相同时段内始终最大,随着泥沙浓度增加,累积入渗量减小。本研究结果对土壤侵蚀机理研究具有应用价值。     

毛乌素沙地人为干扰苔藓结皮的土壤水分和风蚀效应

[目的]为了探讨在毛乌素沙地人为干扰生物结皮的必要性与可行性,并为该区生物结皮的高效利用提供实验依据。[方法]在毛乌素沙地东南缘设置裸沙、苔藓结皮、干扰苔藓结皮、沙蒿、沙蒿+苔藓结皮以及沙蒿+干扰苔藓结皮6个处理小区,通过动态监测各小区土壤水分及风蚀变化过程,分析人为干扰苔藓结皮对土壤水分及风蚀过程的影响。[结果](1)沙地苔藓结皮能够显著提高浅层土壤含水量,降低深层土壤含水量。(2)人为干扰苔藓结皮会引起浅层土壤含水量的降低和降雨入渗深度的增加。(3)与裸沙对照相比,几种处理的减蚀效率大小顺序为:沙蒿+苔藓结皮(97.01%)沙蒿+干扰苔藓结皮(90.87%)苔藓结皮(89.63%)干扰苔藓结皮(69.50%)沙蒿(64.62%)。[结论]植被覆盖度较高时,对苔藓结皮进行适当破坏,能够在不加剧土壤风蚀的前提下,一定程度上改善土壤水分状况。而在无植被或低植被覆盖的地块,要禁止对苔藓结皮的干扰破坏。