The Content and Composition of Organic Matter in Soils of the Subpolar Urals

Eurasian Soil Science - Soil organic matter at high latitudes is an important and sensitive indicator of climate change. This article describes the main morphological features, chemical properties,...     

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。     

黄土高原生物土壤结皮研究进展与展望

黄土高原是典型的生态脆弱敏感区和世界上水土流失最为严重的地区,也是当今我国生态恢复和生态文明建设的重点区域.生物土壤结皮是细菌、藻类、真菌和孢子植物与土壤颗粒胶结而成的有机复合体,是干旱半干旱地区地表系统的重要组成部分,它们对黄土高原的水土保护、养分积累和生态恢复具有重要的生态功能.本文论述了生物土壤结皮类型与演替过程...     

冻融交替对不同生物结皮土壤饱和导水率的影响

  目的  生物土壤结皮在干旱、半干旱地区分布广泛,能显著影响土壤饱和导水率的大小,为探明冻融交替对不同类型生物结皮土壤饱和导水率的变化。  方法  以神木六道沟流域混合结皮（藻结皮 + 苔藓结皮）和苔藓结皮土壤为研究对象,采用室内模拟冻融实验的方法,测定不同冻融交替次数和初始含水率共同作用下生物结皮土壤饱和导水率（Ks）的变化。  结果  （1）冻融条件下,苔藓结皮和混合结皮的存在相比裸土均降低了土壤Ks。（2）同一冻融次数下,苔藓结皮和混合结皮土壤Ks随初始含水率增加总体呈现先增大后减小的趋势;同一初始含水率下,两种结皮土壤Ks随冻融次数增加呈现逐渐增大的趋势。（3）冻融后苔藓结皮土壤Ks显著大于混合结皮土壤,在同一冻融条件下,初始含水率为8%时,冻融3次和7次后两种结皮土壤Ks相差最大,表现为苔藓结皮土壤Ks分别是混合结皮土壤的2.1和2.3倍。（4）冻融通过影响结皮层容重和结皮厚度及结皮下层土壤有机质和 > 0.25 mm团聚体含量进而影响Ks,冻融次数对结皮厚度及有机质含量有极显著影响（P < 0.01）,对结皮容重有显著影响（P < 0.05）,初始含水率对 > 0.25 mm团聚体含量有极显著影响（P < 0.01）。（5）冻融环境下苔藓结皮和混合结皮土壤的Ks均与冻融次数呈极显著正相关（P < 0.01）,与结皮容重呈极显著负相关（P < 0.01）。并对两种结皮Ks与其他因子进行偏最小二乘回归分析,结果表明苔藓结皮土壤Ks的主要影响因子依次为结皮容重 > 冻融次数 > 结皮厚度,而混合结皮土壤Ks的主要影响因子为冻融次数 > 结皮容重。  结论  冻融交替对生物结皮土壤饱和导水率有较显著影响,且冻融作用主要是通过影响结皮厚度、结皮容重及结皮下层土壤大团聚体颗粒及有机质含量来影响生物结皮土壤饱和导水率。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤抗蚀性的影响

以黄土丘陵区不同发育年限的生物结皮为研究对象,通过对保留生物结皮、去除生物结皮两种处理下土壤的崩解性、抗剪强度的比较,分析生物结皮对土壤抗蚀性的影响.结果表明:(1)生物结皮可以增强土壤抗崩解性能,随着发育年限的增加,崩解量减少,减少量从21.85％至43.46％递增.(2)生物结皮可以提高土壤抗剪强度,提高率为17.91％～23.45％,并与发育年限成正相关关系.(3)土壤崩解量与抗剪强度呈线性负相关,生物结皮对土粒间相互作用力的增强可以降低水分对土粒的分散作用,崩解量随抗剪强度的变化率较小.     

人工藻结皮对河套平原盐碱土理化性质和酶活性的影响

土壤藻结皮主要由土壤中的藻类和土壤颗粒胶结而形成,具备水土保持、土壤改良、防风固沙等优良的生态功能。为了研究土壤藻结皮对盐碱土的改良效果,在河套平原盐碱地野外试验区分别接种了C. miniata HJ-01,C. miniata HJ-01和S. javanicum,C. miniata HJ-01和土著丝状混合藻,培植人工土壤藻结皮。结果表明:人工藻结皮发育45 d后,0—10 cm深度土壤中水分损失减弱,土壤pH值轻微下降,电导率降低57%(p<0.05),有效氮和有效磷增加(p<0.05); 0—5 cm深度土壤中脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性分别增加52.1%,20.7%,16.7%,41.7%(p<0.05)。因此,人工土壤藻结皮能有效改良盐碱地。     

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。     

Soil formation and weathering on ultramafic rocks in the mountainous tundra of the Rai-Iz massif,Polar Urals

Gravelly clay loamy and clayey soils developed from the derivatives of ultramafic rocks of the dunite-harzburgite complex of the Rai-Iz massif in the Polar Urals have been studied. They are represented by raw-humus pelozems (weakly developed clayey soils) under conditions of perfect drainage on steep slopes and by the gleyzems (Gleysols) with vivid gley color patterns in the eluvial positions on leveled elements of the relief. The magnesium released from the silicates with the high content of this element (mainly from olivine) specifies the neutral-alkaline reaction in these soils. Cryoturbation, the accumulation of raw humus, the impregnation of the soil mass with humic substances, gleyzation, and the ferrugination of the gleyed horizons are also clearly pronounced in the studied soils. Despite the high pH values, the destruction of supergene smectites in the upper horizons and ferrugination (the accumulation of iron hydroxides) in the microfissures dissecting the grains of olivine, pyroxene, and serpentine, and in decomposing plant tissues take place. The development of these processes may be related to the local acidification (neutralization) of the soil medium under the impact of biota and carbonic acids. The specificity of gleyzation in the soils developing from ultramafic rocks is shown in the absence of iron depletion from the fine earth material against the background of the greenish blue gley color pattern.     

毛乌素沙地生物土壤结皮与沙化土地的关系研究

生物土壤结皮在荒漠地区广泛分布,是固沙和促进沙地生态恢复的重要生物因子。利用1989,2002和2006年的Landsat遥感影像,分别通过生物土壤结皮指数和NDVI阈值法,提取了毛乌素沙地生物土壤结皮和沙化土地的空间分布,并分析了二者之间联系。结果表明:(1)研究区1989,2002和2006年结皮面积所占比例分别为54.77%,55.72%和64.29%,表现为持续增加趋势,结皮斑块间连接度在增强,结皮的稳定性进一步巩固。(2)1989—2006年区内沙化土地的程度逐渐减弱,沙化程度综合指数由1989年的3.24下降到2006年的2.65。(3)1989—2006年,中度和重度沙化土地结皮分布范围最为广泛,均在70%以上;极重度沙化土地内的结皮面积表现为持续下降,1989,2002和2006年分别为19.40%,5.76%和2.80%。(4)以1989年沙化土地的格局为基础,1989,2002和2006年极重度沙化土地内生物结皮的数量比例分别为19.40%,33.18%和45.21%,处于上升趋势。     

藻菌混合结皮对土壤水肥保持及玉米幼苗生长的影响

[目的]研究藻菌混合结皮对土壤水肥保持及玉米幼苗生长的影响,为土壤治理与改良策略提供理论依据.[方法]使用来自内蒙古翁牛特沙漠的2种产胞外多糖的细菌(Sphingomonas sp.D3-1和Mas-silia armeniaca sp.ZMN-3)和2种藻类(Cladophora aegagrophila D3-a ...     

毛乌素沙地南缘沙丘生物土壤结皮发育特征

生物土壤结皮广泛分布于干旱和半干旱区,它的形成和发育对荒漠生态系统生态修复过程产生重要的影响。采用野外调查、测定和室内分析相结合的方法,对毛乌素沙地南缘沙丘生物土壤结皮发育特征进行研究。结果表明:不同地貌部位生物土壤结皮的厚度、各类型结皮盖度、机械组成和结皮及其下层剖面土壤容重均发生不同程度的变化。生物土壤结皮的发育对不同地貌部位具有一定的选择性,丘顶微生物结皮少量分布,迎风坡以浅灰色的藻类结皮为主,背风坡以黑褐色的藻类结皮为主,丘间地以苔藓结皮为主。不同地貌部位结皮层微生物总数存在较大差异。不同发育阶段生物土壤结皮的优势成分不同,表现出明显的阶段性特点,其形成和发育是生物过程和非生物过程的统一。     

黄土高原生物土壤结皮发育过程中颗粒态和矿物结合态有机碳变化特征

土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)是重要的土壤碳库,其比例的变化决定土壤有机碳的周转速率及稳定性。探讨沙地生物土壤结皮发育过程中颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳的含量、分配比例和差异性特征,对于深刻认识初始土壤形成过程中有机碳库形成、稳定机制具有重要意义。选择神木市六道沟流域生物土壤结皮4个发育阶段(藻结皮、藻结皮+少量藓结皮、藓结皮+少量藻结皮、藓结皮)为研究对象,裸沙作为对照,研究生物结皮层及结皮层下层0—2 cm, 2—10 cm, 10—20 cm土层土壤颗粒态和矿物结合态有机碳的变化特征。结果表明：(1)在BSCs土层,POC的增加速率大于MAOC,MAOC处于饱和状态;(2)在BSCs和0—2 cm土层,以微生物源有机碳为主导的MAOC主要贡献有机碳积累,在2—10 cm和10—20 cm土层,以植物源有机碳为主导的POC主要贡献有机碳积累;(3) POC和MAOC含量随土层增加而降低,随着生物土壤结皮发育而增加;(4) POC和MAOC与SOC均有显著的正相关关系,表明结皮定殖和发育显著促进了土壤有机碳积累。这些结果表明生物土壤结皮的定殖和发育能够显著...     

Availability of elements in tundra soils on acidic and ultramafic rocks in the Polar Urals

The chemical properties of soils and their particle-size distribution in ecotopes of the Polar Urals mountain tundra were considered in relation with the lithological and geochemical features of the parent rocks. In the soils of ecotopes on the ultramafic massif, the contents of the total Ni (2830 mg/kg) and the total Cr (2327 mg/kg) were found to exceed their clarke values, which suggested the accumulation of these elements by plants and their migration with water. In the soils of the ultramafic massif, the average content of mobile Ni was 46.8 mg/kg, which exceeded the Ni MPC by 11.7 times. The average concentration of mobile Cr in the soils of the massif made up 0.35 MPC. In the soils of geochemical acidic rocks, the contents of mobile Ni and Cr were lower than their MPC levels. A higher content of particles with an average diameter ≥5 μm was found in the soils of the ultramafic massif.     

肥力提升措施对林地红壤生物结皮层微生物群落结构的影响

微生物在土壤生物结皮形成中起重要作用,但是目前对于南方红壤生物结皮层中微生物群落的研究鲜少涉及,尤其是在林地改良措施下红壤结皮层中微生物群落结构的变化尚不清楚。本研究以中亚热带典型第四纪红黏土严重侵蚀湿地松裸露林地为对照,添加有机肥、生物炭和石灰+微生物肥料为肥力提升措施,采用Illumina MiSeq高通量测序技术研究不同肥力提升措施对红壤生物结皮层细菌和真菌群落结构的影响。结果表明：该林地土壤生物结皮层共检测出21个细菌门和7个真菌门,优势细菌门为酸杆菌门（Acidobacteria）(27.39%)、变形菌门（Proteobacteria）(25.90%)、放线菌门（Actinobacteria）(16.68%)和绿弯菌门（Chloroflexi）(12.26%);优势真菌门为担子菌门（61.19%）和子囊菌门（29.48%）;肥力提升措施对细菌和真菌多样性无显著影响,却显著改变了其群落结构,作用大小依次为有机肥处理、生物炭处理、石灰+微生物肥料处理,且对细菌群落结构的影响高于真菌;三种措施均明显提高了变形菌门（Proteobacteria）细菌的相对丰度,降低了绿弯菌门（Ch...     

红壤侵蚀区恢复森林群落物种多样性对土壤生物学特性的影响

研究了南方红壤丘陵区不同森林恢复类型下生物多样性的变化,并用逐步多元回归分析法探讨了10种土壤生物学指标对多样性变化的响应。结果表明：研究样地中物种多样性以天然次生林最高。不同土壤生物学指标对物种多样性变化的响应不尽相同,其中土壤有机质、微生物生物量碳、细菌数量、真菌数量、微生物总数、脲酶、酸性磷酸酶等7个指标随着灌木物种多样性的增加而得到改善;细菌数量和酸性磷酸酶随乔木物种多样性的增加而增加;放线菌数量和多酚氧化酶随灌木个体数的增加而增加;真菌数量和酸性磷酸酶活性随乔木个体数的增加而减少;转化酶与物种多样性指数没有直接线性关系。最后建立了上述9个指标与物种多样性的相关数学模型。保护和提高南方红壤丘陵区植物群落物种多样性能促进部分土壤生物学活性指标的改善和生态功能的恢复。灌木物种多样性的恢复在人工造林恢复植被过程中应予以重视,它对于土壤生物学肥力的提高具有重要意义。     

Assessing the Function of Biological Soil Crusts on Soil Fertility (Case Study: Kiamaky Wildlife Refuge,East Azerbaijan,Iran)

Eurasian Soil Science - Biological soil crusts (BSCs), are common on soil surface in arid and semiarid regions. They consist of cyanobacteria, algae, fungi, lichens and bryophytes associated with...     

覆土厚度对裸岩石砾地土壤颗粒迁移过程的影响

为了明确裸岩石砾地土地整治工程中人为构建耕作层的合理覆土厚度,通过室内土柱模拟试验,研究了覆土厚度对裸岩石砾地土壤颗粒迁移过程的影响。根据裸岩石砾地土地整治工程特点,试验共设计4个覆土厚度,分别为5,10,15,20cm,土柱底部装填5cm厚直径为10mm的玻璃珠,试验从土柱下端出水开始记时,共接取渗漏液6h。结果表明:(1)较厚的土层具有较好的保水蓄水能力和较强的土体稳定性,4个土层厚度的水分渗漏量均随着土层厚度增加而减小,水分渗漏速率表现为先增大后减小,最终趋于稳定的趋势;(2)土壤颗粒迁出量与土层厚度呈负相关关系,土壤颗粒累积迁出量与土层厚度的拟合关系式为:y=3.19e-0.11x(R2=0.96);(3)水分渗漏前期往往伴随着大量土壤颗粒的迁出,且土层越薄,水分渗漏量和土壤颗粒迁出量越大,随着渗漏过程的进行土壤颗粒迁出量逐渐减小;(4)迁出颗粒中粉粒含量最高,黏粒次之,砂粒含量最低,且不同粒径土壤颗粒随时间的迁出特征也不同。研究结果为裸岩石砾地土地整治提供了科学依据。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复中生物土壤结皮特征

以黄土丘陵沟壑区安塞县墩滩山的退耕地为研究对象,分析了退耕地植被自然恢复过程中生物土壤结皮的特点及其对土壤水分、土壤有机质和土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)生物土壤结皮的盖度随着退耕年限的增长不断增大,结皮的厚度也渐渐增加,且稳定在0.1~0.3 cm之间;(2)有结皮样地0—40 cm土层的土壤含水量一般比对照样地的土壤含水量要低,有结皮样地和对照土壤含水量都随土层深度逐渐升高,但升高幅度逐渐变小;(3)有生物结皮的样地土壤表层0—10 cm有机质含量比对照样地有机质含量大;10—20 cm土层有生物结皮的样地比对照样地有机质含量也高,但是差异不如0—10 cm土层明显;(4)随着退耕年限的增长,土壤侵蚀量逐渐减少,与退耕初期相比,退耕10 a以上样地土壤侵蚀量可减少30%~80%。说明在退耕地植被恢复的过程中,生物结皮改善了土壤表层性质,增强了土壤抗侵蚀能力。     

滨州北部贝沙堤生物多样性现状及影响因素的研究

滨州无棣贝沙堤作为天然的防潮大堤,在保护人类生命财产安全以及生物多样性的孕育上发挥了重要作用,但近年来由于人类活动的加剧,贝沙堤面临着萎缩,植物多样性减少,部分物种面临灭绝,通过对滨州北部无棣贝沙堤植物多样性进行调查,分析了王子堡、大河口地区植被的物种组成和分布特点,在调查样地共发现砂引草、芦苇等20种植物和7种群落类型.通过相关分析,贝沙堤中的水溶性碳、水溶性氮对植被物种丰富度、生物多样性指数、生物量和盖度有显著性影响,而含盐量、含水量、速效钾、速效磷含量对植被群落结构没有明显影响.此外,由于人为因素的干扰,王子堡地区与大口河地区的物种分布、群落结构和生物多样性存在差异显著.由此可见,人类活动是导致生物多样性减少的一个关键因素,在今后的植被恢复工作中,应减少人为干扰.     

Pyrosequencing Reveals Significant Changes in Microbial Communities Along the Ecological Succession of Biological Soil Crusts in the Tengger Desert of China

Biological soil crusts (BSCs) have important ecological functions in arid and semiarid lands, but they remain poorly understood in terms of the changes in microbial communities during BSC succession under in situ field conditions. Here, 454 pyrosequencing was used to assess the microbial community composition of four BSC types in the Tengger Desert of China: alga, lichen (cyanolichen and green alga-lichen), and moss crusts, representing early, middle, and final successional stages of BSCs, respectively. The results showed the highest diversity of microbial communities inhabiting lichen crusts, whereas the lowest diversity was observed in moss crusts. Five phyla, Proteobacteria, Actinobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes, and Acidobacteria, accounted for about 72% to 87% of total prokaryotic sequences in different BSCs. The most abundant eukaryotic microorganism was Ascomycota, accounting for 47% to 93% of the total eukaryotic sequences. Along the succession of BSCs, the abundance of photoautotrophic Cyanobacteria, Chlorophyta, and Bacillariophyta declined, and that of heterotrophic microorganisms such as bacteria and fungi increased. Statistical analysis showed clear divergency of microbial taxa at the class level among the different successional stages of BSCs. The clustering results at class level showed that the moss crusts were the farthest from the rest in prokaryotic composition; the alga crusts were the most different in terms of eukaryotic microorganisms and the two kinds of lichen crusts were relatively closer in both compositions. Ordination analysis showed that the main variations of community structure among BSCs could be explained best by the abundance of Cyanobacteria and Ascomycota and by physiochemical properties of BSCs, including mechanical composition, moisture, and electrical conductivity. In conclusion, our results indicate that Cyanobacteria and Ascomycota likely play an important role in the evolution of BSC structure and functions and highlight the importance of environmental factors in shaping microbial community structures of BSCs in the Tengger Desert of China.