冻融条件下藻结皮对土壤分离能力的影响

为探明生物结皮存在时,冻融条件下结皮盖度、坡度和流量对土壤分离能力的影响,以黄土高原北部东柳沟小流域的藻结皮为研究对象,采用室内模拟冻融和放水冲刷相结合的试验方法,利用正交设计和田口方法分析藻结皮盖度、坡度、流量和冻融对土壤分离能力的影响。结果表明：土壤分离能力最大时盖度、坡度和流量分别为10%、20 7)和24 L/min,而冻融次数正交设计和田口方法中分别为10,1次。冻融条件下,随藻结皮盖度的增大土壤分离能力逐渐减小;随坡度和流量的增加土壤分离能力增大;正交设计中土壤分离能力随冻融次数的增减呈先减小后增大的趋势,而田口方法中则在试验条件下无明显变化规律。正交设计中坡度是影响土壤分离能力的主要因子,各因子对土壤分离能力的贡献率为坡度(15.08%)>盖度(14.38%)>流量(13.69%)>冻融(-13.23%);田口方法中藻结皮盖度是土壤分离能力的主要影响因子,且各因子对土壤分离能力的贡献率为盖度(30.41%)>坡度(25.32%)>流量(1.59%)>冻融(0.85%)。田口方法预测的土壤分离能力相对误差变化幅度小(CV=0.49),决定...     

人工藻结皮对旱区农田土壤风蚀的防控效应

[目的]分析人工藻结皮对土壤起沙风速和风蚀速率的影响及其风蚀防控效果,探索人工藻结皮在农田土壤风蚀防控中的可行性,为农田土壤风蚀防控提供新思路。[方法]研究了400,600,800,1 000,1 200 ml/m²共5个藻液接种量对农田土壤藻结皮形成的影响,进而采用风洞试验,研究人工藻结皮对土壤风蚀的防控效应,探讨了该技术应用于农田土壤风蚀防控的可行性。[结果]在室外自然环境条件下,通过接种藻液可形成不同盖度的藻结皮。藻接种量为1 200 ml/m²时,培养14 d盖度可达30%,50 d后,其盖度可达60%以上,藻生物量、结皮厚度是对照的52和9倍,均有显著差异(p<0.05)。人工藻结皮可显著提高农田土壤的起沙风速,降低风蚀速率。当藻结皮盖度为30%左右,起沙风速(9 m/s)较裸土增加44%,风蚀速率较裸土降低80%以上。[结论]通过在农田土壤接种藻液形成藻结皮,可显著改变土壤物理属性,增强土壤抗风蚀性。农田土壤接种藻液形成藻结皮可以作为一种快速、有效的方法应用于农田土壤风蚀防控。     

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。     

不同生境对人工结皮发育及表土氮、磷含量及其代谢酶活性的影响

土壤生物结皮对于改善荒漠地区的生态环境和土壤的增肥改良具有重要作用.本研究以库布齐沙漠固定沙丘(迎风坡、坡顶、背风坡和丘间地)披碱草和沙蒿群落下长期发育(8年生)的人工藻结皮为研究对象,测定不同生境下人工结皮对表层土壤氮、磷元素含量以及相关土壤酶活性的影响.结果表明,在不同立地条件下,沙丘顶部结皮叶绿素a和土壤可溶磷含量最高,分别为4.24 mg/g和2.926 mg/kg.丘间地结皮层土壤碱性磷酸酶活性、总磷含量及脲酶活性为最高,迎风坡结皮生物量和土壤碱解氮、速效磷含量以及土壤酶活性明显高于背风坡结皮层土壤.在相同立地条件下,披碱草下结皮生物量、碱解氮、速效磷含量和脲酶及碱性磷酸酶活性显著高于沙蒿下的结皮土壤.本研究表明生境的差异性导致人工结皮发育程度不同,进而对表土氮、磷含量及其代谢酶产生不同影响,人工生物结皮的发育程度与表土氮磷素含量及其代谢酶活性之间存在显著相关性.不同植被群落对生物结皮发育具有不同的作用,披碱草对人工生物结皮影响的正效应高于沙蒿.     

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。     

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。     

干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响

[目的]探究干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响,为精确估算干旱区生态系统土壤碳释放量提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠为例,通过人工增雨和改变降雨频率来模拟全球气候变化,对藻结皮覆被区土壤碳释放量进行长期野外监测。[结果]降雨能够刺激藻结皮覆被区土壤呼吸速率迅速大幅度提升,并在1 h内达到峰值,12 h左右降至较低水平。但随着干湿交替次数的不断增大,土壤再湿润后所产生的呼吸脉冲逐渐减弱,最后1次降雨与第1次相比土壤呼吸峰值降低了40%～60%。在降雨后16 h累积碳释放量、总碳释放量都随着降雨量的增大而增大,但当降雨量增大到一定程度后,其对土壤碳释放量的促进作用不再明显。就单次降雨而言,低频率、大雨量的降雨事件所引起的碳释放量明显高于高频率、小雨量的降雨事件。但总降雨量一致的情况下,则是高频率的小降雨事件所释放的总碳量最高,其次为低频率的大降雨事件,正常降雨频率下最小。[结论]气候变化所引起的降雨量增加和降雨频率的变化将会增加藻结皮覆被区的碳排放量,在预测碳收支时,也应将藻结皮的碳排放量变化作为考虑因素之一。     

毛乌素沙地生物结皮对水分入渗和再分配的影响

生物结皮的发育影响着干旱半干旱区小尺度土壤水文过程。对两种自然降雨条件下（降雨量为8.5 mm和14.8 mm）的3种放牧管理类型（持续放牧地、围栏5 a禁牧区、围栏15 a禁牧区）有、无生物结皮土壤的降雨入渗速率和再分配规律进行了测定。结果如下：（1）入渗速率禁牧5 a和禁牧15 a样地的有结皮土壤的入渗速率极显著低于无生物结皮土壤。持续放牧样地上,生物结皮发育很差,其对土壤的入渗速率无显著影响。（2）入渗深度自然降雨为8.5mm的次日在持续放牧区能入渗到15～20 cm,而在禁牧5 a和禁牧15 a围栏区仅能入渗到10～15 cm。自然降雨为14.8 mm的次日在持续放牧区能入渗到30～40 cm,在禁牧5 a和禁牧15 a围栏区能入渗到20～25 cm。在无雨条件下,禁牧15 a围栏区50 cm以下土壤水分状况较禁牧5 a和持续放牧区更差。测定结果表明：生物结皮的形成降低了水分的入渗速率和自然降雨的下渗深度,使下渗水分减少,渗透深度变浅,由此可见当地高频率（84.6%）的小降雨（〈10mm）事件只能对浅根系的草本有效,这将使得草本植物生长旺盛而深根系半灌木油蒿生长不良,逐渐衰退。     

贵州喀斯特石漠化地区苔藓结皮对土壤酶活性及碳氮磷含量的影响

【目的】探索在喀斯特石漠化退化生态系统下苔藓结皮及覆被土壤的养分的变化特征,以期为喀斯特石漠化生态环境修复提供新的理论参考。【方法】以我国贵州典型喀斯特石漠化生态系统-花江石漠化综合治理示范区的苔藓结皮覆被土壤、移除结皮（一年后）以及裸土为研究对象,采用双因素分析方法探讨不同石漠化（无、轻、中、重度）生境下有无结皮覆被及不同土层深度（结皮层、0～5 cm、5～10 cm）对土壤酶活性、土壤碳氮磷含量及计量特征的影响。【结果】(1)苔藓结皮层土壤脲酶和β-葡萄糖苷酶活性均随着石漠化的等级的升高而升高,而蔗糖酶和碱性磷酸酶则无显著变化;无石漠化区的土壤有机碳含量和碳/氮、碳/磷、氮/磷比值显著高于轻、中、重度石漠化区。(2)土壤碳氮磷含量及计量特征、酶活性在结皮层与结皮下土层间存在显著差异,结皮层显著高于结皮下0～5 cm和5～10 cm土壤。(3)与苔藓结皮相比,除脲酶活性外,移除结皮一年后的土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶活性、碳氮磷含量及计量特征均有所减少,而与裸土相比则无明显变化。【结论】苔藓结皮的存在提高了其覆被土壤的酶活性及碳氮磷含量,突出了苔藓结皮在退化喀斯特石漠化生境...     

不同改良措施对银川平原盐碱地土壤性质及酶活性的影响

研究了秸杆、有机肥、烟气脱硫废弃物、盐碱地改良剂对银川平原盐碱地进行改良后土壤理化性质及土壤酶活性的变化。结果表明:4种改良措施对土壤pH值、全盐含量、土壤容重均有不同程度的降低,脱硫废弃物和改良剂处理降低土壤pH值和全盐含量效果显著,改良剂和有机肥处理降低土壤容重、增加土壤孔隙度的效果显著。盐碱地改良后土壤转化酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性增加的幅度分别为0.02%～85.0%,2.7%～53.3%,17.9%～49.7%,各改良措施对过氧化氢酶活性的影响不显著。土壤pH值、全盐含量和土壤容重之间互成显著正相关关系(p<0.05),与土壤孔隙度呈显著负相关关系(p<0.05);土壤容重与土壤孔隙度、过氧化氢酶、脲酶活性之间达到显著负相关关系(p<0.05),土壤碱性磷酸酶、转化酶、土壤过氧化氢酶和脲酶之间互成显著正相关关系(p<0.05)。     

不同措施对河套灌区重度盐渍土改良效果

为了探究不同灌溉模式施加不同改良剂对河套灌区重度盐渍土的改良效果,设置秸秆深埋(SL)、石膏+有机肥(SF)、对照(CK)3个处理,对河套灌区重度盐渍土土壤盐分在0-70 cm剖面上的分布特点进行研究。结果表明:不同灌溉模式,SL和SF处理在0-15 cm土层均有效降低土壤pH,随改良时间延长改良深度增加pH持续降低,有一定的长效性,滴灌SL与SF处理pH较CK分别下降0.35,0.49,黄灌下降0.42,1.33,对30-70 cm土层影响较小。SF处理碱化度第2年下降达43%,SL处理为40%,滴灌更利于碱化度降低。从抑制盐分积累来看,SL与SF处理能有效抑制盐分0-15 cm土层聚集,黄灌SL与SF处理较CK分别下降13.60%,7.70%,滴灌分别下降31.60%,6.90%,SL处理抑盐效果较显著。土壤盐基离子表明,不同灌溉模式,SL与SF处理均显著降低0-15 cm土层Na~+与HCO_3~-的含量,滴灌降低比例高于黄灌,随着改良时间延长效果越显著,15-70 cm土层无明显变化。石膏加有机肥的施入提高0-70 cm土层SO_4~(2-)、Ca~(2+)及Cl~-的含量。通过对比分析,对河套灌区重度盐渍土治理而言,秸秆深埋和石膏+有机肥均能有效抑制重度盐渍土土壤积盐,有效降低pH及碱化度。整体来看,滴灌模式下石膏+有机肥改良效果优于秸秆深埋。     

生物质炭施用对潮土理化性状、酶活性及黄瓜产量的影响

分析生物质炭施用对潮土理化性状、酶活性及黄瓜产量的影响,为生物质炭在农业中的推广应用提供科学依据。以如皋市农业科学研究所大棚示范区为试验基地,通过田间小区试验,研究了不同生物质炭施用量(0,5,10,20,30,40t/hm~2)条件下土壤理化性状、酶活性及黄瓜产量变化。结果表明:生物质炭施用对土壤理化性状及土壤酶活性有显著的影响。高施用量(40t/hm~2)处理对土壤物理性状的改良效果最好,当生物质炭施用量为30t/hm~2时对土壤养分含量提升效果最好。与对照相比,施用生物质炭各处理土壤容重降幅为0.88%~10.52%,而土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有机质、全氮、硝态氮、铵态氮和速效磷含量的增幅分别为3.68%~7.53%,27.96%~119.25%,30.73~55.05%,1.89%~224.61%,10.39%~54.56%,6.06%~22.58%,2.33%~45.63%,235.71%~414.29%和19.37%~77.76%。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性及黄瓜产量随着生物质炭施用量的增加均呈先增加后降低的趋势,两种酶的活性分别在生物质炭施用量为30t/hm~2和20t/hm~2时最大,较对照分别提高了104.57%和15.38%;生物质炭施用量为30t/hm~2时对黄瓜增产效果最好,该处理下黄瓜产量较对照提高了21.80%。主成分分析结果表明,不同生物质炭施用量处理下的土壤质量次序为C4C5C3C2C1CK。在土壤中施用生物质炭不仅可以促进黄瓜增产,改善土壤理化性状,提高土壤养分含量,还可以改良土壤生物学性质,提升土壤酶活性。     

生物结皮土壤-水文-侵蚀效应研究进展

生物土壤结皮(简称生物结皮)是由隐花植物、微小生物和土壤表层颗粒胶结形成的一种特殊复合体,广泛分布于各类气候和生境条件。作为生态系统的重要组分,生物结皮在不同生物气候区土壤的生态过程、水文过程、生物过程、地球化学循环过程以及生态修复过程中发挥着重要作用。从生物结皮影响土壤物理、化学、生物学性质以及土壤水文与侵蚀过程等方面对其生态功能进行总结和概述,在此基础上,从研究区域和时空尺度、多过程耦合机制、生物结皮影响氮循环的过程及其对氮沉降的响应机制、生物结皮与维管植物空间分布及互动关系等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向,以期促进我国生物结皮相关研究工作,加深对生物结皮生态功能及地表过程的认识。     

喀斯特坡面生物结皮发育对土壤抗蚀性能的影响

西南喀斯特地区普遍发育的生物结皮,对土壤侵蚀有显著的抑制作用。以贵州喀斯特坡面不同退耕年限地块(0,3,5,8,11年)生物结皮为研究对象,对不同流量水平(0.2,0.3,0.4,0.5 L/s)和坡度(5°,12°,17°,23°)条件下生物结皮对土壤抗蚀性能的影响机制进行研究。结果表明：(1)生物结皮发育能够促进土壤颗粒胶结,增强土壤团聚体稳定性,改善土壤结构,提高土壤持水和透水能力。(2)生物结皮发育可增强土壤抗崩解和抗剪切能力,与去除结皮处理相比,结皮存在时的土壤抗崩解和抗剪切能力分别提高24.83%～46.62%和25.77%～37.73%。(3)发育年限内(3～11年)结皮层抗拉力变化范围为1.95～5.76 N,随着生物结皮发育年限增加,结皮层结构越趋稳定,其抵抗破坏的能力也越强。(4)生物结皮可明显提高土壤抗冲性能,且受流量和坡度的双重制约,流量和坡度都存在临界值,分别为0.4 L/s和17°,超过临界值后,其保护作用显著减弱。研究结果对于喀斯特地区准确估算土壤流失和生态恢复建设正确评价具有重要意义。     

毛乌素沙地三种植被下苔藓结皮的土壤理化效应

分析了沙蒿、沙柳、樟子松三种植被下有苔藓结皮、无苔藓结皮（对照）样地0—2,2—5,5—10 cm剖面土壤的理化指标,探讨毛乌素沙地苔藓结皮对土壤理化性状的影响及其与植被类型的关系。结果表明:（1）三种植被下苔藓结皮均能够明显提高土壤稳定性,增加细砂粒（0.02～0.2 mm）含量、降低粗砂粒（0.2～2 mm）含量。（2）沙柳及沙蒿植被下苔藓结皮均能够显著提高各层土壤的有机质、全氮、速效钾、全磷含量（P>0.05）,降低全钾、速效磷含量;樟子松下苔藓结皮0—2 cm剖面的理化效应同沙柳、沙蒿类似,但2—5,5—10 cm剖面内,有机质含量显著降低（P>0.05）,全氮、全钾、全磷、速效磷含量则无显著变化（P<0.05）。（3）荒漠生态恢复过程中,苔藓结皮对土壤理化性状的改善作用主要集中在表层土壤,改善程度同植被类型的关系密切。     

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。     

污泥堆肥对盐碱土土壤环境和作物生长的影响

以城市污水处理厂污泥堆肥为研究对象,采用盆栽试验方法研究不同用量(0%,5%,10%,20%)污泥堆肥施入盐碱土后,对玉米、大豆生长情况及土壤环境的影响。结果表明,施用污泥堆肥可降低盐碱土pH值和总盐含量,提高土壤养分及酶活,增加土壤微生物量碳、微生物量氮,同时施用污泥堆肥土壤重金属Zn、Cu含量增加,当施用量为20%时,土壤Zn含量超标。另外,玉米和大豆在污泥堆肥施用比例分别为10%和5%时长势最佳,且作物籽粒中重金属含量在国家食品卫生标准范围内。