腾格里沙漠东南缘生物土壤结皮对土壤理化性质的影响

生物土壤结皮是荒漠生态系统地表景观的重要组成部分,在沙化土地恢复和流沙固定中起着重要作用。研究了腾格里沙漠东南缘固沙植被区不同类型生物土壤结皮理化性质及结皮发育对下层土壤性质的影响。结果表明：结皮层厚度、孔隙度、黏粉粒和田间持水量以及有机碳、无机碳、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量和电导率均表现为藓类结皮 > 混生结皮 > 地衣结皮 > 藻类结皮;砂粒含量和容重表现为藻类结皮 > 地衣结皮> 混生结皮 > 藓类结皮。结皮下0~2 cm和2~5 cm土层理化性质表现出与结皮层相同的变化规律。总体上,生物土壤结皮对下层土壤理化性质的影响表现为藓类结皮和混生结皮大于地衣结皮和藻类结皮;而结皮对下层土壤理化性质的影响随土壤深度的增加而减小。生物土壤结皮的拓殖和发育是荒漠生态系统成土过程和土壤质量的关键影响因素。     

荒漠区踩踏生物土壤结皮对土壤微生物量的影响

土壤微生物量可敏感指示土壤质量，是衡量荒漠地区生态恢复程度的重要生物学指标，而有关荒漠区人为踩踏生物土壤结皮与土壤微生物量关系的研究相对缺乏。以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区和天然植被区人为踩踏生物土壤结皮下的沙丘土壤为研究对象，分别采集未踩踏、中度踩踏和重度踩踏结皮下0~5 cm和5~15 cm土样并测定土壤微生物量碳和氮。结果表明：人为踩踏藻-地衣结皮和藓类结皮可减少生物土壤结皮下土壤微生物量碳和氮，且土壤微生物量碳和氮随踩踏程度的增加而减少，重度踩踏显著减少土壤微生物量碳和氮（P<0.05），土壤速效磷、速效氮、全磷和全氮的损失是导致土壤微生物量碳和氮减少的重要因子。除踩踏程度外，土壤微生物量碳和氮也受结皮演替阶段的影响。人为踩踏的藓类结皮下土壤微生物量碳和氮显著高于藻-地衣结皮（P<0.05），表明演替晚期的藓类结皮比演替早期的藻-地衣结皮抗干扰能力更强；无论季节如何更替，土壤微生物量碳和氮均表现为未踩踏 > 中度踩踏 > 重度踩踏；人为踩踏结皮下土壤微生物量碳和氮均表现明显的季节变化，夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季。腾格里沙漠人工植被固沙区和天然植被区人为踩踏生物土壤结皮可减少土壤微生物量，表明人为踩踏生物土壤结皮可引起土壤质量下降，导致荒漠生态系统的退化。因此，保护荒漠区生物土壤结皮有利于荒漠生态系统的修复。     

腾格里沙漠人工固沙植被区浅层土壤水分对降水和生物结皮的响应

选择腾格里沙漠东南缘人工植被区3种典型的地表覆被类型（藓类结皮、藻类结皮和流沙）土壤为对象,选取发生在7月和9月的两次降水事件,研究浅层土壤（3、5、10 cm）水分入渗与再分布过程。结果表明：浅表层3 cm深度土壤水分在降雨初期均表现为跳跃式增加,而在降雨中后期由于土壤剖面不同深度水势梯度减小,降水入渗速率降低,土壤水分仅呈现小幅波动。在两次降水事件中,藓类结皮和藻类结皮对降水入渗的阻碍作用比较显著,入渗速率表现为沙土 > 藻类结皮 > 藓类结皮;从水分再分布看,生物土壤结皮的存在致使水分再分配过程表现出明显的浅层化;降水过程结束后,结皮促进水分的蒸发损失,从而减少植被可利用水分含量。人工固沙植被区广泛发育的生物土壤结皮对降水入渗与再分布过程以及土壤水量平衡具有重要影响。     

人为踩踏生物土壤结皮对土壤酶活性的影响

土壤酶活性是衡量荒漠区生态恢复程度的重要生物学指标。为揭示人为踩踏生物土壤结皮对土壤质量的影响，分别采集腾格里沙漠植被固沙区未踩踏、中度踩踏和重度踩踏结皮下0~5 cm和5~15 cm土样并测定土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶、脱氢酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性，通过土壤酶活性反映人为踩踏对荒漠区土壤质量的影响。结果表明：人为踩踏藻-地衣和藓类结皮可导致土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶、脱氢酶、碱性磷酸酶和蛋白酶活性的降低，且这些土壤酶活性与踩踏程度呈线性负相关。除踩踏程度外，土壤酶活性也受结皮发育阶段和土壤深度的影响；人为踩踏的藓类结皮下6种土壤酶的活性显著高于踩踏藻-地衣结皮（P<0.05），表明演替晚期的藓类结皮比早期的藻-地衣结皮具有更强的抗踩踏干扰能力；踩踏生物土壤结皮下0~5 cm土层的土壤酶活性显著高于5~15 cm土层（P<0.05）。此外，无论季节更替，土壤酶活性均表现为未踩踏>中度踩踏>重度踩踏，且踩踏或未踩踏结皮下土壤酶活性均表现明显的季节变化，夏季最高、秋季次之、春季再次之、冬季最低。腾格里沙漠人工植被区和天然植被区人为踩踏生物土壤结皮可降低土壤酶活性，表明踩踏生物土壤结皮可导致土壤质量下降和荒漠生态系统的退化。保护荒漠区的生物土壤结皮将有利于该区土壤及荒漠生态系统的恢复。     

生物土壤结皮对荒漠区土壤微生物数量和活性的影响

生物土壤结皮对荒漠生态系统的维持与改良发挥着重要作用。土壤微生物可敏感地指示土壤质量,是衡量荒漠区生态健康程度的重要生物学特征,而对荒漠区生物土壤结皮与土壤微生物关系知之甚少。本研究设计了两组对比试验。一组以腾格里沙漠东南缘的1956、1964、1981、1991年的植被固沙区结皮下的沙丘土壤为对象,以流沙区和天然植被区为对照。另一组以植被固沙区人为干扰生物土壤结皮下的沙丘土壤为研究对象,以未干扰结皮下的沙丘土壤为对照。结果表明：腾格里沙漠东南缘植被固沙区的藻-地衣和藓类结皮均可显著提高土壤可培养微生物的数量和基础呼吸（P<0.05）;适度人为干扰生物土壤结皮不会显著影响土壤可培养微生物的数量和基础呼吸,而严重人为干扰结皮可显著降低土壤可培养微生物的数量和基础呼吸,指示严重人为干扰结皮可导致荒漠区土壤质量下降;土壤可培养微生物的数量和基础呼吸也因结皮演替阶段的不同而有所不同,演替晚期的藓类结皮下土壤微生物数量和基础呼吸显著高于演替早期的藻-地衣结皮（P<0.05）;土壤可培养微生物的数量和土壤基础呼吸与固沙年限均存在显著的正相关关系,随着沙丘固沙年限的增加,结皮层增厚,结皮下土壤微生物数量及基础呼吸显著增加（P<0.05）;生物土壤结皮下土壤可培养微生物数量和基础呼吸呈现显著的季节变化,表现为夏季>秋季和春季>冬季。因此,腾格里沙漠东南缘植被固沙区的生物土壤结皮提高了土壤微生物数量和活性,表明生物土壤结皮有利于荒漠区土壤及荒漠生态系统的恢复。     

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。     

荒漠区食细菌线虫对生物土壤结皮下土壤微生物量的影响

为探明荒漠区土壤食细菌线虫与生物土壤结皮下土壤微生物量的关系,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,采集藻-地衣结皮和藓类结皮下0—10 cm土样,并以每克土壤15、30、45、60、90、120、150条的食细菌线虫密度接种,以未接种线虫的土样为对照,经一段时间的培养后测定接种和未接种食细菌线虫土壤的微生物量碳和氮。结果表明：无论藻-地衣结皮还是藓类结皮下的土壤,每克土壤90条以内的土壤食细菌线虫均可显著提高土壤微生物量碳和氮（P<0.05）,但随着土壤食细菌线虫的繁殖或过量接种,其与土壤微生物量之间呈现出由正相关性向负相关性的转变;此外,结皮类型也显著影响土壤微生物量碳和氮的含量（P<0.05）,发育晚期的藓类结皮下土壤微生物量碳和氮均高于发育早期的藻-地衣结皮。因此,在腾格里沙漠人工植被固沙区藻-地衣结皮和藓类结皮下,一定密度的土壤食细菌线虫能显著提高土壤微生物量,指示适当密度的土壤食细菌线虫可促进荒漠区土壤修复和改良。     

生物土壤结皮固沙理论与实践

生物土壤结皮是由土壤微生物、藻类、地衣和苔藓等孢子植物类群与土壤颗粒形成的有机复合体,在全球干旱区地表广泛分布,是干旱地表生物覆被层的主要构建者。生物土壤结皮是荒漠植物群落演替的先锋类群,能够提高荒漠地表的稳定性,固定碳和氮等营养元素,增加土壤肥力,并在保持土壤水分方面发挥重要作用,因此在干旱区受损地表的生态修复方面具有广阔的应用前景。通过分析组成生物土壤结皮的物种更替与维持其结构的胶结方式转变之间的生态关系,阐释了生物土壤结皮固沙的生物学基础,提出在人工结皮恢复实践中,应选择以本地优势物种（如具鞘微鞘藻、齿肋赤藓和银叶真藓等）为目标种的生态学原则,并通过对目标物种的纯化、培养,完成由实验室至温室的扩繁过程,实现逐级扩大生产,为野外固沙应用提供充足种源。阐述了结皮野外接种恢复的最适物种组成、物理化学方式结合的组合模式,提出应从地表稳定性、土壤养分和结皮物种多样性等方面进行生长状况评估,梳理了中国在结皮人工恢复领域的研究进展和面临的问题与挑战,阐释了利用人工培养生物土壤结皮开展生态修复的应用前景。     

干旱沙区生物结皮对土壤膨胀的影响北大核心CSCD

土壤膨胀通过改变土壤结构和水文过程影响土壤系统抵抗力和恢复力。生物结皮可以加速土壤形成,改变土壤理化性质,但生物结皮的形成和发育过程如何影响土壤膨胀还不清楚。本文借助空间取样替代时间的方法和模拟降水(0、1、3、5、10 mm)法,以腾格里沙漠南缘4个年代的固沙植被带(64、39、33、0年)的5种演替阶段的生物结皮(蓝藻、藻-地衣混生、真藓、土生对齿藓和齿肋赤藓)及其土壤为研究对象,旨在阐明生物结皮的形成和发育过程对土壤膨胀的影响及其对降水的响应。结果表明:(1)生物结皮的形成增加了土壤膨胀高度,结皮后土壤的平均膨胀高度是流沙的94倍,平均0.939 mm;(2)不同演替阶段生物结皮均随着其发育年龄的增加显著增加土壤膨胀高度(P<0.05),主要体现在两个方面,在同一植被区,从初级阶段到高级阶段生物结皮的膨胀高度逐渐增加(P<0.05),其中土生对齿藓结皮最显著,同一种结皮在不同植被区,随植被年龄的增加,发育39年的生物结皮膨胀高度增加最显著,其中以藻-地衣混生结皮最显著(P<0.05);(3)降水量增加显著增加生物结皮覆盖下土壤的膨胀高度(P<0.05),藓类结皮对降水量的敏感性最强,特别是对3 mm以内的降水;(4)冗余分析表明生物结皮演替阶段是干旱沙区土壤膨胀的最关键因子(RDA 1:88.21%,RDA 2:6.49%)。     

荒漠藓类结皮边缘效应下土壤肥力的灰色关联度分析

干旱半干旱地区土壤资源呈现高度异质性，植被分布斑块化成为该生态系统的普遍现象。藓类结皮是荒漠地表生物土壤结皮的主要类型，自然状态下藓类结皮通常呈现出典型的斑块状分布特征。应用灰色系统理论，以新疆北部古尔班通古特沙漠藓类结皮层土壤为研究对象，将藓类结皮斑块从中心至边缘划分3个圈层，通过对土壤的理化性质、酶活性、微生物生物量及微生物群落碳源利用等16项指标进行分析，利用灰色关联度分析法定量分析了藓类结皮斑块3个圈层的土壤肥力，并进行综合排序。结果表明：（1）藓类结皮斑块边缘圈层的土壤有机质、全氮、全钾、脲酶、过氧化氢酶、微生物生物量碳氮、平均吸光值（AWCD）均显著低于内部两个圈层，全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量及pH值、碱性磷酸酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶活性均不受边缘效应的影响，在3个圈层无显著差异。同时，土壤各项指标在斑块内部两个圈层均无显著差异。（2）藓类结皮斑块3个圈层土壤肥力的关联度值依次为中心圈层（0.65） > 中间圈层（0.59） > 边缘圈层（0.47），藓类结皮斑块结皮层的土壤肥力从中心至边缘逐渐降低。藓类结皮斑块状分布显著影响土壤肥力，导致土壤肥力空间异质性程度增大，从而可能影响荒漠植物群落，尤其是草本植物群落的空间分布格局。     

塔里木河下游退化荒漠河岸林地上植被与土壤种子库关系初探

以塔里木河下游为研究区,选择退化程度不同的4个典型断面19个样地,利用种子萌发法进行了两年的种子库土壤萌发实验,试图就生态严重退化区的土壤种子库与地上植被的关系以及退化程度的差异对种子库特征的影响开展针对性的研究。结果显示: ①塔里木河下游土壤种子库的基本特征是:种子库密度小、物种种类组成较单一、物种的多样性低和地上植被与种子库的相似性较低;②随退化程度的加剧,土壤种子库密度明显下降、表层种子库比例升高、一年生草本占优势逐渐向多年生草本和灌木转变、地上植被与土壤种子库物种组成上差异显著;③退化过程中种子库多样性的变化比地上植被变化要迟缓,但是在植被退化演替的末期,土壤种子库的物种多样性指数衰减的幅度又明显快于地上植被的衰减幅度;④受干旱环境和严重退化的双重影响塔里木河下游土壤种子库与地上植被的关系表现出退化演替末期共有物种数的减少和相似性明显递减的特点。     

湿地种子库研究概述

湿地土壤种子库的研究对深入了解湿地植被的结构与功能具有极其重要的作用。湿地种子库是湿地生态系统的重要组成部分,湿地种子库在地上植被演替以及退化湿地恢复中发挥着十分重要的作用。介绍了湿地种子库的主要研究方法以及湿地种子库研究的主要内容,包括湿地种子库物种组成和空间分布,湿地种子库的动态变化研究,种子库与地表植被的关系以及影响湿地种子库分布的因素等内容,并对湿地种子库的研究进行了展望。     

生物土壤结皮对库布齐沙漠北缘土壤粒度特征的影响

对库布齐沙漠北缘不同发育阶段的生物土壤结皮及其下层土壤粒度特征进行分析。结果表明：流动沙地和藻类结皮表层均以细砂和中砂成分为主,藓类结皮表层以细砂和极细砂为主。生物土壤结皮表层的中粉砂至黏土、粗粉砂和极细砂含量均高于其下层土壤。两种结皮样地均属于分选性较差等级,但结皮下层土壤分选性中等,3类曲线均不对称,属于正偏-极正偏等级,藓类结皮和藻类结皮表层的峰形均属于中等尖锐水平,而流动沙地的曲线尖窄。生物土壤结皮的成土作用随着结皮的发育阶段和土层深度的增加而表现出差异性和复杂性。     

油蒿(Artemisia ordosica)退化阶段对生物土壤结皮拓殖和发育的影响

2013年8月,在腾格里沙漠东南缘1990年建立的人工固沙植被区,分别对油蒿(Artemisia ordosica)生殖株、半死株和死株3个退化阶段植株西北、西南、东北和东南4个方向生物土壤结皮(BSCs)类型、盖度和厚度进行了调查。结果表明:油蒿灌丛周围共出现了3类BSCs,分别为藻类结皮、地衣结皮和藓类结皮,藻类结皮分布范围最广。油蒿生殖株、半死株、死株灌丛均表现出西北方向BSCs盖度最大分别为89.75%、98.55%、80.40%;东南方向的盖度最小分别为23.10%、35.40%、25.44%;BSCs的厚度同样表现为西北方向最大分别为4.48、6.86、5.14mm,东南方向最小分别为2.14、3.26、2.80mm。油蒿生殖株、半死株和死株3个退化阶段BSCs总盖度表现为半死株生殖株死株,厚度表现为半死株死株生殖株。不同退化阶段的油蒿显著影响BSCs的拓殖和发育,尤其是处于BSCs演替后期的地衣结皮和藓类结皮;油蒿植株的生长过程的也是干旱、半干旱区地表微地貌逐渐变化的过程。     

包兰铁路沙坡头段防护体系生物土壤结皮沉积特征及其风沙环境意义

分析了沙坡头段防护体系生物土壤结皮类型、地表紧实度和沉积物机械组成的空间分布及其对风沙环境的指示意义。结果显示,沿主风向生物土壤结皮从无发育、斑块状分布,到连续分布;类型由地衣-藻结皮为主逐渐演变为苔藓结皮与其交错分布,地表紧实度逐渐增大。表层沉积物粒径随防护距离增大逐渐变细,悬移组分含量增加,结皮层粘粒和粉砂含量较高。表明防护体系内风沙活动由强烈蚀积逐渐转变为沉积主导,风沙环境趋于稳定。结皮沉积特征随沙丘地形起伏表现出波动变化,显示沙丘地形对局地风沙环境的影响。     

干旱沙区生物土壤结皮覆盖土壤CO2通量对脉冲式降雨的响应

水分是干旱区生态过程中主要限制因子,降水可通过改变土壤的干湿状况直接影响土壤的生态过程,继而引起土壤碳库的变化。生物土壤结皮作为干旱区主要的地表覆盖物,其自身不但可以进行呼吸作用,还能充分利用有限的水分通过光合作用固碳,改变土壤圈与大气圈之间的碳交换通量。通过模拟0、2、5、8、15 mm降雨,利用红外气体分析仪,对腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区主要的生物土壤结皮覆盖土壤净CO₂通量进行了原位测定,探讨生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放和光合固定CO₂(吸收)共同作用下的土壤净CO₂通量对模降雨的响应特征。结果表明:(1)降雨会迅速激发生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放,降雨激发CO₂释放速率和有效时间取决于降雨量,降雨量越高,激发程度越低,激增的生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放(源)效应有效时间随降雨量的增加而延长;降雨激发的土壤碳释放总量随着降雨量的增加显著增加,且藓类结皮覆盖土壤碳释放总量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(2)降雨引起生物土壤结皮覆盖土壤CO₂吸收速率在初期呈单峰变化,后逐渐回归到降雨前的水平,随降雨量的增加,CO₂吸收的效应的时间越长,峰值越高;降雨量越高,生物土壤结皮光合碳固定量越多,当降雨量增加到15 mm时,藻类结皮光合碳固定量显著低于8 mm时的碳固定量;降雨量<5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著低于藻类结皮(P<0.05),≥5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(3)干旱荒漠地区生物土壤结皮覆盖土壤,在无降雨的干旱期表现为较低水平的净碳排放效应,不同程度降雨的初期阶段都有短暂的增加土壤碳的汇效应,且碳汇效应的时间随降雨量的增加而延长;适度的降雨会降低长期干旱藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放量,而过高或过低的降雨都会不同程度地增加藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放,降低土壤碳的储量。不论降雨量大小,降雨都会增加藓类结皮覆盖土壤更多碳向大气排放,但随着降雨量的增加,源效应逐渐减弱。降雨量≤8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放总量显著高于藻类结皮(P<0.05),当降雨量>8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放量显著低于藻类结皮覆盖土壤(P<0.05)。因此,干旱区在估算生物土壤结皮覆盖土壤与大气碳交换对降雨的响应规律时,应该充分考虑降雨量大小对生物土壤结皮碳固定量和土壤碳释放组分的效应,明确降雨事件大小对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤与大气之间碳交换的作用。     

干旱区生物土壤结皮对种子植物多样性的影响

通过调查古尔班通古特沙漠筑路形成的严重干扰样方与自然状态下轻微干扰样方种子植物多样性的差异,结合人为干扰生物土壤结皮样方的结果,综合生物土壤结皮土壤种子库、结皮上种子萌发、生长以及土壤养分与水分的特征,研究生物土壤结皮对种子植物多样性的影响。结果表明：完整结皮与适度干扰后结皮样方内植物多样性指数D分别为0.3296和0.5291,多样性指数H分别为0.8400和1.2957,差异均达到显著水平;严重干扰样方的多样性指数D和多样性指数H均显著低于轻度干扰样方的对应指标。说明对生物土壤结皮 “适度”干扰使其保持在早期发育阶段有利于增加种子植物多样性,而“严重”干扰使结皮变为流沙阶段会降低种子植物多样性。结皮影响种子植物多样性的机理主要在于发育后期的生物土壤结皮会降低土壤种子库,也会抑制多数种类种子萌发,夏秋季结皮深层土壤水分的减少也不利于深根植物的生存,但结皮土壤拥有相对较高的养分条件却能保证一年生短命植物生长和生存。相对于流沙,生物土壤结皮的存在有益于保持相对较高的植物多样性,这可能归功于生物土壤结皮有利于地表稳定性、以及其在防风蚀和土壤形成等方面重要的生态功能,因而,在采取 “适度”干扰措施以提高植物多样性之前需要慎重考虑可能带来的不利影响。     

固沙植被区两类结皮斑块土壤呼吸对降雨脉冲的响应

与降水事件密切相关的土壤水分有效性是荒漠生态系统土壤呼吸的重要驱动因子。研究了固沙植被区以藓类和藻类为主的生物土壤结皮斑块土壤呼吸对模拟降雨(5、10、20 mm)的响应。结果表明:3种降雨量对不同结皮斑块土壤呼吸均有显著的激发作用, 但2种土壤的响应特征不同。藓类结皮斑块土壤呼吸速率在降雨后0.5 h达到最大值, 而藻类结皮斑块土壤在降雨后2 h达到最大值, 其呼吸速率分别是降雨前土壤呼吸速率的43~58、21~25倍,随后, 两类结皮斑块土壤呼吸速率逐渐下降并恢复到降雨前水平。随着降雨量的增加, 藓类结皮斑块土壤最大呼吸速率和平均呼吸速率显著增大, 而藻类结皮斑块土壤则无明显变化; 2种土壤碳释放量均随着降雨量的增大而增加。在相同降雨条件下, 藓类结皮斑块土壤呼吸速率峰值和平均值及碳释放量均显著大于藻类结皮斑块土壤。表明生物土壤结皮和降雨量均对荒漠生态系统土壤呼吸起着重要的调控作用。     

梭梭林土壤结皮发育对黄花补血草种子萌发和种群特征的影响

通过梭梭林下黄花补血草种群发育和土壤种子萌发动态的野外调查以及模拟土壤结皮、降水试验,研究了土壤结皮发育(无结皮覆盖土壤NSC、物理结皮覆盖的土壤PSC、生物结皮覆盖的土壤BSC)对其土壤种子萌发、幼苗死亡、种群特征的影响以及土壤结皮发育与模拟降水的相互作用,旨在为梭梭林下黄花补血草种群建植以及灌草结合的治沙模式提供理论依据。研究结果表明:(1)土壤结皮的发育可以促进黄花补血草土壤种子萌发,表现为BSCPSCNSC,且处理间差异极显著(P0.01);而种群密度则受到限制,NSC和PSC覆盖的土壤与BSC覆盖的土壤之间差异极显著(P0.01);种群的平均株高和冠幅逐渐增大,但差异不显著(P0.05)。(2)在15 mm模拟降水条件下,土壤结皮发育对种群密度和土壤种子萌发均具有显著促进作用,具体表现为PSCBSCNSC,且差异极显著(P0.01),对种群的平均株高和冠幅没有显著影响(P0.05),而幼苗死亡率表现为NSCBSCPSC,且差异性极显著(P0.01)。(3)随着模拟降水量的逐渐增加,3种土壤结皮覆盖的土壤种子萌发率逐渐增大,而其幼苗死亡率逐渐减小;而不同结皮间存在差异性,表现为土壤种子萌发率BSCPSCNSC,幼苗死亡率NSCPSCBSC。梭梭林下土壤结皮发育既增加了土壤表层水土环境的稳定性,又增加了黄花补血草土壤种子基数,有利于土壤种子萌发和种群的更新和发育,而模拟降水可有效改善土壤水分条件,特别是结皮层土壤水分,为黄花补血草土壤种子萌发和种群更新提供了必要的物质基础和环境条件。     

腾格里沙漠南缘花棒（Hedysarum scoparium）人工固沙林演替规律与机制

人工固沙林演替决定着固沙造林的成效。在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择造林封育5、15、25年花棒(Hedysarum scoparium)人工固沙林,对照流动沙丘和地带性植被样地,从生态水文、土壤种子库、土壤-植被相互关系等方面研究了人工固沙林演替的生态学机制,为区域人工固沙植被建设、保护和修复提供理论依据。结果表明:腾格里沙漠南缘花棒人工固沙林演替过程中,花棒、沙米(Agriophyllum squarrosum)和沙蒿(Artemisia rtemisia sphaerocephala)逐渐退出,自然优势种由一年生草本植物向半灌木、半灌木与多年生草本植物演替,25年后形成相对稳定的近自然固沙植被,呈现向草原化荒漠演替的趋势,但与地带性植被相似性只达到50%。表层土壤持水力持续增强,25年后达到流动沙丘的3.4倍,引起土壤水分浅层化和深层土壤干旱,驱动了深根系植物的衰亡和浅根性草本植物的发展。土壤种子库中沙米和沙蒿快速减少,并在造林25年后消失;油蒿(Artemisia ordosica)持续增加,短花针茅(Stipa breviflora)在25年后出现;土壤种子库与地上植被组成的相似性超过50%,驱动人工固沙林向油蒿+多年生草本植被演替。伴随人工固沙林植被演替,土壤容重持续降低,黏粒、粉粒、有机质和全氮含量持续增大,与人工固沙林群落、物种组成形成密切的对应关系,决定了固沙林演替阶段和物种组成。固沙造林启动并加速了自然植被的恢复演替,是干旱区沙化土地生态恢复的必要措施,但要充分考虑地带性植被和生境条件,以快速建立稳定的近自然植被。