土壤微生物结皮对两种一年生植物幼苗存活和生长的影响

在温室实验和野外调查中,分析了两种一年生草本植物小画眉草(Eragrostics poaeoides)和雾冰藜(Bassia dasyphylla)的幼苗在苔藓结皮、藻结皮和流沙上的存活和生长状况。两种植物的幼苗存活率均表现出在苔藓结皮上最高而在流沙基质中最低。两种植物幼苗存活率与土壤表层水分含量呈正相关关系。与小画眉草相比较,雾冰藜的幼苗在萌发后根生长较为迅速,在3种土壤类型中和干湿两种水分处理下,雾冰藜较小画眉草均具有较高的幼苗存活率。在干燥处理下,生长在有结皮土壤中的两种植物的植株干重大约是生长在无结皮土壤中植株的5倍。增加水分能降低植株幼苗的死亡率,促进植株生长;增加水分也能在一定程度上减弱因土壤基质差异对幼苗存活和幼苗生长的影响。因此,在自然状况下年降雨量的多少和分配状况的差异可能会影响这两种植物每年幼苗存活率和生长状况的差异,进而会影响到这两个种群在人工固沙区盖度和分布格局的差异性。     

水分和沙埋对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响

通过室内试验研究了土壤水分和沙埋深度对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响。结果表明:草本雾冰藜（Bassia dasyphylla）种子萌发和幼苗出土喜好水分,水分含量越高,种子发芽率越高;半灌木黑沙蒿（Artemisia ordosica）、灌木沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）和沙棘（Hippophae rhamnoides）种子在含水量为15%~20%的土壤中发芽率高,干旱或水分含量过高会导致种子发芽率降低。沙埋深度显著影响种子的萌发和出苗,雾冰藜种子在无沙埋时发芽率最高,黑沙蒿适宜沙埋深度为0.5 cm,沙冬青和沙棘适宜沙埋深度1.0 cm。     

生物土壤结皮与种子附属物对4种荒漠植物种子萌发的交互影响

生物土壤结皮能直接或间接地影响维管植物种子萌发与群落建成,种子本身的生物学特征（如种子附属物等）对萌发也存在一定影响。本研究选取古尔班通古特沙漠4种常见的具有不同形态附属物的藜科植物（梭梭（Haloxylon ammodendron ）、粗枝猪毛菜（Salsola subcrassa ）、心叶驼绒藜（Ceratoides ewersmanniana ）和角果藜（Ceratocarpus arenarius ））种子,设置苔藓结皮、地衣结皮和裸沙3种土壤基质,通过去除或保留种子附属物,对比研究了生物土壤结皮与种子附属物对种子萌发的影响。结果表明：粗枝猪毛菜和梭梭的苞片显著抑制了种子萌发（p <0.05）,心叶驼绒藜的柔毛和角果藜的刺状附属物对种子萌发没有显著影响（p >0.05）。与裸沙相比,苔藓结皮显著抑制了4种植物种子的萌发（p <0.05）,地衣结皮显著抑制了粗枝猪毛菜种子的萌发（p <0.01）,而对其他3种植物种子的萌发无显著影响（p >0.05）。同时,附属物与结皮对粗枝猪毛菜种子的萌发还具有交互作用,表现为显著抑制种子萌发（p <0.01）。可见,生物土壤结皮对具有不同附属物的荒漠植物种子萌发具有不同的影响,进而造成维管植物种子萌发的空间异质性,影响维管植物分布和多样性。     

干旱沙区土壤结皮发育对草本植物土壤种子库的影响北大核心CSCD

为了探讨干旱沙区土壤结皮发育对草本植物土壤种子库的影响,以巴丹吉林沙漠南缘已发育土壤结皮的区域为场所,通过野外调查与土培萌发的方法,对土壤结皮不同发育阶段的地表特征及草本植物土壤种子库特性进行了研究。结果表明:(1)结皮前期向藓类结皮的演替导致地表微形态、结皮层厚度均出现明显的变化,并在不同发育阶段间呈现出一定的差异性(P<0.05)。(2)随着土壤结皮不断演替,种子库中沙生物种逐渐退出、旱生物种陆续出现,优势种演变为画眉草(Eragrostis pilosa)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)→画眉草、雾冰藜、盐生草(Halogeton glomeratu)→画眉草、盐生草→画眉草。(3)在土壤结皮整个演替过程中,种子库密度、物种多样性指数均出现了先增大后减小的变化趋势(峰值在藻类-地衣结皮阶段),地衣-藓类结皮阶段(或更高)各指标值均显著小于结皮前期(P<0.05);同时,种子库水平分布逐渐均匀化、垂直分布趋于结皮层,种子库与地上植被物种相似性明显降低。因此认为,土壤结皮发育不仅通过增强地表稳定性、改变地表微形态影响种子库的空间分布,还通过改变土壤生境条件影响地上植被对种子库的贡献能力。     

生物土壤结皮对土壤种子库的影响

在自然光照条件下,对草原化荒漠地带的苔藓与藻类两种生物土壤结皮进行干、湿处理, 第26卷第6期2006年11月中国沙漠JOURNAL OF DESERT RESEARCHVol. 26No.6Nov. 2006研究其上种子库组成与数量特征,结果表明:①有9种植物的幼苗出现在含有生物土壤结皮覆盖的表土中,它们分别是独行菜（Lepidium ruderate L.）、油蒿(Artemisia ordosica Krasch)、灰绿藜(Chenopodium glaucum L.)、多根葱(Allium polyirhizum Turcz.ex Rgl.)、小画眉草(Rragrostis poaeoides Beauv)、 雾冰藜(Bassia dasyphylla （Fisch.et Mey）)、 马齿苋(Potulaca oleracea L.)、狗尾草(Setaria viridis (L.)) 、苋菜(Amaranthus.retroflexus L.),其中一年生草本植物有7种;②在不同类型的结皮上,土壤种子库的总储量以及每种植物种子的储量存在着显著的差异:对于湿润处理的两种结皮,萌发的幼苗总密度存在着极显著的差异（P<0.001）,对于干燥处理的两种结皮,萌发幼苗的总密度也存在着显著的差异（P<0.05）;③水分是限制结皮种子库植物种子萌发的主要原因,苔藓与藻结皮上萌发的种子总密度都存在极显著的差异（P<0.001）。     

科尔沁沙地人工林下结皮发育对表土特性影响的研究

通过野外取样和室内分析相结合,对科尔沁沙地不同生长年限人工林下土壤结皮的理化性质及结皮发育对表层土壤特性的影响进行了初步研究。结果表明,3 a、15 a生杨树林下分别发育了物理结皮、地衣结皮和苔藓结皮,15 a、25 a生樟子松林下均发育了苔藓结皮,结皮的厚度、紧实度、水分、粘粉粒含量及全效、速效养分等随物理结皮向苔藓结皮的发育依次增加。同时,结皮的存在增加了其下层土壤颗粒组成中的极细沙和粘粉粒含量,富集了结皮下土壤的有机质、全N、全P、速效N、速效P等养分,而且结皮对下层土壤的这些影响作用从物理结皮、地衣结皮到苔藓结皮呈逐渐增长的趋势。同一结皮下土壤粘粉粒含量、养分含量在0—5 cm范围内由表及里呈递减趋势,但均高于对照无结皮层相对应的值。25 a生樟子松林下发育的苔藓结皮及其下层土壤的理化状况明显优于其他人工林下结皮的情况。     

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。     

沙坡头人工固沙区草本层片组成及其动态研究

通过跟踪观测一年生植物层片在一个生长周期内种类组成及其重要值的变化,并分析变化的生态学机理,得出如下结论:①在固沙区草本层片内,小画眉草的多度、盖度和重要值在群落中所占比例较大,是群落优势种;②在充足的降雨后,一年生植物都突发性萌发,但随着降雨的减少,层片内的一年生植物种群都呈衰退之势,其中小画眉草和虎尾草种群急剧减少,狗尾草、雾冰藜和虫实种群减少幅度不大.在生长后期由于降雨增多且较为均匀,层片内各物种种群数量变化不大,各自完成生活史;③狗尾草、雾冰藜和虫实在整个生长季节种群的数量和频度变化幅度较小,其相对盖度随着时间的推移呈渐次增长之势;④草本层片的变化动态与降雨有较大的相关性.     

苔藓结皮对土壤风蚀影响的风洞试验和模拟北大核心CSCD

生物结皮在干旱半干旱地区土壤风蚀防控中发挥着重要作用。明确生物结皮对土壤风蚀的影响,对量化风蚀预报模型中的生物结皮因子、提高模型预测风蚀的准确性和可靠性具有重要意义。本研究以苔藓结皮为例,对比了风洞试验和单次事件风蚀评估模型(SWEEP)模拟的风蚀速率与输沙率的差异,分析了苔藓结皮盖度和空间分布对土壤风蚀的影响。结果表明:(1)风蚀速率和输沙率均随结皮盖度的增加而减小,尤其是在较大风速下(15 m·s^(-1)),当结皮盖度从10%增加到80%时,风洞试验的平均风蚀速率和输沙率分别减小了98.3%和99.3%,SWEEP模拟的结果分别减小了93.2%和78.9%。(2)相同结皮盖度下,苔藓结皮分布于上风向区域时土壤风蚀速率和输沙率最小,斑块状分布次之,分布于下风向区域时最大。(3)对比风洞试验和SWEEP模拟结果,不同结皮盖度下SWEEP模拟的风蚀速率和输沙率大多显著(P<0.05)高于风洞试验结果。未来的研究应在风蚀预报模型中构建生物结皮因子影响风蚀速率的定量表达,以提高模型预报风蚀的准确性。     

雾冰藜(Bassia dasyphylla)种子萌发和幼苗生长对盐碱胁迫的响应

一年生植物是干旱半干旱地区植被的重要组成部分,是许多植物生态学关键问题研究的良好试验材料。为研究荒漠区一年生植物雾冰藜(Bassia dasyphylla)对盐碱生境的适应能力,采用2种中性盐NaCl、Na_2SO_4及2种碱性盐Na_2CO_3、NaHCO_3按不同比例混合成30种溶液对雾冰藜种子进行胁迫处理。结果表明:在所模拟的均匀覆盖了总盐度50~250mmol·L^-1、pH 7.10~10.19范围内的30种盐碱条件下,雾冰藜的各项萌发参数和生长指标在对照组(CK)下最高,且均随盐浓度及pH的升高而下降,各处理组与对照组间存在显著差异(P<0.05);盐度、pH及二者之间的交互作用对萌发和生长指标均有显著抑制作用(P<0.05);不同盐碱组分对雾冰藜种子萌发和幼苗生长的抑制作用表现为Na2CO3>NaHCO_3>NaCl>Na_2SO_4。雾冰藜种子在萌发阶段比幼苗生长阶段对盐碱胁迫更敏感,盐度是种子萌发的主要胁迫因素,pH值则是幼苗建植的主要胁迫因素。盐碱条件下盐度和pH之间交互作用对雾冰藜种子萌发阶段和幼苗建植的抑制影响比单一的盐或碱胁迫的影响大。     

荒漠人工植被区典型生物土壤结皮的固碳模型研究

生物土壤结皮（BSC）是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,在荒漠系统碳的源-汇功能中发挥着重要的作用。本文以沙坡头人工植被区两种典型的BSC（苔藓结皮和藻类结皮）为研究对象,通过对土壤水分的连续测定,确定BSC光合和呼吸作用的有效湿润时间及其与土壤水分、温度和太阳辐射的关系,建立了土壤水分驱动下的固碳模型。以2012年5月19—25日为例,计算了苔藓结皮和藻类结皮在试验期间的日固碳量,并估算了两类结皮的年际固碳量。结果表明:苔藓结皮和藻类结皮由于自身水文物理性质的差别显著影响到其下层土壤水分和温度的变化;降雨是BSC固碳活性的重要来源,并且苔藓结皮更容易受到非降雨水（如雾水、凝结水等）的影响而使其固碳潜力大于藻类结皮。初步估算苔藓结皮和藻类结皮的年固碳量分别可以达到33.33 g·m-2·a-1和14.01 g·m-2·a-1,其中由非降雨水所引起的固碳量达到了6.58 g·m-2·a-1和2.65 g·m-2·a-1,分别占到了全年固碳量的19.7%和18.9%。充分肯定了BSC在荒漠人工植被区碳汇的功能。     

科尔沁沙地持续放牧和不同强度放牧后封育草场中生物结皮生物量和土壤因子的变化

通过对科尔沁沙地放牧后封育样地和放牧样地生物结皮生物量的研究,探讨了不同样地生物结皮生物量的变化规律及其与环境因子的相互关系。结果表明,封育样地藓类和藻类植物的生物量显著高于放牧样地;在封育样地内,轻度、中度放牧封育区显著高于重度放牧封育区（P＜0.05）。封育样地生物结皮的土壤微生物量碳、氮含量高于放牧样地,并且各样区藓结皮土壤微生物量碳、氮含量显著高于藻结皮（P＜0.05）。在封育样地内表现为轻度、中度放牧封育区土壤微生物量碳、氮含量较高,重度放牧封育区含量较低,体现出不同强度放牧封育停牧后对土壤微生物量碳、氮影响的滞后效应。藻类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量和粉黏粒呈极显著正相关（P＜0.01）,与细沙呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈极显著负相关（P＜0.01）。藓类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量、粉黏粒呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈负相关,但不显著。藻类植物的生物量与土壤因子之间的相关性更为密切。     

藻类结皮自然恢复后抗风蚀特性研究

从风沙物理学的角度出发,通过风洞实验研究藻类结皮对起动风速、摩阻风速、空气动力学粗糙度等的影响,探讨未破坏藻类结皮和一定程度破坏后自然恢复藻类结皮抗土壤风蚀特性。实验结果表明:无论是完好结皮还是自然恢复后的结皮,都可以提高结皮的起动风速、摩阻风速和空气动力学粗糙度长度。结皮的起动风速大于17 m·s^-1,摩阻风速在0.62~1.21 m·s^-1之间,空气动力学粗糙度长度在0.03~0.13 cm之间。同时给出了摩阻风速和风速之间以及空气动力学粗糙度长度和摩阻风速之间的经验公式。     

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。     

腾格里沙漠固定沙丘结皮层藓类植物的生态功能及与土壤环境因子的关系

通过1998-2001年的野外调查,沙坡头地区固定沙丘结皮层藓类植物共3科、11属、24种,新发现 8 个本地区新记录种。人工固定沙丘仅分布有7种藓类,而自然固定沙丘包括了所有的 24 种藓类,具有较高的物种多样性,构成了复杂的苔藓植物群落。沿坡向随高度的上升,藓类植物的盖度减少,而藻类植物的盖度却有上升的趋势。自然固定沙丘藓类植物盖度明显小于围封的人工固定沙丘。人工固定沙丘随着固定年限的增加,藓类植物的生物量明显增高,不同种类藓类植物的生物量明显不同,综合盖度因素,真藓拥有该地区最大的生物量。不同类型、不同种类的藓类植物结皮厚度和株高之间都存在显著的相关性(P < 0.01)。不同固定沙丘藓类结皮土壤的总盐量、阴、阳离子总量都明显高于藻结皮和流沙,苔藓结皮中苔藓植物体内Mg/Ca率在0.50~0.98之间,结皮土壤Ca²⁺含量明显高于其他3种离子,Na⁺、K⁺离子含量较少。苔藓植物生物量与土壤磷、土壤有机质呈明显正相关(P < 0.05),土壤pH值与土壤磷含量和苔藓植物生物量呈显著负相关(P 分别为 < 0.01 和 < 0.05),表明高的 pH值显著影响土壤磷含量和植物生物量。藓类结皮土壤中的有机质、全磷、全氮、速磷、速氮含量显著高于藻结皮的含量,尤其是有机质含量,藓类结皮都超过了1%的水平,在有机质含量普遍低于1%的沙区,对维持沙丘的稳定,促进维管植物的定居和繁殖起着极其重要的作用。     

腾格里沙漠沙坡头地区固沙植被对生物多样性恢复的长期影响

地处腾格里沙漠东南缘的沙坡头人工固沙植被始建于1956年,46 a来不仅确保了包兰铁路沙漠地段的畅通无阻,而且对区域生态环境的恢复产生了巨大的影响,成为我国干旱沙漠地区交通干线荒漠化防治与生态恢复的成功模式。长期定位监测结果表明:人工固沙植被建立4~5 a后,沙丘表面物理结构初步得到稳定,并由大气降尘形成的无机土壤结皮逐渐演变形成土壤微生物结皮。荒漠藻类、苔藓和地衣等隐花植物在结皮层中得到了大量的繁衍:固沙植被建立46 a后出现藻类24种;苔藓仅有5 种,少于天然固定沙丘结皮上的种类,此外,地衣也在植被区发现,这说明固定沙丘景观逐渐趋于稳定的状态;相对于流沙区,固沙植被区近地面风速降低了 40%,土壤有机质含量增加了60%,其中氮、磷、钾等荒漠生态系统主要限制养分因子及土壤理化性质得到了改善,沙丘表层成土过程明显;土壤水分循环的时空变异驱动了植被的演变,为大量的草本的侵入和定居创造了条件;此外,对鸟类、昆虫和土壤动物及荒漠动物的生存产生了积极的影响。46 a后,固沙植被区共有鸟类 28 种,昆虫 50 种,动物 23种。生物多样性的恢复使原有的相对单一的固沙植被演变成一个结构、组成和功能相对复杂的荒漠生态系统。沙坡头地区生态环境在人为促进下的恢复为我国西部生态建设提供了科学依据。     

固沙植被区典型生物土壤结皮类型下土壤CO2浓度变化特征及其驱动因子研究

对固沙植被区典型分布的藻类结皮、藓类结皮和流沙下不同深度的土壤气体采样,主要研究和讨论了不同类型生物土壤结皮下土壤CO2浓度的变化特征,及土壤温度和土壤水分对它的影响。结果表明,藻类结皮和藓类结皮在0~40 cm处的土壤空气CO2浓度平均值基本保持在600~1 100 μmol·mol-1之间,大于同一深度流沙下土壤CO2浓度值,但三者之间的差异并不显著。土壤温度与土壤CO2浓度呈正相关关系,且在表层相关性最强,具体表现为流沙>藓类结皮>藻类结皮。土壤水分对土壤CO2浓度的影响在表层0~5 cm为流沙>藻类结皮>藓类结皮,但在下层10~40 cm处为藻类结皮>藓类结皮>流沙。