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）。     

生物结皮中优势蓝藻胞外多糖对几种荒漠草本植物种子萌发的影响

蓝藻是荒漠生物结皮的重要组成。选取生物结皮中的优势蓝藻(具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、眼点伪枝藻(Scytonema ocellatum)、地木耳(Nostoc commune)),通过提取其胞外多糖,研究了不同蓝藻胞外多糖对荒漠植物种子萌发的影响。结果表明:具鞘微鞘藻、眼点伪枝藻的胞外多糖对粗枝猪毛菜(Salsola subcrassa)的种子萌发表现为低浓度抑制、高浓度促进作用,地木耳的胞外多糖仅在高浓度时对粗枝猪毛菜的种子萌发具有促进作用(p<0.05);具鞘微鞘藻胞外多糖对小花荆芥(Nepeta micrantha)种子萌发无明显的影响作用,但眼点伪枝藻和地木耳对小花荆芥种子萌发具有抑制作用。具鞘微鞘藻、眼点伪枝藻和地木耳胞外多糖对琉苞菊(Hyalea pulchella)种子萌发具有明显的抑制作用。藻种胞外多糖组分的差异和不同种子的生物学特性差异可能是造成不同藻种胞外多糖对种子萌发产生不同影响的主要原因。     

生物土壤结皮对温带荒漠植物凋落物分解的影响

环境和微生物群落的变化会影响凋落物的分解过程。生物土壤结皮是干旱荒漠区地表普遍存在的生物覆盖，对土壤物理化学性质有显著影响，但对于是否影响荒漠植物凋落物分解缺乏深入了解。选择8种在古尔班通古特沙漠广泛分布的荒漠植物（白梭梭Haloxylon persicum、梭梭Haloxylon ammondendron、黑沙蒿Artemisia ordosica、粉苞菊Chondrilla piptocoma、羽毛针禾Aristida pennata、刺沙蓬Salsola ruthenica、紫翅猪毛菜Salsola affinis、钩刺雾冰藜Bassia hyssopifolia），分析生物土壤结皮覆盖对这8种凋落物质量损失率和分解速率的影响。结果表明：生物土壤结皮和植物种对凋落物质量损失率有极显著影响（P<0.01），生物土壤结皮的存在增大了荒漠植物凋落物质量损失率，不同物种的分解率差异显著。8种植物凋落物的质量损失率在结皮覆盖条件下为13.67%~64.56%，去除结皮处理下为13.58%~54.13%。其中，结皮覆盖条件下白梭梭、梭梭、紫翅猪毛菜的质量损失率（46.12%、41.26%、64.56%）显著高于去除结皮处理（35.85%、36.97%、54.13%，P<0.05）。生物土壤结皮的存在缩短了凋落物的半分解和95%分解时间，缩短长度随物种差异而不同，受凋落物的初始全碳和全氮含量调节。荒漠地表生物土壤结皮对植物凋落物分解具有促进作用，且这种作用具有显著的种间差异，地表生物土壤结皮的存在对初始全碳含量较低而全氮含量较高的凋落物促进作用更明显。     

沙尘沉降可能阻滞泥炭地植被的自发演替

以长白山区泥炭地的6种泥炭藓孢子和8种维管植物种子为受试材料,进行室内模拟实验,对比研究了沙尘沉降对泥炭藓孢子和维管植物种子萌发的影响。数据分析显示,施加沙尘抑制除锈色泥炭藓外其他所有泥炭藓孢子的萌发,在接近自然沉降的50 g/(m²·a)水平时,这些泥炭藓孢子的萌发率均下降一半以上。无论沙尘施加量如何,有4种维管植物种子均未萌发。施加沙尘抑制了狭叶杜香（Rhododendron tomentosum）和小白花地榆（Sanguisorba parviflora）种子的萌发,但却对宽叶杜香（Rhododendron palustre）和燕子花（Iris laevigata）种子的萌发呈现一定的促进趋势。研究表明,沙尘沉降可抑制泥炭地泥炭藓孢子和部分典型维管植物种子的萌发,但可能会对非典型的或喜营养的泥炭地维管植物种子萌发产生促进作用。所以,长期存在的沙尘沉降,可能通过提高泥炭地N、Ca水平和pH值的作用,抑制泥炭藓孢子定居,阻滞中国长白山区泥炭地自发演替的进程。     

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。     

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。     

微生物结皮对两种一年生植物种子萌发和出苗的影响

在温室中对两种一年生植物的种子在微生物结皮和流沙对照上的萌发和出苗状况进行了实验.结果表明:在湿润和干燥状况下,苔藓结皮和藻结皮对种子萌发和出苗状况的影响,完整的和破坏的苔藓结皮和藻结皮对种子萌发和出苗状况的影响,总的来说雾冰藜(Bassia dasyphlla)在完整的苔藓结皮和破坏的两种结皮中出苗率均较高.完整致密的藻结皮能阻止雾冰藜的根接触土壤从而对其出苗设置了物理屏障.小种子植物小画眉草(Eragrostics poaeoides)因其种子较大,种子植物有相对大的土壤接触面积和具有特殊的结构须根,从而较容易克服结皮造成的物理屏障,穿透完整致密的结皮层而到达土壤.在破坏的微生物结皮中小画眉的出苗率略有降低.水分处理仅对雾冰藜的出苗有显著影响.在湿润处理下雾冰藜的出苗率要高于在干燥处理下的.因此,自然状况下年降雨量和分配状况的差异可能会影响这两种植物每年幼苗出苗率的差异,进而会影响到这两个种群在人工固沙区分布格局的差异.     

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。     

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。     

古尔班通古特沙漠苔藓结皮中可培养细菌多样性特征

在不同类型的生物土壤结皮中,苔藓结皮蓄水能力、抗机械干扰和固沙的能力最强,在受损沙地的人工修复中发挥着更为重要的生态作用。通过挖掘具固氮、固沙等功能的重要菌株资源可改善苔藓结皮的土壤结构、增强苔藓植物抗旱性、提高苔藓生长。前期工作中发现集中分布于垄间低地的苔藓结皮中微生物数量远高于沙垄其它部位的结皮,但究竟是哪些特殊类群的细菌对苔藓结皮的生态功能产生影响尚不清楚。本文对苔藓结皮中数量占绝对优势的细菌多样性进行了进一步的分析,结果表明:(1)分离、纯化的25株菌可初步归为3门3纲4目6科6属,未见新属。其中,芽孢杆菌属(Bacillus)占绝对优势(52%);(2)进一步的blast同源性分析表明,25株菌可归为18个OTUs(OperationalTaxonomicUnit),未见疑似新种(同源性均97%),其中芽孢杆菌属OTU比例最高(39%);(3)将结果与前期工作中地衣结皮可培养细菌多样性进行了对比分析,发现该沙漠苔藓结皮中的可培养细菌Shannon-Wiener多样性指数为2.77,高于地衣结皮(2.55)。这与苔藓结皮具有更强的抗风蚀能力和更高的蓄水能力有关。而硅酸盐细菌在两类结皮中均存在,该类菌株将与苔藓植物协同固沙,推进生物土壤结皮的发育。     

古尔班通古特沙漠南缘心叶驼绒藜种群更新的空间格局

心叶驼绒藜（C. ewersmanniana）是干旱区优质牧草和防风固沙植被的主要物种。在古尔班通古特沙漠南缘选择两个200 m×200 m具代表性样地,采用Ripley’s K(d)函数分析了心叶驼绒藜种群更新空间特征以及与群落梭梭（^{Haloxylon ammodendron}）、琵琶柴（^{Reaumuria soongorica}）、新疆绢蒿（^{Seriphidium kaschgaricum}）等三种主要灌木物种间作用关系。发现两个样点心叶驼绒藜大株（繁殖株）的空间分布对后代以及整个种群的空间分布影响极大,两个样点心叶驼绒藜大株、中株均与幼株间呈不同尺度的正关联,全部植株以及幼株都与新疆绢蒿呈正关联,与梭梭呈负关联,与琵琶柴关联性在两个样点结果相反。分析认,为心叶驼绒藜种群更新对成株依赖性极强,空间扩展能力很低。在0—35 m范围内种群更新的空间自相关性明显。四种灌木空间分布关系除受各自生态位决定外,主要受水等环境因素作用。最后对心叶驼绒藜等生态恢复方法提出建议。     

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。     

The effect of biological soil crusts of different successional stages and conditions on the germination of seeds of three desert plants

Biological soil crusts greatly affect soil surface properties, which, in turn, may alter seed germination of vascular plants. We investigated the effects of two types of biological soil crusts (moss crust and algal crust) at different ages on the seed germination of Bassia dasyphylla and Artemisia ordosica. We also investigated the effects of crust conditions (living crust and dead crust) on seed germination of B. dasyphylla, A. ordosica and Eragrostis poaeoides. The presence of both algal and moss crusts significantly enhanced the germination of B. dasyphylla and A. ordosica compared with uncrusted soil. Crust age had no significant effect on the germination of either B. dasyphylla or A. ordosica for both moss and algal crusts. Germination of B. dasyphylla differed significantly between moss and algal crusts, but germination of both A. ordosica and E. poaeoides did not. Germination of A. ordosica, E. poaeoides and B. dasyphylla was significantly higher on living algal crust than on dead crust and uncrusted soil, while living moss crust enhanced the germination of both A. ordosica and B. dasyphylla but had no significant effect on E. poaeoides.     

生物土壤结皮对一年生植物影响研究进展

生物土壤结皮在荒漠地区广泛分布,它的形成和演替深刻地改变了土壤表层的结构特征和理化性质,进而影响了荒漠地区一年生植物的种子传播、萌发、幼苗存活及生长过程。本文回顾了国内外有关生物土壤结皮对一年生植物影响的研究,综述了生物土壤结皮对一年生植物的土壤种子库、种子萌发、幼苗存活及生长过程的影响,分析了各研究结论中存在争议的原因,总结了生物土壤结皮对一年生植物种子传播、萌发、幼苗存活及生长影响的内在机理,指出了生物土壤结皮对荒漠地区植被组成的筛选作用,并对进一步的研究进行了展望。     

古尔班通古特沙漠地衣结皮中可培养细菌多样性初探

为了解古尔班通古特沙漠优势结皮类型--地衣结皮中可培养细菌的多样性,利用3种培养基经稀释涂布和划线分离得到18株纯培养菌株。对分离的所有菌株提取基因组DNA,利用细菌通用引物扩增得到16S rDNA的序列并测序。结果表明：（1）基于Ribosomal Database Project (RDP)在线归类分析,18株菌可初步归为3门3纲3目6科6属,未见新属,未分离到固氮菌属（Azotobacter）。其中,6株归为变形菌门(Proteobacteria)、6株属于放线菌门(Actinobacteria)、6株属于厚壁菌门 (Firmicutes); 不动杆菌属（Acinetobacter）、链霉菌属（Streptomyces）、芽孢杆菌属（Bacillus）为优势属,分别占分离菌株数的33%、28%、22%。（2）在EzTaxon-e数据库中对各菌株序列进行进一步的BLAST同源性分析表明,18株菌可进一步归为14个OTUs（Operational Taxonomic Unit）,未见疑似新种（同源性均>97%）,其中链霉菌属OTU比例最高（35.71%）,依次为不动杆菌属和芽孢杆菌属（二者均为21.43%）。（3）古尔班通古特沙漠地衣结皮中的可培养细菌Shannon-Wiener多样性指数为2.5532,均匀度指数为0.9675。（4）上述可培养细菌在生物土壤结皮中具有固沙、加速矿化、生防等多重生态潜能。     

温度和光照对3种雀麦属(Bromus)植物种子萌发的影响

旱雀麦(Bromus tectorum)原产于欧亚大陆,18世纪传入北美,并成为该地区的入侵植物。然而,同为雀麦属的扁穗雀麦(Bromus catharticus)和无芒雀麦(Bromus inermis)并不具有旱雀麦的入侵性。本研究设置高温、低温和黑暗等处理,探讨温度和光照对3种植物种子萌发的影响,旨在从种子萌发的角度揭示旱雀麦的入侵性。结果表明：温度和光照对旱雀麦和扁穗雀麦种子的发芽率均无明显影响(p>0.05);高温和黑暗处理显著提高了无芒雀麦种子的发芽率(p<0.05),对旱雀麦、扁穗雀麦和无芒雀麦种子的发芽势、发芽指数、日均发芽率、发芽系数、发芽峰值和发芽值有一定的促进作用,而低温处理则表现出相反的效应;高温和黑暗处理对3种植物种子的平均发芽天数和萌发持续时间有一定降低的作用,而低温处理则表现出相反的效应。同一处理下旱雀麦种子萌发各项指标均优于另两种植物,这可能是旱雀麦具有较强入侵性的重要原因。     

沙地恢复过程中两种一年生植物种子萌发和幼苗种群动态研究

狗尾草和虫实是科尔沁沙地两种常见一年生草本植物,在沙地恢复过程中起着非常重要的作用。采用固定样方法对自然条件下两种植物种子萌发和幼苗种群动态进行了研究。结果表明,沙地恢复不同阶段虫实和狗尾草萌发数量随季节和样地的变化而变化,种子萌发和幼苗存活显示出强烈的降雨依赖性,并且虫实和狗尾草种子当年可萌发数量都随沙地固定程度增加而逐渐增大。从4月到8月,各月虫实种子萌发比例依次降低,但大多数狗尾草种子在5月到6月才开始萌发。虫实和狗尾草种子呈现出分批萌发的策略。虫实和狗尾草主要分4批出苗,相对虫实而言,狗尾草出苗对降雨的响应存在一定的滞后性,且狗尾草萌发所需的温度较虫实高。虫实和狗尾草的存活曲线均属于C型曲线,是较为典型的r对策者。     

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。