腾格里沙漠沙丘固定后土壤的斥水性特征研究

土壤斥水性是重要的土壤物理属性,对土壤水文过程和地貌过程有重要的影响。利用毛细上升法研究了腾格里沙漠东南缘沙丘固定后土壤的斥水性特征,分析了不同小地形、不同土壤深度和不同土壤粒径土壤的斥水性差异。结果表明,固沙植被建立后显著地改变了沙丘的土壤斥水性,且随沙丘固定时间增加而呈增强的趋势。丘间地和迎风坡的土壤斥水性大于丘顶和背风坡的斥水性。0~3 cm土层的土壤斥水性显著大于3~6 cm。随着粒径的不断增大,土壤斥水性呈减小趋势,不同粒径段土壤斥水性差异显著;且土壤斥水性与粒径分别为0~0.05 mm、0.05~0.01 mm、0.01~0.15 mm的土壤呈极显著正相关线性关系,与粒径大于0.15 mm的土壤呈显著负相关线性关系。植被区土壤斥水性的增加可能与大气降尘在固定沙丘表面不断沉积、生物土壤结皮形成,尤其是藻类和地衣的形成有关,斥水性的增强将影响到植物种在沙丘上的有效水分利用。     

绿洲农田土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性（Soil Water Repellency，SWR）指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象，对农业水管理、土壤水入渗、农化污染物运移及土壤侵蚀有重要影响，土壤斥水性在绿洲化过程中的变化特征及其影响因素尚不明确。在甘肃临泽绿洲分别选取未开垦的沙地（0年）及开垦10、30、50、100年绿洲农田表层土壤（0~5 cm），分别测定土壤有机碳含量、土壤质地（砂粒、粉粒、黏粒）和土壤pH，并用毛管上升法测定土壤斥水性。结果表明：土壤斥水性随着开垦年限的增加而不断增加。不同开垦年限土壤的“土-水”接触角58°~89°，差异显著（P<0.001）。土壤有机碳含量、土壤质地和土壤pH均与“土-水”接触角存在显著的回归关系（P<0.001）。逐步回归分析的结果表明，绿洲化过程中土壤有机碳含量和pH共解释了土壤斥水性72.1%的变异。因此，在绿洲农田进一步研究土壤斥水性对土壤水运动的影响应更多关注土壤有机碳和pH两大因素。     

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。     

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。     

放牧对浑善达克沙地丘间低地植被群落及土壤的影响

为探究放牧对丘间低地植被群落及土壤的影响，分析了浑善达克沙地丘间低地在重度和轻度放牧下植被的地上生物量、物种重要值、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson生态优势度指数及0~10 cm土壤中黏粒、粉粒、砂粒、有机碳和全氮含量。结果表明：（1）植被地上生物量、土壤黏粒、粉粒、砂粒、土壤有机碳和全氮含量在不同放牧程度下存在极显著差异（P<0.01），物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在不同放牧程度下差异不显著（P>0.05），Simpson生态优势度指数在不同放牧程度下差异显著（P<0.05）。（2）放牧区植被以禾本科为主，禾本科植被地上生物量占整个植被群落的54.88%~57.76%；重度放牧区植被地上生物量为63.59 g·m^-2，比轻度放牧区低26.61%。（3）羊草（Leymus chinensis）和狗尾草（Setaria viridis）是放牧区的优势种，其重要值依次为14.16%（重度放牧区）和19.10%（轻度放牧区）、13.40%（重度放牧区）和15.42%（轻度放牧区），重度放牧下雾滨藜（Bassia dasyphylla）、克氏针茅（Stipa krylovii）和猪毛蒿（Artemisia scoparia）的重要值较显著高于轻度放牧区，而羊草则低于轻度放牧区。（4）重度放牧加剧了土壤沙漠化，使砂粒含量增加，草地生产力下降，土壤有机碳和全氮含量降低。     

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。     

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。     

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。     

塔里木盆地西南缘表土碳同位素组成特征分析

土壤碳同位素可以反映生长植被的同位素组成,从而进一步反映当时的植被类型以及气候环境状况。已有的研究显示,不同地区碳同位素与气候因子的关系存在显著差异,因此在不同区域开展土壤碳同位素与气候因子之间相关性关系分析对古气候的重建至关重要。通过采集塔里木盆地西缘帕米尔地区和盆地南缘和田地区策勒县的表土沉积物,分析测定后获得其有机碳同位素,并将该表土有机碳同位素数据与气候因子进行相关性分析,以探明研究区有机碳同位素组成特征及其潜在的气候意义。结果表明：帕米尔地区和策勒地区的表土碳同位素变化对气候因子的响应存在明显差异。气温方面,帕米尔地区与气温呈正相关,其中与冷季气温相关性最好（r=0.598,P<0.01）;策勒地区与气温呈负相关,其中与暖季气温相关性最好（r=-0.684,P<0.01）。降水方面,帕米尔地区与降水量的相关性不显著;策勒地区与年均降水量呈弱负相关,与暖季降水量呈弱正相关,与冷季降水量呈显著的负相关关系（r=-0.632,P<0.01）。上述分析表明基于沉积物有机碳同位素来重建古气候时应充分考虑区域差异的影响。     

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。     

沙坡头固定沙丘结皮层的微生物区系动态

对中科院沙坡头沙漠研究试验站的人工植被固定沙丘、红卫自然植被固定沙丘的结皮层和流动沙丘表层(0~ 05cm)中的微生物类群数量的研究结果表明:①好气性细菌数量影响着微生物总数量的变化趋势;②微生物总数量分布依次排列为:自然植被固定沙丘>1956年栽植区>1964年栽植区>自然半固定沙丘>1982年栽植区>流动沙丘;③土壤微生物类群数量与结皮层的形成、植物覆盖度和土壤含水率等因子有密切的关系;④结皮层中的微生物类群数量与流动沙丘的固定程度呈正向关系。     

生物土壤结皮对土壤微生物量碳的影响

微生物量碳是土壤有机碳的重要组成部分,是判别退化系统生态修复的重要指标之一。为了探明生物土壤结皮对土壤微生物量碳的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工固沙区不同生物土壤结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙年限的不同将样地分为4个不同的区进行采样(1956、1964、1981年和1987年固沙区),并以流沙区为对照。与流沙区相比较,54龄、46龄、29龄和23龄固沙区的真藓结皮和藻结皮的存在均可显著提高其下土壤微生物量碳（P<0.05）,且固沙年限与结皮下土壤微生物量碳存在正相关关系;真藓结皮和藻结皮对其下土壤微生物量碳的影响仅限于0~20 cm的土层,随着土层的加深,其影响逐渐减弱,到20~30 cm土层与对照相比已无显著差异（P>0.05）。因此,对生物土壤结皮的干扰可能会造成土壤微生物量碳的损失。     

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。     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮影响下的土壤酶分布特征

对古尔班通古特沙漠典型沙垄生物土壤结皮分布区的土壤酶分布特征进行了定量研究。结果表明：①土壤酶的分布在典型沙垄的不同地貌部位具有空间异质性,表现为垄间低地>沙垄坡部>垄顶,垄顶与垄间低地的过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶活性存在极显著差异（P<0.01）;②垂直分布上,土壤酶的积累以表层0～2 cm为主,随土壤深度增加显著递减,以垄间低地表现的尤为明显;③地貌部位与土层深度的交互效应对中性磷酸酶、碱性磷酸酶、转化酶均有极显著影响（P<0.01）;④相关性分析表明,有机质、全N是影响土壤酶活性的重要因素;各种酶促反应既是专性的,又是相互联系的;⑤主成分分析表明,过氧化氢酶和脲酶能够较好地反映土壤综合状况,与大多数土壤因子均呈极显著相关（P<0.01）。尤其是脲酶,能够作为反映典型沙垄生物土壤结皮区土壤肥力的主要指标。     

不同固沙区结皮中微生物生物量和数量的比较研究

沙地生态系统是温带干旱区、半干旱区的重要草地类型, 沙地的稳定性是生态系统健康的重要条件。在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站, 笔者对不同程度固沙区结皮和流动沙丘表层中的微生物生物量和数量进行了比较研究。结果表明: 自然和人工植被固沙区结皮及流沙表层的微生物数量分布不同, 细菌数量比真菌和放线菌数量多数百倍, 在所有微生物类群中, 细菌数量最大, 微生物总数的变化取决于好气性细菌数量的多少, 但生物量却与之不同。在不同程度固沙区结皮中, 微生物生物量大小依次排列为: 自然植被区>1956年人工植被区>1964年人工植被区>1982年人工植被区>流沙区, 微生物生物量在自然植被固沙区中最多, 分别是1956年、1964年、1982年人工植被固沙区和流沙区的2.63、4.17、9.25和44.29倍, 表明微生物生物量随人工植被的栽植年代增加而增大, 在流动沙丘中最小, 而菌丝生物量方面是1956年人工植被固沙区已与自然植被固沙区十分接近。微生物生物量和数量与沙丘固定程度、人工植被栽植年代、结皮厚度、苔藓种类等均呈正相关, 人工植被栽植年代越长, 结皮越厚、微生物生物量和数量也越大。在不同年代人工植被固沙区结皮中, 微生物生物量和数量与相对稳定的自然植被固沙区相比, 仍未达到稳定状态。     

荒漠区食细菌线虫对生物土壤结皮下土壤酶活性的影响

作为土壤的重要生物组分,食细菌线虫影响土壤的能量流动和物质循环,但它在荒漠生态系统的作用仍不清楚.为探明土壤食细菌线虫对荒漠区土壤的影响,以腾格里沙漠东南缘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,分别采集藻-地衣和藓类结皮及结皮下0-10cm土样,按每克土壤10、30、60、90、120、150条的密度接种...