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。     

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。     

新疆古尔班通古特地区的土壤结皮及其保护

生物土壤结皮对于荒漠地区生态环境、土壤形成、防沙固沙等起到积极作用,因此对其进行保护和研究在中国北方荒漠化地区具有重要意义。在阐述生物土壤结皮的生态功能、性质及主要干扰因子的基础上,考虑到其特殊性质及主要的聚集分布区域和受到的潜在干扰,建议在中国新疆古尔班通古特沙漠地区建立生物土壤结皮国家级自然保护区,并提出了拟设立自然保护区的具体区域及相应的建议和措施,以促进生物土壤结皮和荒漠生态系统的研究和荒漠化地区生态环境的恢复与重建。     

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昆虫多样性的影响

生物土壤结皮广泛分布在干旱半干旱地区与寒区荒漠,是荒漠生态系统的主要组成和景观特征之一,其重要性已被大量的研究报道所证实。然而,关于生物土壤结皮与昆虫种类多样性之间关系的研究却很少。本文以腾格里沙漠东南缘的沙坡头地区半固定沙丘柠条－油蒿群落和固定沙丘柠条－油蒿群落为观测样地,选择具有不同类型生物土壤结皮分布的植被群落为观测样方。昆虫的调查采用100 m×100 m的样方,利用样筐和网捕法收集昆虫,记录昆虫数量,采集标本在室内进行鉴定。结果表明:与无结皮覆盖的植被区相比,生物土壤结皮在地表的覆盖显著地增加了昆虫的多样性和种的丰富度,其中以苔藓和地衣为主的结皮覆盖的植被样方中昆虫种的多样性和丰富度显著地高于以蓝藻和藻类为主的结皮样方。生物土壤结皮对荒漠昆虫多样性的贡献可能是由于稳定了土表、改善了植被系统中的土壤环境,为昆虫,特别是幼虫阶段提供相对适宜的土壤生境或部分食物来源。     

新疆准噶尔盆地典型荒漠区不同景观植被对土壤养分的影响

在群落演替的不同阶段,土壤与植被之间存在不同的互动关系。在新疆准噶尔盆地南缘,选择荒漠-绿洲交错区、沙漠边缘、沙漠腹地典型景观类型取样,监测不同景观条件下土壤水分、土壤有机质、全氮、全磷和植被盖度。结果表明,不同景观植被盖度、土壤水分、土壤养分含量存在显著的差异性(P0.5)。土壤水分含量、植被盖度、土壤养分含量表现为荒漠-绿洲交错区沙漠边缘沙漠腹地的变化趋势;土壤含水量由荒漠-绿洲交错带10.4%递减到沙漠边缘5.8%、沙漠腹地3.5%;植被盖度、土壤养分含量随土壤类型由荒漠灰钙土向风沙土过渡,呈现显著的下降趋势。在相同土壤属性情况下,植被盖度与土壤有机质、土壤全氮之间存在显著的线性正相关关系,表明不同区域内植被在一定程度上影响土壤养分的积累。     

科尔沁沙质草地植物群落的放牧退化及其自然恢复过程

 为了了解不同放牧强度对我国北方沙质草地的影响及其封禁停牧后草地植被的自然恢复过程,我们于1992—2006年在科尔沁沙地开展了草地放牧和封育试验,分析研究了人类放牧活动对草地植被的影响,比较了不同程度退化草地恢复速度及其所受气候变化影响。研究结果表明:①在科尔沁沙地,随着放牧强度的增加,草地植被受放牧影响的程度会加重,但只有持续重牧才会导致植被的严重退化,而且持续重牧对植被盖度、高度和草地生产力的危害程度要大于对物种丰富度和多样性的危害程度;中度放牧可以导致植被盖度、高度、生物量的轻度下降,但对物种丰富度、多样性没有不良影响;对于退化草地而言,持续轻牧可促进植被的有效恢复;②封禁停牧以后,草地原受干扰程度不同,其恢复的相对速度也不同,表现为原草地退化越严重,其恢复速度相对越快,而且是植被高度、盖度、生物量的恢复速度要大于物种丰富度、多样性和频度的恢复速度;③草地植被的恢复演替明显受到气候变化的影响,暖湿气候有利于植被的恢复,暖干气候对于植被的恢复不利。     

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。     

草原区植被对土壤风蚀影响的风洞模拟试验研究

在前期研究的基础上,选择内蒙古乌兰察布荒漠草原区为研究区域,通过野外移动风洞模拟试验,开展荒漠草原植被对土壤风力侵蚀影响的定量化分析研究,旨在探讨不同植被盖度下空气动力学粗糙度的变化、不同植被盖度下的风沙流结构特征及植被盖度与风蚀输沙率的定量关系,从而为水土流失机理研究提供理论依据。试验研究表明：空气动力学粗糙度随着地表植被盖度的增加呈三次函数关系增加,拟合函数为Z0=ax3+bx2+cx+d;随着距地高度的增加,各层收集到的风蚀量呈不同程度降低,随着地表植被盖度的增加,各层输沙量也均降低;不同风速下植被盖度与风蚀输沙率之间呈幂函数相关。     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

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。     

沙坡头人工植被区微生物结皮对地表蒸发影响的试验研究

微生物结皮是干旱半干旱地区生态系统的重要组成部分,其生态水文过程受到了广泛关注,但对微生物结皮在地表蒸发过程中的作用存在较大的争议。笔者利用微型Lysimeter对沙坡头地区几种典型微生物结皮和流沙地表的蒸发过程进行了试验观测,并与水面蒸发进行了对比分析。结果表明,结皮和流沙地表的蒸发速率随时间的变化趋势基本相同,但在不同的蒸发阶段具有各自不同的特点,总的说来,发育良好的苔藓结皮导致相对较少的无效降水,但在更长的时间维持较高的蒸发速率;流沙和初步发育的降尘结皮导致了较多的无效降水,但由于降水的入渗深度相对较深,需要更长的时间完成蒸发过程。     

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。     

A review on eco-hydrological effects of condensation water

Almost half the world is suffering from drought at different levels. Since arid and semi-arid regions are characterized by extreme shortage and precipitation uncertainty, water availability is the most important limiting factor in arid lands, and any additional source of moisture, such as condensation water, may have a positive impact upon the ecosystem. Therefore, extensive research has been carried out on condensation. Based on articles and relevant documents on the subject, this paper reviews systematically and comprehensively the latest research achievements in several main aspects, including eco-hydrological effects of condensation water on plants, small animals, microbiotic crusts, soil moisture balance, ground water recharge and anthropogenic utilization. History and trends of research about eco-hydrological effects of condensation water are intensively analyzed in order to summarize existing problems and offer opinions and suggestions for future study.     

山前洪积扇面小城镇城镇化过程与区域环境变化关系初探

通过对宁夏回族自治区吴忠市同心县境内罗山山脉东坡洪积扇上坐落城镇韦州20a城镇化发展过程与区域环境变化关系的初步实证研究。认为在干旱及半干旱区山麓环境下，城镇化与区域环境变化存在着一定的耦合关系，原始资源掠夺型的城镇化如超越干旱区与半干旱区的环境承载阈值将会导致区域环境的迅速恶化。     

Effects of heuweltjies and utilization on vegetation patterns in the Succulent Karoo,South Africa

Heuweltjies are large circular earth mounds created by termites and are important features of the landscape in the Succulent Karoo biome in South Africa. This study demonstrates that heuweltjies and livestock grazing act together to shape vegetation patterns in the region. Using a multifactorial approach, we investigated the combined effects of heuweltjie-induced habitat conditions, grazing pressure and physical disturbance by livestock and native animals as well as the interactions among two distinct plant functional groups, on the composition and cover of vascular plant vegetation. Heuweltjie soils had significantly higher pH-values, finer texture, and higher concentrations of carbon, nitrogen, and phosphorus than those of the surroundings. Neither perennial nor ephemeral cover was different on- and off-mounds. However, species richness, cover of highly palatable plants and livestock grazing pressure were significantly higher between mounds. Grazing pressure generally resulted in a loss of perennial species and a shift to more ephemeral species, probably through the competitive release of annuals and geophytes from perennial plants. We propose that the apparent contradiction between superior nutrient conditions and inferior plant food quality on heuweltjies is caused by a combination of otherwise unfavourable soil properties and historic overgrazing of heuweltjies resulting in local degradation of the vegetation.     

凝结水的生态水文效应研究进展

世界上近一半的国家和地区不同程度地受到干旱问题的影响。干旱区的最显著特征是降水的极端稀少和不确定。任何降雨以外的水资源输入,即使数量很微小,也对荒漠生态系统的维持和存续有重要意义,因此凝结水作为可能性水源成为研究热点。基于文献资料,本文从干旱、半干旱地区凝结水对生物的影响,对生物结皮及土壤水分平衡的作用,对地下水的补给以及凝结水的人为利用等几个方面阐述国内外的凝结水研究现状,着重分析凝结水生态水文效应方面的研究历程和趋势,总结凝结水研究中存在的问题,展望未来研究工作的重点。     

Environmental perceptions and practices of livestock keepers on the Namaqualand Commons challenge conventional rangeland management

In South Africa, interventions in communal rangelands proposed by most agriculture-sector institutions are still dominated by the belief that communal herders have little technical skills and by the tenets of “the tragedy of the Commons”, assuming that individual livestock keepers are selfish, norm free, and aiming at maximising short-term offtake and that there is no consistent management of the commons. In this study we show that practices of a diversity of livestock keepers on the Leliefontein Commons of Namaqualand are at odds with this viewpoint: access to rangeland and its use are structured by collective norms and concerns regarding both the sharing of resources and their long-term sustainability. We also show that part of the management of the commons relies on grazing practices which involve tacit and formalised technical knowledge that can be described and modelled. Livestock keepers assess the heterogeneity of the grazing quality of the commons. They are aware of the toxicity and unpalatability of some plants, of the way this differs according to the amount ingested and the availability of other forage, and of the variations of these two factors over seasons of grazing. They classify grazing areas and decide on daily grazing routes according to a complex set of criteria. Carrying capacity of each area is not considered as a fixed parameter but rather as a variable dependant on rainfall. Seasonal movements between areas are designed accordingly. These findings offer a new perspective for research agendas on technical models and extension measures for communal rangeland management particularly in arid and semi-arid areas.     

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.