1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水时空变化研究及驱动因素分析

黄土高原水蚀风蚀交错区作为中国北方典型的生态脆弱区,因其独特地形和气候条件,极端降雨事件对其环境和生态系统的影响更加突出。选取水蚀风蚀交错区28个气象站点,结合RClimDex模型计算11个极端降水指数,采用线性相关分析法、Mann-Kendall趋势检验法和小波交叉法,分析了1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水事件时空分布特征,探讨了极端降水事件的驱动因素。结果表明：（1）1970—2020年水蚀风蚀交错区持续干燥日数（CDD）呈下降趋势,其余10个指数呈上升趋势,反映出近50 a研究区极端降水事件的频率、量级和强度不断增加。交错区年降水量增加和极端降水事件增加具有密切关系,且极端降水事件增加主要是由中雨日数（R10）和大雨日数（R20）引起。（2）1970—2020年极端降水事件在全区整体为增加趋势,交错区中部和西南部极端降水事件显著发生,陕西段极端降水量和强度呈显著增加趋势且极端化程度更显著。（3）湿日总降水量（PRCPTOT）、暴雨日数（R25）、5 d最大降水量（R5d）3个极端降水指数,与影响因子厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、东亚夏季风（EASM）和太阳黑子...     

毛乌素沙地火电厂周边不同类型生物结皮酶活性及其影响因素北大核心CSCD

选取宁东能源化工基地典型火电厂周边广泛分布的3类生物结皮作为研究对象,探究工矿区生物结皮富集大气降尘重金属对酶活性的影响及其影响深度,在对比分析富集大气降尘过程中土壤理化性质、酶活性及重金属含量变化的基础上,采用相关分析、冗余分析方法探讨了生物结皮各层次土壤酶活性与土壤重金属含量和土壤理化性质之间的相关关系。结果表明:(1)沿藻结皮—混生结皮—藓结皮的演替方向,结皮层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)及全磷(TP)含量显著提升,土壤容重和pH降低;随土层深度增加,土壤理化性质变化不显著。(2)3类生物结皮对源自大气降尘的重金属元素均具有显著的表层富集作用,富集量藓结皮>混生结皮>藻结皮;结皮层重金属污染程度高于下层土壤。(3)4种土壤酶活性沿藻结皮—混生结皮—藓结皮的演替方向呈现一致的规律性,表现为藓结皮>混生结皮>藻结皮。(4)部分重金属元素Zn、Pb、Cd和土壤理化性质如容重、pH、SOC、TN等是影响土壤酶活性的主要因子,但相较于重金属元素,土壤理化性质对酶活性影响更大。     

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%)。     

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。     

干旱半干旱地区土壤微生物结皮的生态学意义及若干研究进展

土壤微生物结皮广泛存在于干旱半干旱地区，且具有重要的生态学意义。文章对微生物结皮的形成、发育过程的特点，以及它对微生境的影响，包括对土壤理化性质、风蚀水蚀的抗性、土壤水分时空分布特点、养分及微量元素地球生物化学循环等土壤学过程和对植被的影响与作用等方面的国内外研究进展进行了综述，并对一些有争议研究结论进行了分析；探讨了土壤微生物结皮在中国干旱沙漠地区生态恢复中的地位及作用。     

毛乌素沙地藓、藻结皮生态功能对比

生物结皮在荒漠生态系统中发挥着重要的生态功能,不同类型生物结皮有机体组成和比例不同,生态功能差异巨大.针对毛乌素沙地发育稳定阶段的藓、藻结皮,通过野外调查监测及室内指标测算,深入分析了两类生物结皮对土壤含水量、风蚀量和养分含量的影响尺度,并采用综合指标评价模型定量比较了二者的生态功能差异.结果表明:(1)两类生物结皮下...     

古尔班通古特沙漠生物结皮中微生物量与土壤酶活性的季节变化

研究了古尔班通古特沙漠生物结皮土壤中微生物N量与酶活性的季节变化。结果表明：微生物N量及蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的活性在不同月份差异极显著;微生物N量春季>夏季>秋季>冬季,在3月达到最高值;蔗糖酶在4-9月均保持较高的活性,酶活性在4月份最高;碱性磷酸酶、脲酶、多酚氧化酶、过氧化物酶的活性均呈单峰曲线变化,其峰值分别出现在3-7月;土壤有机质和全N含量在3月和9月明显高于其他月份;微生物N量与碱性磷酸酶、脲酶之间,蔗糖酶、多酚氧化酶及过氧化物酶与土壤温度之间,蔗糖酶、脲酶和过氧化物酶与土壤水分之间均具有极显著的正相关关系。微生物N量的增加为脲酶和碱性磷酸酶提供反应底物或能源物质从而增加酶的活性。土壤酶活性的季节变化可能是由土壤水分和温度共同影响的。     

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。     

干旱、半干旱地区微生物结皮土壤水文学的研究进展

微生物结皮与土壤水文过程的关系一直是微生物结皮研究中最具争议性的热点问题。文章对国内外这一领域的研究进展进行了综述, 系统地介绍了微生物结皮在降雨入渗、水分保持和土面蒸发等土壤水文过程中的功能, 总结了微生物结皮土壤水文学研究中的各种观点, 针对不同观点之间产生的争议, 作者认为微生物结皮的时空特殊性、复杂性以及研究手段和方法的多样性是产生争议的主要原因。最后, 从试验方法和研究目标上对该研究领域进行了展望。     

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。     

保护性耕作对黄土高原农田土壤理化性质的影响北大核心CSCD

研究了陇中黄土高原半干旱区的小麦→豌豆→小麦轮作系统下免耕（NT）、传统耕作＋秸秆还田（TS）、免耕＋秸秆覆盖（NTS）等保护性耕作措施对土壤容重和土壤养分的影响。结果表明：保护性耕作措施可显著提高0~5cm层土壤有机碳、氮（全氮、速效氮）、磷（全磷、速效磷）、钾（全钾、速效钾）的含量,其中,NTS效果最优,可显著降低0~30cm各土层土壤容重;土壤有机碳与氮（全氮、速效氮）、磷（全磷、速效磷）各因子存在极显著正相关关系。与传统耕作相比,NTS、NT、TS降低土壤容重,提高了土壤养分的含量。豌豆田土壤容重分别降低4.80%、2.67%、4.00%,有机碳分别提高10.52%、4.63%、4.83%,全氮分别提高13.83%、7.45%、8.51%;春小麦田土壤容重分别降低4.62%、3.08%、4.62%,有机碳分别提高11.99%、7.78%、12.10%,全氮分别提高11.11%、6.67%、3.33%。     

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...     

毛乌素沙地不同类型生物结皮与下层土壤酶活性及土壤碳氮磷化学计量特征

生物结皮在土壤养分累积和循环中起着重要作用.土壤酶活性能敏感地指示土壤的恢复程度,是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学指标.采用时空互代法,以毛乌素沙地不同演替阶段生物结皮(藻结皮、混生结皮和藓结皮)为研究对象,通过测定生物结皮及下层土壤的物理化学性质和酶活性,探讨不同演替阶段的生物结皮对土壤酶活性和碳氮磷化学计量特征...     

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。     

沙坡头植被固沙区生物结皮对土壤水文过程的调控作用

生物结皮的土壤水文过程一直是学术界比较关注的争议性问题。通过对生物结皮的生态调查和水文物理实验分析、野外人工模拟降雨条件下的土壤水动力学试验、以及天然降雨后土壤水分的动态监测,分析了生物结皮对降雨渗透、土壤水分再分配和土面蒸发等土壤水文过程的调控作用,认为:(1)生物结皮层不仅降低了水分渗透速度和深度,还引起了土壤水分渗透的不稳定性,即指状流的出现;(2)生物结皮的逐年发育使土壤水分的分配格局和分配过程发生了很大变化,土壤水分再分配过程有明显的浅层化趋势,即生物结皮的降雨拦截作用;(3)生物结皮通过降低反射率和提高毛管作用,大大提高了土面蒸发。生物结皮对土壤水文过程的调控作用正在深刻地改变着固沙区的土壤水环境。     

祁连山疏勒河源区冻土退化对土壤微生物生物量碳氮的影响

对青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源区多年冻土区0~50 cm土壤微生物生物量碳氮分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:稳定型和极不稳定型多年冻土区0~50 cm土壤中微生物量碳含量范围分别为0.015~0.620 g/kg和0.019~0.411 g/kg,微生物量氮含量范围分别为0.644~12.770 mg/kg和0.207~3.725 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出稳定型显著高于极不稳定型多年冻土,表明多年冻土退化（多年冻土由稳定型退化为极不稳定型）对土壤微生物量积累有明显抑制作用。土壤微生物生物量碳占有机碳、微生物生物量氮占全氮的比值在稳定型多年冻土中显著高于极不稳定型,表明多年冻土退化对土壤微生物的矿化能力有明显抑制作用。土壤微生物量及其与土壤养分的比值有显著的剖面变化特征,随土壤深度增加而减小。土壤微生物量碳氮均与土壤温度显著负相关,与地下生物量显著正相关。稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与碳氮比正相关、与氧化还原电位负相关;不稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与pH正相关。土壤微生物量碳氮与土壤温度和pH在剖面变化上显著相关。逐步回归分析表明驱动微生物生物量碳氮在不同多年冻土类型和土层之间变化的因子是不同的。     

沙区植被恢复对土壤微生物量及活性的影响

土壤微生物是生态系统功能及养分循环的关键影响因素,对土壤质量变化有重要的指示意义。研究了干旱沙区植被恢复过程中土壤微生物量及微生物活性的变化特征及其季节动态。结果表明：固沙植被区土壤微生物量碳氮和土壤基础呼吸显著大于流动沙丘,总体上表现为同一土层土壤微生物量碳氮和基础呼吸速率随植被恢复年限的延长而增加,而同一年代植被区则随土层深度的增加而减小。土壤微生物代谢熵随固沙年限的延长呈下降趋势,随土层深度的增加而增大。土壤微生物量和基础呼吸呈现出明显的季节变化,表现为夏季 >秋季 >春季 >冬季,且随着恢复年限的延长其变化幅度增大;微生物代谢熵不存在明显的季节变化。土壤微生物属性能够较好地反映沙区植被恢复引发的土壤质量变化。     

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。     

生物结皮中齿肋赤藓叶片毛尖对植株含水量及水分散失的影响

采用相对含水量、含水率、蒸散率、累积蒸散率等指标研究了古尔班通古特沙漠生物结皮中优势藓类齿肋赤藓(Syntrichia caninervis Mitt.)叶片毛尖对其离体植株含水量及水分散失的影响.结果表明:(1)虽然毛尖仅占植株重量的4.77％,但水合过程中毛尖内部及附属齿状芒刺均充分吸水,毛尖的存在使植株饱和水量增...