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...     

冻融过程对生物结皮中齿肋赤藓叶绿素荧光特性的影响

以新疆古尔班通古特沙漠苔藓结皮中的优势种齿肋赤藓（Syntrichia caninervis Mitt．）为研究对象,利用便携式调制叶绿素荧光仪Mini-PAM（Walz公司,德国）测定其在冻融作用影响下叶绿素荧光特性的变化特征。结果表明,冻结过程中随着处理温度的降低,齿肋赤藓的初始荧光（F0）、最大荧光产量（Fm）、PSⅡ的最大光化学效率（Fv /Fm）、PSⅡ的潜在活性（Fv /F0）、PSⅡ实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光合电子传递速率（ETR）和光化学猝灭系数（qP）均呈显著下降的趋势（P<0.05）,而非光化学猝灭系数（NPQ）则逐步上升。低温胁迫下NPQ的增加表明齿肋赤藓PSⅡ系统通过提高非辐射性热耗散消耗过剩光能,从而保护PSⅡ反应中心免受因吸收过多光能而引起的光氧化伤害。消融过程中,齿肋赤藓的叶绿素荧光参数（F0、Fm、Fv /Fm、Fv /F0、ΦPSⅡ、ETR和qP）可恢复至未冻结前的正常水平。齿肋赤藓叶绿素荧光强度和诱导曲线的形状在冻融过程中均随处理温度的降低或升高而发生了明显的变化。一定范围内的低温胁迫不会对齿肋赤藓的光合器官造成永久伤害,光合系统仍维持在可恢复的状态。     

脱水对生物结皮中齿肋赤藓光合色素含量和叶绿体结构的影响

通过脱水对生物结皮中齿肋赤藓叶绿体结构特征和光合色素含量的影响研究,结果表明,在脱水过程中,齿肋赤藓光合色素含量及叶绿体结构变化特征表现为4个阶段:①启动期,脱水0～2 h,光合色素含量与完全湿润时差异不显著(P>0.05),此时透射电镜下叶绿体中基粒片层结构和类囊体清晰,纵向排列,叶绿体双层膜系统保持完好;②快速增加期,脱水2～6 h内,光合色素含量快速升高,在脱水6 h 时达最大值,此时叶绿体结构发育最为充分,嗜锇颗粒数量最多且集中分布;③相对稳定期,脱水6～10 h,光合色素含量在达到最大值后,逐渐降低,但差异不显著(P>0.05),叶绿体结构依然完整;④缓慢衰退期,脱水10 h后,直至完全干燥,光合色素含量逐渐降低,完全干燥时叶绿体趋于解体。研究还表明,齿肋赤藓光合色素含量变化明显滞后于形态结构变化,其含量在完全湿润时并非最高,而在脱水6 h时(RWC为26.4%)达最大值,而后随含水量降低而降低,与种子植物光合色素含量随含水量降低不同,这可能与其内部结构修复有关,再水化后光合色素完全恢复,说明齿肋赤藓光合色素对水分的响应是可逆的。     

荒漠藓类结皮层中齿肋赤藓形态结构适应性及其原丝体发育特征

 在实验室内通过光镜与扫描电镜相结合的手段观察了新疆古尔班通古特沙漠藓类结皮层的优势物种——齿肋赤藓(Syntrichia caninervis Mitt.)的形态结构特征及其原丝体发育的全过程,并分别从藓类植物生长发育所必经的配子体和原丝体两个阶段对齿肋赤藓形态结构与荒漠干旱的生态环境之间的适应性关系进行了探讨。研究结果表明,①植物体密集丛生;叶片边缘强烈背卷,两面均具马蹄形细疣;中肋粗壮并突出叶尖成白色长毛尖。②原丝体系统的细胞短粗,细胞质高度浓缩,液泡较小,细胞壁较厚;原丝体系统具有短枝群。     

齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）氮磷计量特征对降水量的响应

荒漠藓类植物是典型的变水植物,对水分能够快速做出反应,恢复光合、呼吸等生理活性,且荒漠藓类植物对水分的敏感性显著高于维管束植物。藓类植物的生态化学计量特征易受到微环境影响,对于藓类植物生态化学计量特征是否受荒漠降水梯度的影响并不清楚。为深入了解荒漠藓类结皮氮（N）、磷（P）化学计量特征对荒漠年降水的响应特征,以齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）作为研究对象,测定3个年降水量下齿肋赤藓植物地上、地下部分N、P元素含量,分析不同降水梯度下齿肋赤藓植物N、P元素化学计量特征。结果表明：（1）齿肋赤藓植物地上部分N、P含量显著高于地下部分,地下部分N、P元素的变异系数比地上部分高,齿肋赤藓植物地上部分氮磷比（N∶P）值为10.17～12.03,生长可能受到氮限制;（2）随年降水量的增加,齿肋赤藓植物地上部分N、P含量呈下降趋势,N∶P比均呈升高趋势;（3）齿肋赤藓植物N、P含量显著正相关,且随年降水量的增加,齿肋赤藓植物地上、地下部分的N-P幂关系指数无显著变化。古尔班通古特沙漠齿肋赤藓植物在N、P养分分配上具有较高的稳定性,且能够通过调节地上与地下部分N、P元素化学计量特...     

古尔班通古特沙漠生物结皮的分布特征

新疆古尔班通古特沙漠是我国最大的固定和半固定沙漠，其间广泛发育着以地衣植物为主的生物结皮，是除种子植物以外的固定沙面的重要生物因子。研究表明，选择适当的时段，应用遥感技术并结合地面调查来研究沙漠生物结皮的空间分布格局是可行的，遥感制图与地面调查的结果基本一致。该沙漠南部是生物结皮最为丰富的区域，各种类型的生物结皮均有充分发育，呈连续分布，但其分布模式向北、向西和向东变得破碎。通过统计生物结皮像元的面积，得到生物结皮覆盖率超过33％的像元面积占研究区总面积的28．7％。生物结皮的分布对地貌部位有较强的选择性，生物结皮的不同发育阶段种类组成亦有较大的差别。     

模拟降雨对齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)生理特性的影响

新疆古尔班通古特沙漠地表具有发育完好的生物土壤结皮,本文以参与组成生物土壤结皮的优势藓类———齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)为研究对象,在实验室内对其进行模拟降雨处理,降雨量分别为0mm(对照)、2mm、6mm、10mm和15mm,研究模拟降雨影响下齿肋赤藓植株含水量、光合色素含量及可溶性糖、游离脯氨酸、可溶性蛋白、抗氧化酶(SOD、CAT和POD)、丙二醛含量的变化,以探讨其对降雨的生理生化响应。结果表明:随降雨量的增加,齿肋赤藓植株含水量显著增加;随齿肋赤藓植株含水量的增加,其光合色素含量和可溶性蛋白含量显著增加;随降雨量增加,抗氧化酶(SOD、CAT和POD)活性和可溶性糖含量呈大致递减的趋势,游离脯氨酸和丙二醛含量呈先下降后上升的变化趋势。在干燥状态下齿肋赤藓通过提高体内保护酶(SOD、CAT和POD)活性,增加可溶性糖和游离脯氨酸含量来抵御外界干旱胁迫的环境;而降雨能够增加齿肋赤藓植株含水量,激活其光合生理活性,显著提高光合色素含量,但是降雨量过大又将加剧齿肋赤藓膜脂过氧化的程度。     

准噶尔盆地古尔班通古特沙漠生物结皮蓝藻研究

通过对古尔班通古特沙漠中9个样地73份生物土壤结皮蓝藻的研究,分析该沙漠生物结皮中蓝藻的区系组成、生态分布特点和蓝藻在生物结皮中的作用机制。研究表明,该沙漠中有蓝藻门植物6科25属77种,其中以丝状种类占优势;蓝藻在不同地貌部位分布略有差异,在丘间低地种类最为丰富;不同种类的蓝藻对地貌部位的选择性不同,大部分对地貌部位具有选择性;蓝藻种类和数量在结皮层较多,在结皮下层明显减少。生物结皮的显微观察揭示了丝状蓝藻和胞外多糖形成错综复杂的网状结构,起着捆绑、黏结沙粒和固定沙粒的作用。     

古尔班通古特沙漠生物结皮小尺度分异的环境特征

古尔班通古特沙漠广泛存在的生物结皮,对地貌部位有极强的选择性分布,其实质是生物对环境条件综合适应的一种生态表现。2002年3~11月在个体沙丘表面初步开展了生物结皮类型小尺度环境分异规律研究。结果表明:苔藓结皮、地衣结皮和藻类结皮依次分布于垄间、沙垄两坡中部和坡上部,从垄间往垄顶,生物结皮盖度逐渐减小,厚度变薄,抗压性减弱。苔藓结皮分布区的物质组成以细沙和极细沙为主,春季表层土壤水分在5%以上,短命植物广泛发育,基质稳定;坡中部的地衣结皮分布区以细沙为主,春季表层土壤水分在4%左右,短命植物亦有广泛分布,地表受风沙活动影响较小;沙垄上部和顶部的藻类结皮分布区,是沙垄表面活动性最强和土壤水分最差的区域,物质组成以中沙为主,高等植物中白梭梭为优势种,可见藻结皮是三类结皮中最能适应恶劣环境的生物结皮类型。     

采自不同微生境的齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)沙培植株生长与叶形态差异

齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)是古尔班通古特沙漠苔藓结皮层中的优势物种。本研究通过碎片撒播法,对采自不同微生境(灌丛下遮荫和灌丛间裸露地)的齿肋赤藓样品进行沙培试验,旨在探明采自不同微生境苔藓样品的沙培植株在生长和叶形态方面是否存在差异,以期为耐旱藓类样品的采集和人工培养提供一定参考。结果表明:(1)沙培植株盖度及密度呈显著差异,而生物量和株高则无显著差异。采自灌丛间裸露地的苔藓样品沙培植株的密度、盖度及生物量均高于灌丛下遮荫生境的样品,而株高的差别则相反。(2)采自灌丛间裸露地的样品沙培后的植株中部和底部叶片的宽度、顶部叶片的叶片毛尖长度均显著高于采自灌丛下遮荫样品沙培后的植株;而两生境的沙培藓株从顶部至底部的叶片长度及中肋宽度无显著差异。采自灌丛间裸露地样品的沙培植株具有更大的植株密度和盖度,且叶片顶部具有更长的毛尖,这些特征都与植株的抗旱性有关。因此,采自灌丛间裸露地齿肋赤藓沙培植株表现出较强的抗旱性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

生物结皮恢复过程中土壤生态因子分异特征

对新疆古尔班通古特沙漠生物结皮恢复过程中土壤因子的动态变化进行关联性测度、方差分析、相关性分析相结合的定量研究,着重分析结皮恢复年限对土壤微生物数量、养分、盐分、土壤酶的影响,有机质与土壤盐分、pH值、土壤酶的线性关系及土壤生态因子间的相关性。结果表明：相对于土层深度,有机养分、土壤酶等生态因子与生物结皮恢复年限的联系更加紧密。结皮恢复年限对全P、全K、有机质、脲酶、真菌的影响极显著（P<0.01）;对速效P、速效K、全N、总盐、中性碱性磷酸酶、蛋白酶的影响显著(P<0.05)。随结皮恢复年限的增加,结皮层和结皮以下土层中有机养分、土壤酶均有不同程度的增加,逐步具备较高的生物学活性,沙土性状变化较快,渐渐形成抗风蚀、抗干扰能力较强的地衣苔藓结皮。结皮恢复过程中pH值与有机质呈显著线性负相关（R2＝0.701,P<0.05）,土壤盐分与有机质存在线性正相关（R2＝0.653）,但显著性不强（P>0.05）。电导率、脲酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶、蛋白酶与有机质存在极为显著的线性正相关（R2分别为0.888、0.993、0.958、0.948、0.911,P<0.01）,土壤生态因子的协调发展和紧密配合促进了生物结皮的恢复。     

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。     

古尔班通古特沙漠表层土壤凝结水水汽来源特征分析

水分条件是决定干旱沙漠区生态环境的关键因素,凝结水是干旱区植物和低等生物的重要水分来源。利用自制蒸渗计在春、夏、秋3个季节对古尔班通古特沙漠苔藓、地衣、藻类及流沙4种地表类型表层原状土壤凝结水形成进行了观测研究。结果表明,在2 cm、5 cm、10 cm、20 cm 4种高度原状土中,用纱网封底土壤表层2 cm和5 cm土壤的凝结水测定结果能够真实的代表古尔班通古特沙漠不同类型地表土壤凝结水形成特征;凝结水主要集中产生在土壤表层2 cm范围内;凝结水的水汽来源于空气和土壤且以空气来源为主,春季由于表层土壤含水率较高,来自于土壤的水汽所占的比重较高,地衣0~2 cm表层凝结水来源于土壤水汽补充的比例春季为35.5%,夏季和秋季分别降到15.5%和11.3%;秋季55 d的观测结果表明,凝结水形成总量随流沙、藻类、地衣和苔藓依次增加,分别为3.46 mm、4.07 mm、4.89 mm和5.15 mm,说明在干旱的沙漠地带,凝结水是除降水以外补充表层土壤水分最重要的水分来源。