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。     

极端降雨事件对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤碳释放的影响

于2011年5-8月,选择腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区藻类、藓类和混生结皮覆盖的土壤为对象,研究了极端降雨量(降雨量44.7 mm、强度0.04 mm,min-1)、极端降雨强度(降雨量8.3 mm、强度0.55 mm·min-1)及普通降雨(降雨量16.3 mm、强度0.02 mm·min-1)条件下的碳释放过程.碳释放量的测定采用Li-6400-09土壤呼吸室,降雨结束后立即开始观测,直到呼吸速率恢复到降雨前水平时停止观测.结果表明:极端降雨(降雨量和降雨强度)结束初期藻类和混生结皮覆盖土壤的呼吸速率受到明显抑制,藻类结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.12 μmol·m-2·s-1和0.41 μmol·m-2·s-1,混生结皮覆盖土壤呼吸速率分别为0.10 μmol·m-2·s-1和0.45μmol·m-2·s-1;而极端降雨对藓类结皮覆盖土壤的影响不明显,呼吸速率分别为0.83 μmol·m-2·s-1和1.69μmol·m-2·s-1.这说明处于演替高级阶段的藓类结皮能够很好地应对短期的极端降雨事件.     

腾格里沙漠人工固沙植被区生物土壤结皮对降水的拦截作用

在沙坡头人工植被区对人工模拟降水及天然降水后生物土壤结皮层含水率进行了动态定位监测,并分析了生物土壤结皮拦截降水的作用.结果表明:①生物土壤结皮的发育改变了原来沙丘剖面的水分分配格局,10%～40%的年降水量被拦截到结皮层;②随固沙年限的增加,生物土壤结皮的进一步发育和演变,其对降水的拦截能力也进一步提高;③生物土壤结皮对降水的拦截有明显的季节变化,7～10月份平均拦截雨量比4～6月份平均高出12%.     

荒漠人工植被区典型生物土壤结皮的固碳模型研究

生物土壤结皮（BSC）是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,在荒漠系统碳的源-汇功能中发挥着重要的作用。本文以沙坡头人工植被区两种典型的BSC（苔藓结皮和藻类结皮）为研究对象,通过对土壤水分的连续测定,确定BSC光合和呼吸作用的有效湿润时间及其与土壤水分、温度和太阳辐射的关系,建立了土壤水分驱动下的固碳模型。以2012年5月19—25日为例,计算了苔藓结皮和藻类结皮在试验期间的日固碳量,并估算了两类结皮的年际固碳量。结果表明:苔藓结皮和藻类结皮由于自身水文物理性质的差别显著影响到其下层土壤水分和温度的变化;降雨是BSC固碳活性的重要来源,并且苔藓结皮更容易受到非降雨水（如雾水、凝结水等）的影响而使其固碳潜力大于藻类结皮。初步估算苔藓结皮和藻类结皮的年固碳量分别可以达到33.33 g·m-2·a-1和14.01 g·m-2·a-1,其中由非降雨水所引起的固碳量达到了6.58 g·m-2·a-1和2.65 g·m-2·a-1,分别占到了全年固碳量的19.7%和18.9%。充分肯定了BSC在荒漠人工植被区碳汇的功能。     

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。     

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。     

沙漠生物土壤结皮演替对微生物群落结构和土壤酶活力的影响

为了解沙漠生物土壤结皮（BSCs）演替过程中微生物群落结构及土壤酶活力变化特征,以库布齐沙漠不同演替阶段BSCs（对照样地、藻结皮、藻藓混生结皮和藓结皮）为研究对象,通过高通量测序分析BSCs中细菌、固氮菌和真菌群落组成、多样性以及土壤酶活力变化,探讨不同演替阶段BSCs对土壤微生物群落结构和土壤酶活力的影响。结果表明：随BSCs演替等级提高,优势细菌由蓝细菌门（对照样地：36.1%;藻结皮：46.9%;藻藓混生结皮：30.7%）转变为变形菌门（藓结皮：36.2%）;优势固氮菌由伪枝藻属（藻结皮：80.2%）转变为斯科曼氏球菌属（藓结皮：60.6%）;真菌担子菌门丰度（藻结皮：1.0%;藻藓混生结皮：5.0%;藓结皮：13.5%）随BSCs正向演替逐渐提高。藓结皮中细菌、固氮菌和真菌特有OTU数量较对照样地、藻结皮和藻藓混生结皮分别提高1.8～8.3、1.9～33.0倍和1.8～33.0倍;沙漠BSCs正向演替阶段微生物多样性提高顺序为固氮菌>细菌>真菌;土壤微生物多样性增加显著提高了土壤参与碳、氮循环的纤维素酶、蔗糖酶和脲酶活力（P<0.05）。随着沙漠BSCs演替...     

黑碳添加对杉木人工林土壤微生物量碳氮的影响

向杉木人工林土壤中分别添加不同用量黑碳,以0％（C0）、1％（C1）和5％（C5）添加量（质量分数）作为不同处理,通过28d室内培养实验,研究了黑碳添加对土壤微生物量碳（ymc）和微生物量氮（MBN）的影响．结果表明,各处理土攘MBC含量变化趋势是前期急剧减少,后期增加,并趋于稳定;黑碳添加在一定程度上缓解了土壤MBN...     

黑碳添加对杉木人工林土壤微生物量碳氮的影响

向杉木人工林土壤中分别添加不同用量黑碳,以0％（C0）、1％（C1）和5％（C5）添加量（质量分数）作为不同处理,通过28d室内培养实验,研究了黑碳添加对土壤微生物量碳（ymc）和微生物量氮（MBN）的影响．结果表明,各处理土攘MBC含量变化趋势是前期急剧减少,后期增加,并趋于稳定;黑碳添加在一定程度上缓解了土壤MBN含量的减少,并随着黑碳添加量的增加,土壤MBN含量呈现增加的趋势．整个培养过程中,除第1d外,黑碳添加处理的土壤MBC和MBN含量始终高于对照处理,C5〉C1〉CO．同时,土壤可溶性碳（DOC）和可溶性氮（DON）含量也因黑碳的添加而呈现减少的趋势．     

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。     

库布齐固定沙丘土壤微生物生物量的垂直分布研究

对库布齐固定沙丘土壤微生物生物量的垂直分布研究表明:①好气性细菌生物量的垂直分布是0~0.5cm(结皮层) > 0.5~10cm > 60~70cm > 30~40cm > 150~160cm,好气性细菌生物量的峰值在0~0.5cm(结皮层);②芽孢型细菌生物量的垂直分布是0.5~10cm > 0~0.5cm > 60~70cm > 30~40cm > 150~160cm,芽孢型细菌生物量的峰值在0.5~10cm;③厌气性细菌生物量的垂直分布是30~40cm=60~70cm > 0~0.5cm=0.5~10cm=150~160cm,厌气性细菌生物量的峰值在30~40cm和60~70cm;④丝状微生物生物量的垂直分布是0~0.5cm(结皮层) > 0.5~10cm > 30~40cm > 60~70cm > 150~160cm,丝状微生物生物量的峰值在0~0.5cm(结皮层);⑤库布齐固定沙丘土壤微生物生物量、土壤酶活性和养分含量的垂直分布相一致,均随土层深度增加而递减,具有明显的层次性。     

腾格里沙漠东南缘植被恢复过程中土壤微生物量及酶活性

土壤微生物量和酶活性是反映土壤功能的关键指标,也是土壤恢复和环境变化的指示器。以流动沙丘为对照,研究了腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区表层0~5、5~10、10~20 cm土壤微生物量碳氮和酶活性随植被恢复的变化特征。结果显示：土壤微生物碳氮含量和脲酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、淀粉酶、纤维素酶、蔗糖酶活性均随植被恢复年限延长而增大,随土层深度增加而减小,不同年代植被区及不同土层间差异均显著（P<0.05）。其中0~5 cm土层变化最明显,经过62年植被恢复后土壤微生物碳氮量和脲酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、淀粉酶、纤维素酶、蔗糖酶活性分别增加了16.44、8.79、3.99、3.01、2.54、19.35、0.77、0.65、16.61倍,年平均变化速率分别为1.55、0.21 mg·kg^-1和6.14×10^-4、1.25×10^-2、9.32×10^-4、6.05×10^-2、8.22×10^-5、9.07×10^-5、4.24×10^-3 mg·g^-1·h^-1。土壤微生物量和酶活性与土壤理化性质高度相关,除与沙粒、容重呈负相关关系外,与土壤粉粒、黏粒、pH、电导率、有机碳、无机碳、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量呈正相关关系。这表明种植旱生灌木能够有效促进沙地土壤功能恢复并改善沙区环境。     

生物土壤结皮：荒漠昆虫食物链的重要构建者

干旱荒漠地区由于水分因子的限制,其植被分布以不连续的高等植物斑块与隐花植物及其结皮的斑块镶嵌为其主要特征,构成了独特的荒漠植被景观格局。作为荒漠生态系统的主要组成者,荒漠昆虫与生境的关系,特别是与高等植物之间的食物链关系已得到大量的文献报道。本文基于野外调查和实验室模拟观测,发现了尖尾东鳖甲(Anatolica mucronata)对藓类结皮有取食现象,哈蛃(Haslundichilis sp.)对地衣结皮有取食现象。证实了生物土壤结皮直接参与了荒漠昆虫食物链和食物网的构成,为深入了解生物土壤结皮在荒漠生态系统中的功能和地位提供了实验证据。     

腾格里沙漠固定沙丘结皮层藓类植物的生态功能及与土壤环境因子的关系

通过1998-2001年的野外调查,沙坡头地区固定沙丘结皮层藓类植物共3科、11属、24种,新发现 8 个本地区新记录种。人工固定沙丘仅分布有7种藓类,而自然固定沙丘包括了所有的 24 种藓类,具有较高的物种多样性,构成了复杂的苔藓植物群落。沿坡向随高度的上升,藓类植物的盖度减少,而藻类植物的盖度却有上升的趋势。自然固定沙丘藓类植物盖度明显小于围封的人工固定沙丘。人工固定沙丘随着固定年限的增加,藓类植物的生物量明显增高,不同种类藓类植物的生物量明显不同,综合盖度因素,真藓拥有该地区最大的生物量。不同类型、不同种类的藓类植物结皮厚度和株高之间都存在显著的相关性(P < 0.01)。不同固定沙丘藓类结皮土壤的总盐量、阴、阳离子总量都明显高于藻结皮和流沙,苔藓结皮中苔藓植物体内Mg/Ca率在0.50~0.98之间,结皮土壤Ca²⁺含量明显高于其他3种离子,Na⁺、K⁺离子含量较少。苔藓植物生物量与土壤磷、土壤有机质呈明显正相关(P < 0.05),土壤pH值与土壤磷含量和苔藓植物生物量呈显著负相关(P 分别为 < 0.01 和 < 0.05),表明高的 pH值显著影响土壤磷含量和植物生物量。藓类结皮土壤中的有机质、全磷、全氮、速磷、速氮含量显著高于藻结皮的含量,尤其是有机质含量,藓类结皮都超过了1%的水平,在有机质含量普遍低于1%的沙区,对维持沙丘的稳定,促进维管植物的定居和繁殖起着极其重要的作用。     

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。     

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）。