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。     

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。     

固沙植被区土壤质地与土壤微生物数量的关系

土壤微生物是荒漠生态系统的重要组分,参与成土过程与生物地球化学循环,其数量反映土壤质量,是判别退化生态系统恢复程度的重要指标。选取沙坡头固沙植被区土壤中的真菌、细菌、放线菌数量进行研究,分析了其时空分布、恢复特征及影响因子。结果表明：土壤微生物数量随固沙年限增加而增加,随土层深度增加而减少,夏秋季显著大于冬春季。三大类群微生物数量恢复曲线均呈现S型,在固沙植被建立18~24 a后恢复速率达到峰值,24~36 a后数量能够达到天然植被区的31.6%~83.7%。土壤微生物数量恢复过程主要受土壤细物质含量的影响,土壤pH是限制因子。土壤微生物对土壤状况与覆被变化敏感,能较早且敏感地指示生态系统功能的变化。     

沙坡头人工植被固沙区天然降水的入渗和分配研究

土壤、植被冠层与大气界面间(SVAT)物质传输过程日益成为水文学研究最感兴趣的领域,降水量的迁移与转换是非灌溉区SVAT主要的物质传输过程.干旱半干旱区稀疏灌丛蒸散量占降水量的90%以上,因此对降水入渗与水分在土壤内植物根际区再分配的研究显得十分重要.试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头试验站进行,主要观测人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii) 灌丛固定沙丘降水入渗与再分配过程.结果表明:在7次不连续降水过程中,土壤入渗深度与降水强度呈简单线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍.当次降水过程中降水强度小于0.46 mmh-1时,土壤入渗速率约为0 cm*h-1,此时的降水对沙区土壤基本上没有水分补给作用.受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40～140 cm内降水水分入渗积累不明显.降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡而变化,干燥土壤剖面有助于提高瞬时入渗速率.降水以后随着时间的推移,人工固沙区微环境内空气温度、湿度等气象条件适宜,柠条生长进入相对旺盛阶段,其根系密集层140 cm深度处土壤含水率在总体上下降的过程中,表现出昼消夜长的趋势,试验期间翌日 8:00时土壤含水率值略高于前一日20:00时水分值 0.1%～0.3%.     

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。     

沙坡头人工固沙植被生态系统土壤恢复研究进展

土壤是荒漠生态系统的重要组成部分,沙化土地的治理与恢复是人们关注的重点。沙坡头人工固沙植被区的土壤经过50 a的恢复,已得到显著的发育。结皮及亚表土层厚度随固沙年代的增加而增大,土壤颗粒组成中粘粒和粉粒含量增多,土壤容重降低,有机质和氮、磷、钾等营养元素含量增加,流动风沙土已发育成为钙积旱成土。本文探讨了降尘、生物土壤结皮和土壤微生物对土壤恢复的影响,分析土壤发育与人工植被演替的相互作用,并提出了今后的研究重点方向。     

不同有机溶剂萃取生物结皮中叶绿素a效率的比较研究

参照水体中浮游植物叶绿素a的萃取测定方法,运用丙酮、乙醇、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）4种有机溶剂对不同土质不同发育阶段自然和人工生物结皮中叶绿素a的萃取效率进行了比较研究。结果发现,不同有机溶剂从生物结皮中萃取叶绿素a的效率存在极显著差异（P<0.001）,而乙醇法的离散度最低;取样量对萃取效率总体上没有显著影响（P>0.05）,但在具体的测定中与萃取效率之间存在负相关。4种方法中,DMSO法对藻类占优势的结皮萃取率最高,DMF法对自然结皮的萃取率仅次于DMSO法,在人工结皮中最低;乙醇法和丙酮法的萃取效率普遍较低,而且与结皮属性之间没有明显规律。     

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。     

不同气候条件下紫色土的微生物数量比较

通过对云南省的元谋地区和四川省的内江、仁寿两种气候条件下紫色土理化特性和微生物数量的分析 ,探讨热带干热河谷和亚热带润湿气候区不同气候条件对紫色土微生物数量和土壤理化特性的影响。分析试验说明 ,处于不同气候条件下的紫色土微生物的数量不同 ,活性不同 ,使紫色土的生物和化学风化过程有异 ,导致不同地区紫色土的理化特性不同。润湿气候地区由于适宜的水热状况 ,紫色的细菌和真菌数量多高于干热气候地区 ,而放线菌的数量则是干热气候地区高于润湿气候地区。     

造林对沙地土壤微生物的数量、生物量碳及酶活性的影响

对科尔沁沙地流动沙丘中林龄为20年左右的樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）和小叶杨（Populus simonii）人工林表层土壤微生物数量、微生物生物量碳和酶活性进行了研究,流动沙丘作为对照。研究表明:樟子松和小叶杨人工林可以显著改善流动沙丘土壤性状,对沙丘土壤微生物活性具有显著的促进作用;土壤微生物数量、微生物生物量碳和酶活性均表现为小叶杨林>樟子松林>流动沙丘。樟子松和小叶杨林地土壤微生物总数分别是对照的50.16倍和72.48倍,三者差异显著;樟子松和小叶杨林地土壤微生物生物量碳分别是对照的23.67倍和33.34倍,林地与对照差异显著;两种林地土壤脱氢酶、过氧化物酶、蛋白酶、脲酶、纤维素酶活性分别是对照的19.00倍和27.54倍、4.78倍和9.89倍、4.05倍和8.67倍、29.93倍和37.46倍、9.66倍和13.42倍,林地与对照差异显著。在科尔沁沙地,人工种植适合当地气候特点的乔木,不仅可以改善流动沙丘土壤性状和微生物活性,而且还能起到固定流动沙丘的目的,樟子松和小叶杨是当地值得推广种植的防风固沙树种。土壤微生物量商（Cmic∶C）是一个衡量林地土壤稳定性和有效性较好的指标,从林地土壤养分有效性、林木稳定性和可持续性等方面综合考虑,樟子松比小叶杨更具优势。     

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。     

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。     

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。     

饱和流沙和苔藓结皮在蒸发过程中的水分特征研究

利用Star-1微型水分蒸发测定系统（SC-DLO,Wageningen, Netherlands）研究了饱和流沙（后文简称流沙）和苔藓结皮（取自1956年人工固沙植被区）蒸发过程中水势、蒸发量和水分特征曲线的变化特点。研究发现,流沙和苔藓结皮的水势在蒸发过程中呈现出各自特点,而且其蒸发的持续时间也具有明显差异;流沙和苔藓结皮的蒸发量都经历了先稳定,后增加,最后又降低三个过程,但流沙的蒸发量比同期纯水稍高,而苔藓结皮与纯水基本无明显差异;在相同吸力条件下,流沙释放的植物可以利用的有效水比苔藓结皮多近1/5,故苔藓结皮的持水能力明显强于流沙。对流沙和苔藓结皮蒸发过程中的水势、蒸发量和不同吸力条件下土壤体积含水率所做的统计分析表明:流沙和苔藓结皮的水势和不同吸力条件下土壤的体积含水率具有显著性差异,而两者的蒸发量没有明显差异。     

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。     

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。