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。     

人工生物土壤结皮对草本植物群落组成与多样性的影响

人工生物土壤结皮（Biological Soil Crusts, BSCs）指通过人工培养加速形成的BSCs,可用于沙化土地治理。目前关于人工BSCs的研究多在藻种选择与培养、接种方法优化及野外拓殖等方面,缺少其对荒漠生态系统功能恢复作用的研究。为探讨人工BSCs对草本植物多样性等荒漠生态系统功能恢复的影响,以腾格里沙漠东南缘人工BSCs与流沙为研究对象,对人工BSCs属性以及草本植物的组成、生长和多样性进行了研究。结果表明：人工BSCs样地共有9种草本植物,隶属于4科9属,其中苋科（Amaranthaceae）种数最多,其次为禾本科（Gramineae）,优势种为砂蓝刺头（Echinops gmelini）。对照组流沙的草本植物总盖度8%、生物量11.63 g·m^-2、丰富度0.71、多度1.00;人工BSCs草本植物的总盖度11%—19%、生物量80.00—179.70 g·m^-2、丰富度1.67—3.67、多度4.33—16.78。人工BSCs盖度与草本植物盖度为二次函数关系,而人工BSCs属性与草本植物的盖度、生物量、丰富度、多度均呈显著正相关关系。因此,人工BSCs形成与发育有利于草本植物的生长和多样性的恢复,加快了荒漠生态系统功能恢复。     

我国温带荒漠生物土壤结皮孔隙结构分布特征

对原状生物土壤结皮孔隙结构、孔隙率及其垂直连通性进行室内微观扫描与计算机断层摄影成像分析。结果表明,生物土壤结皮团聚体特征明显,其孔隙率的增大主要是由大孔隙数量的增加而形成,同时,土壤孔隙连通性也随大孔隙数量的增加而增大,生物土壤结皮的发育导致表层土壤具有明显的极其复杂的土壤结构演化特征。     

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。     

干旱区生物土壤结皮对种子植物多样性的影响

通过调查古尔班通古特沙漠筑路形成的严重干扰样方与自然状态下轻微干扰样方种子植物多样性的差异,结合人为干扰生物土壤结皮样方的结果,综合生物土壤结皮土壤种子库、结皮上种子萌发、生长以及土壤养分与水分的特征,研究生物土壤结皮对种子植物多样性的影响。结果表明：完整结皮与适度干扰后结皮样方内植物多样性指数D分别为0.3296和0.5291,多样性指数H分别为0.8400和1.2957,差异均达到显著水平;严重干扰样方的多样性指数D和多样性指数H均显著低于轻度干扰样方的对应指标。说明对生物土壤结皮 “适度”干扰使其保持在早期发育阶段有利于增加种子植物多样性,而“严重”干扰使结皮变为流沙阶段会降低种子植物多样性。结皮影响种子植物多样性的机理主要在于发育后期的生物土壤结皮会降低土壤种子库,也会抑制多数种类种子萌发,夏秋季结皮深层土壤水分的减少也不利于深根植物的生存,但结皮土壤拥有相对较高的养分条件却能保证一年生短命植物生长和生存。相对于流沙,生物土壤结皮的存在有益于保持相对较高的植物多样性,这可能归功于生物土壤结皮有利于地表稳定性、以及其在防风蚀和土壤形成等方面重要的生态功能,因而,在采取 “适度”干扰措施以提高植物多样性之前需要慎重考虑可能带来的不利影响。     

不同生物气候区生物土壤结皮蓝藻物种多样性

丝状蓝藻作为荒漠区的先锋拓殖生物,在干旱半干旱的生物地球化学循环和生态修复过程中发挥着重要作用.本研究对3个不同生物气候区(民勤,大陆性荒漠气候;盐池,中温带大陆性气候;玛曲,高原大陆性气候)藻结皮中培养分离到的67株丝状蓝藻进行丝体的形态描述和16srRNA分子鉴定.结果表明:67株丝状蓝藻隶属于颤藻目(Oscill...     

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。     

固沙植被区生物土壤结皮中蓝藻群落的多样性

采用非培养法对腾格里沙漠沙坡头固沙植被区的蓝藻多样性进行了研究,通过蓝藻通用引物PCR扩增其16S rDNA序列并构建16S rDNA文库,对阳性克隆进行测序、比对分析和构建系统发育树,同时通过Shannon-Weaver多样性指数、Chao和ACE丰富度指数及Simpson优势度指数对蓝藻多样性进行比较分析。结果表明:腾格里沙漠沙坡头地区蓝藻可分为5大类:颤藻目(Oscillatoriales,64.55%),色球藻目(Chroococcales,1.82%),念珠藻目(Nostocales,16.36%),宽球藻目(Pleurocapsales,6.82%)和未分类蓝藻(10.45%)。人工固沙植被区经过57年的恢复,蓝藻群落Chao和ACE丰富度指数均明显小于天然植被区(恢复逾100年),而且其群落结构与天然植被区仍然存在着统计学显著差异的区别,说明荒漠区生态系统微生物多样性的恢复是一个长期的过程。     

降雪对荒漠生物土壤结皮光合生理特性的影响

生物土壤结皮（BSC）广泛分布在干旱、半干旱区,对荒漠生态系统的稳定、平衡等具有重要意义。初步探讨了降雪量对腾格里沙漠东南缘藻类、地衣和藓类结皮叶绿素荧光参数、光合色素、丙二醛（MDA）及可溶性蛋白含量的影响。结果表明：结皮光合生理特性对降雪量的响应有显著差异。适量降雪激发3种结皮PSⅡ反应中心,引起光合色素、可溶性蛋白合成升高,MDA含量降低;过量降雪导致藻类和地衣结皮光合电子传递受阻,光合色素、可溶性蛋白合成减少,MDA含量升高,产生光抑制现象。适量冬季降雪对结皮具有一定的促进作用,而藓类结皮更能适应极端降雪环境,但相关分子机制还需深入研究。     

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%.     

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.     

腾格里沙漠南缘植被恢复过程中土壤理化性状的变化

土壤有机碳是土壤质量的关键指标,也是评估陆地生态系统碳库对大气CO2源、汇效应转变的基础。本文分析了腾格里沙漠南缘植被恢复过程中土壤物理性质、有机碳含量及其组分特征。结果表明:在围封后,土壤容重随着植被恢复年限的延长呈指数级减小,孔隙度、黏粒含量和田间持水量则表现出随年限延长而显著增大的趋势;土壤有机碳、微生物量碳、轻组有机碳和重组有机碳含量随着围封抚育年限的延长而显著增加,轻组有机碳占总有机碳的比例随植被恢复年限的延长而增大,而重组碳所占比例则随时间变化显著下降。土壤有机碳与容重呈显著负相关,而与其他参数呈显著正相关,说明其变化受多种因素影响,且对土壤物理性质的变化有重要意义。     

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。     

固定沙丘生物结皮层藓类植物形态结构及其适应性研究

对腾格里沙漠沙坡头地区及其毗邻区域固定沙丘生物土壤结皮层6种有代表性藓类植物形态解剖结构及其适应性进行了观察和系统分析,结果表明:优势种真藓、土生对齿藓和刺叶赤藓植物体密集丛生,其中真藓和土生对齿藓易于通过茎叶碎片或芽胞进行无性繁殖,其茎的结构中皮部细胞壁明显增厚、中轴分化明显;刺叶赤藓和芦荟藓叶片结构最复杂,刺叶赤藓叶片具两层细胞,细胞密被透明马蹄形细疣,芦荟藓叶片内卷成兜形,中肋扁宽,背部有多层厚壁细胞,腹部着生许多绿色丝体;绿色流苏藓和盐土藓的叶片细胞也发生了明显的分化。藓类植物多样的形态结构特征使其适应沙漠环境中水分缺乏、基质不稳、强光辐射伤害等不利环境因子。植物体集群生长状态是其形态适应性的重要特征,与繁殖过程中植物体的连续分枝和原丝体反复再生及外延生长特性直接相关,个体和种群形态结构上的适应性对减缓细胞内生理条件的剧烈变化,减弱细胞器受损害的程度,加快其生理功能的恢复速度有重要作用。     

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。     

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。