两种荒漠蓝藻生长特征及其对培养水体微环境的影响

人工生物土壤结皮是近年来新兴的绿色环保固沙材料,是目前沙区生态恢复研究的前沿和热点,用于人工生物土壤结皮培养的荒漠蓝藻等生物体的产量是该技术大规模应用的限制因素。为了解荒漠蓝藻的生长特征及其影响因子,以分离于腾格里沙漠蓝藻结皮中的优势荒漠蓝藻——具鞘微鞘藻(Microcolus vaginatus)和念珠藻(Nostoc carneum)为对象,探索了实验室条件下接种密度对荒漠蓝藻生长和培养水体pH及电导率的影响。结果显示：随着接种密度的增加,具鞘微鞘藻和念珠藻生长进入稳定期的时间提前。在生长初期,具鞘微鞘藻在0.35、0.95 mg·L^-1密度下的干重显著高于2.13、6.59、13.42 mg·L^-1密度下的干重,生长后期则相反。在生长前期和后期,念珠藻在0.04～0.32 mg·L^-1密度下的干重和总质量均显著高于0.86～2.59 mg·L^-1密度下;具鞘微鞘藻在6.59～13.42 mg·L^-1密度下的总质量显著高于0.35～2.13 mg·L^-1     

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。     

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。     

西鄂尔多斯地区5种荒漠优势灌丛生物量分配格局及预测模型

以西鄂尔多斯地区5种荒漠优势灌丛（沙冬青（Ammopiptanthus mogolicus）、四合木（Tetraena mongolica）、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）、红砂（Reaumuria songarica）、半日花（Helianthemum songaricum））为研究对象,采用平均标准灌丛全部收获法测定灌丛各营养器官（枝条、叶片、根系）生物量,并分别以丛高（H）和冠幅（C）的复合因子（CH）及基径（D）和丛高（H）的复合因子（D²H）为自变量建立单株灌丛生物量预测模型。通过决定系数（R²）、估计值的标准误差（SEE）和F检验显著水平筛选出各灌丛种最佳生物量预测模型。结果表明：（1）5种荒漠灌丛单株总生物量干鲜比差异性显著（P<0.05）,各营养器官间差异性也达到显著水平（P<0.05）;灌丛根冠比种间差异显著（P<0.05）,红砂（1.05）> 霸王（1.01）> 半日花（0.92）> 沙冬青（0.90）> 四合木（0.49）;（2）根系和枝条是荒漠灌丛生物量的主要贡献者,其生物量占灌丛总生物量比例之和均在80%以上,根系生物量分配随根系径级的增加而增加;（3）5种荒漠优势灌丛单株灌丛生物量预测模型R²值均在0.85以上,且在0.05水平上显著,生物量模型预测精度较高。     

荒漠人工固沙植被区土壤结皮斥水性发展特征

土壤结皮深刻影响绿洲边缘固沙植被区的土壤水文过程。土壤结皮斥水性是量化上述影响的潜在指标。采用滴水穿透时间（WDPT）法,研究了河西走廊荒漠边缘不同建植年限梭梭植被区固定沙丘土壤结皮斥水性的时间演变规律及影响因素。结果表明：建植20 a后,丘顶与丘间地土壤结皮出现显著斥水性（WDPT>5 s）,而丘坡土壤结皮无斥水性（WDPT<5 s）。丘顶土壤结皮斥水性与总有机碳、微生物量碳、有机碳C-H组分以及电导率显著相关（P<0.01）;而丘间地土壤结皮斥水性与黏、粉粒含量显著相关（P<0.01）。植被形成的“碳岛”及“盐岛”效应是丘顶土壤结皮斥水性形成的主要原因,而黏、粉粒在土壤表层的积聚是丘间地土壤结皮斥水性形成的主要原因。     

石羊河下游人工梭梭林土壤呼吸变化特征及其与水热因子的关系

土壤呼吸不仅是反映土壤生物活性的重要指标,也是全球碳循环研究中备受关注的热点问题。在地处典型干旱区的石羊河下游,以流动沙丘和去除土壤结皮人工梭梭林为对照,采用LI-8100土壤碳通量监测系统研究了栽植约40 a、30 a、10 a和5 a的人工梭梭林生长季和非生长季的土壤呼吸日变化,并分析了土壤水分和温度对土壤呼吸的影响。结果表明：（1）不同林龄梭梭林生长季和非生长季土壤呼吸速率的日变化均为明显的单峰曲线,且呈现出一定的波动性,日最大排放速率出现在12:00～14:00时,最小值出现在8:00时左右。（2）梭梭林营造和去结皮处理显著提高了沙漠土壤呼吸速率,而且不同林龄土壤呼吸速率大体上随着种植年限的增加而递增,表现为MC >40 a>30 a>10 a>MS >5 a,非生长季表现为MC >40 a>10 a>5 a>30 a>MS。（3）不同林龄梭梭林土壤呼吸速率均具有明显的季节变化特征,生长季（8 月）的土壤呼吸作用明显强于非生长季（1月）。（4）相关性分析表明,生长季和非生长季土壤呼吸均与0～5 cm土壤水分显著相关,且均呈二次曲线关系,分别为Y =-0.205 8X ²+0.946 5X-0.316 6（R ² =0.506 ²,P= 0.041 7）和Y= 0.118 7 X ²+0.156 3X+0.118 8（R ²=0.675 7,P =0.001 1）;但与10 cm土壤温度的相关性不显著,土壤水分是影响人工梭梭林土壤呼吸的关键因素。该研究进一步证明了人工梭梭林的营造有效改善了沙漠土壤的生物活性,提高了土壤碳通量水平,以土壤结皮破坏为基本特征的人工梭梭林退化和沙漠化必然在短期内加剧碳排放。因此,需要在沙漠地区合理营造人工林,并在造林和林业管理过程中注意保护土壤结皮,以减少CO²排放。     

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。     

荒漠草原植物群落光合速率对水氮添加的响应

氮沉降和降水格局改变对草原生态系统的结构、功能及关键过程具有重要影响。依托内蒙古乌拉特荒漠草原研究站的全球变化实验平台,研究了氮添加和增减雨（+50%、-50%）及其交互作用对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征的影响,分析了荒漠草原植物群落光合速率与植被特征的关系。结果表明：（1）短期氮添加对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征没有显著影响（P > 0.05）;（2）降水格局改变显著影响荒漠植物群落光合速率（P < 0.05）,减雨50%显著降低了荒漠草原植物群落光合速率和优势种植物高度（P < 0.05）,而降水增加50%没有改变群落光合速率和植被特征,降水改变下的土壤水分能很好地解释群落光合速率;（3）氮添加和增加降水的交互效应显著提高了群落的光合速率和优势种植物高度（P < 0.05）,而减少降水与氮添加没有显著影响;（4）荒漠草原植物群落盖度、优势种盖度、优势种平均高度与群落的光合速率呈现出指数增加关系,解释率为40%~58%。干旱极大地抑制荒漠草原植物群落光合速率,而氮沉降则依赖于降水增加来提高群落的光合速率,荒漠草原植物群落光合速率与水肥处理下的植物生长特征具有密切的关系。     

基于MODIS的青海草地产草量变化遥感分析

青海省属于全国四大牧区之一,及时监测草地植被长势、准确估算牧草产量对青海牧区可持续发展与生态保护具有重要意义。草地产草量遥感估算主要基于植被指数与地面实测数据的统计关系,但是估算涉及植被指数、统计模型和建模指标等因素,不同组合建立的估算模型的精度不同。本文基于青海省MODIS数据与地面实测产草量数据,选择了6种植被指数（NDVI、EVI、RVI、DVI、RDVI、MSAVI）、5种统计模型（简单线性模型、二次多项式模型、幂函数模型、指数函数模型、对数函数模型）以及3种建模指标（植被指数年度最大值VI_max、植被指数生长季累积值VI_season-cum、植被指数年度累积值VI_annual-cum）,研究不同组合下估算模型的精度差异,并从中选出最优产草量估算模型,用于估算青海省2015年和2016年的产草量。结果表明：（1）6种植被指数中,基于NDVI的产草量估算精度最高;非线性模型的估算精度高于线性模型,尤其是指数模型,适用于大多数草地类型产草量的估算;基于NDVI年度最大值的估算模型对大多数草地类型都具有最高的决定系数（R²）。（2）从干重来看,高产草量区（>1 200 kg·hm^-2）主要位于青海东部的高寒草原,中等产草量区（600~1 200 kg·hm^-2）位于青海南部和东部的高寒草原和禾草草原,低产草量区（<600 kg·hm^-2）位于青海西部和北部的高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠和盐生草甸。（3）与2015年相比,2016年青海省干草总产量减少31.60×10⁴ t,减幅为1.36%。其中,禾草草原和高寒草甸的减产幅度最大,而荒漠草原和盐生草甸的产量则有所增加。本文可为草地产草量遥感估算的研究和实践提供参考。     

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...     

干旱胁迫对唐古特白刺(Nitrariatangutorum)种子吸胀萌发和幼苗生长的影响

以生长在荒漠地区的唐古特白刺(Nitraria tangutorum)种子为材料,采用PEG-6000模拟干旱条件,研究了6种渗透势(-0.05、-0.148、-0.295、-0.490、-0.734、-1.032 MPa)下种子吸水特性、萌发特性和幼苗生长特性.结果显示:唐古特白刺吸水速度快,效率高,3 h吸水量随水势的降低而增高;随着干旱胁迫程度的加剧,唐古特白刺种子的萌发率、发芽指数、活力指数降低,萌发起始天数推迟,初生芽高度和幼苗生长量表现出降低的趋势,而幼苗干重、根干重和根冠比均呈先升后降的趋势,表明唐古特白刺种子在适当的干旱胁迫下可以提高幼苗的抗旱性,有利于培育壮苗;唐古特白刺种子萌发对水势变化既敏感又抗旱,种子能够萌发的最低渗透势阈值为-0.490 MPa;因干旱胁迫未能萌发的种子复水后萌发率较高.唐古特白刺种子萌发和幼苗生长对干旱胁迫的响应特征对幼苗的成功定植和避旱具有重要生态学意义,但在人工栽培时保证土壤墒情应是保障建植成功的关键措施.     

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。     

Stable isotope composition of microfauna supports the occurrence of biologically fixed nitrogen from cyanobacteria in desert soil food webs

Biological soil crusts of the arid Southwest US are habitat for a greater diversity of microfauna than soils with absent or physically disturbed crusts. The cyanobacteria of desert soil crusts fix nitrogen biologically, but it is not known whether these cyanobacteria are consumed by microfauna and are a significant component of the soil food web. We suspect that stylet-bearing nematodes and tardigrades are the most likely microfauna to graze on cyanobacteria, so we used natural abundance stable isotopes to test whether cyanobacteria are indeed a significant component of their diet in the field. We found that stable isotope composition of microinvertebrate biomass supports the hypothesis that cyanobacteria are a potential prey item in the food chain leading up to tardigrades and dorylaim-type nematodes in desert soils, but does not support the same hypothesis for Tylenchidae in these communities. Continued development of stable isotope methods may help to refine our understanding of feeding behaviors in belowground desert soil food webs.     

毛乌素沙地南缘人工植被区生物结皮发育特征

防沙治沙和生态修复工程实施之后,有植物定植的沙丘表面广泛发育了生物结皮。揭示不同类型人工植被与生物结皮发育特征之间的关系对受损荒漠系统的生态修复具有重要的参考价值。采用野外调查的方法,对毛乌素沙地南缘沙区不同类型人工植被区(羊柴Hedysarum mongdicum、小叶杨Populus simonii、沙柳Salix psammophila+羊柴、紫穗槐Amorpha fruticosa和沙地柏Sabina vulgaris)生物结皮厚度、抗剪强度、总盖度及分盖度进行了测定。结果表明:不同类型人工植被区生物结皮发育特征表现出较大差异,小叶杨样地生物结皮厚度、抗剪强度和总盖度均显著高于其他类型人工植被区(P<0.05),羊柴、沙柳+羊柴样地生物结皮的盖度较低。分盖度的调查结果表明,小叶杨样地生物结皮以藓类结皮为主,其余样地则以藻类结皮为主。生物结皮盖度随植被盖度的增加而减少,随表层(0~5cm)土壤含水量的增加而增加。小叶杨的建植有利于生物结皮的扩殖,沙柳行带间栽植羊柴则不利于生物结皮的发育。     

Soil properties related to land-use systems in oases of Sangong river watershed, Xinjiang

Understanding the effect of human activities on the soil environment is fundamental to understanding global change and sustainable development. In the process of transformation of tropical rain forests and semiarid grasslands to farmlands, land degradation usually occurs. But the transformation of arid desert landscape to oasis is found to have quite different consequences. Taking an alluvial plain oasis in the north piedmont of the Tianshan Mountains as a case study, we investigate oasis soil properties related to different land-use systems during the transformation of arid desert to oases. Selected land-use systems consisted of an annual crop field less than 3 years old, annual crop field 3?6 years old, annual crop field more than 6 years old, perennial crop field less than 4 years old, perennial crop field of 4-6 years old, perennial crop field more than 6 years old, abandoned farmland more than 3 years old, woodland field more than 6 years old, ecological forestation field, natural shrubbery field, desert grass land, and saline or alkaline field. Different land-use systems affect significantly the distribution of sand, silt and clay. Sand content in oasis soil tends to decrease with cultivation years but silt and clay contents tend to be increased in the oasis soils. Soil fertility is higher in the land-use systems under strong human disturbance than under weak human disturbance. Oasis soil nutrients also tend to increase with cultivation years. Soils have a significantly lower salinity in the land-use systems under strong human disturbance than under weak human disturbance. Soil organic matter and nutrients of the annual and perennial crop systems in the oasis tend to increase with cultivation time with the oasis soil acting as a carbon sink. These results show that soils are not degraded and the soil quality is gradually improved under rational land use and scientific management patterns, including uniform exploitation of land resources, effective irrigation systems, sound drainage systems, balanced fertilizer application, crushed straw return to soil and transformation of annual crop fields to perennial ones.