植被覆盖对科尔沁沙地土壤生物结皮及其下层土壤理化特性的影响

为了解不同植被覆盖对沙地土壤生物结皮及其下层土壤的影响,于2006年调查了科尔沁沙地冷蒿、小红柳、杨树和樟子松等植被封育区土壤生物结皮及结皮下0～5 cm土壤的理化特性.结果表明：经过15年的封育保护和植被建设,科尔沁沙地天然植被和人工植被下流动沙地大部分被生物结皮所覆盖,其结皮覆盖度可达60%～80%,厚度1～2 cm;在调查的几种植被中,小红柳植被区的土壤结皮厚度、硬度、粘粉粒、有机质和养分含量最高,其次是樟子松林地,杨树林地和冷蒿植被区相对较差;几种植被区的苔藓结皮的结皮厚度、硬度、粘粉粒、有机质和养分含量均优于地衣结皮;与流动沙地相比,结皮下0～5 cm土壤的理化特性有明显改善,改善程度苔藓结皮强于地衣结皮,小红柳和樟子松植被区强于杨树林地和冷蒿群丛;土壤结皮及结皮下表土理化特性的变化既受植被覆盖类型的影响,也受制于土壤结皮的发育.由于枝叶繁茂的中、高植被有利于降风滞尘和产生较多的凋落物,因而更能促进沙地结皮发育和土壤改良,而苔藓结皮较地衣结皮更有利于其下层土壤理化特性的改善.     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对土壤种子库多样性与分布特征的影响

古尔班通古特沙漠地表广泛分布着生物土壤结皮,研究其覆盖下的土壤种子库,有利于了解生物土壤结皮的生态功能及当地植被更新与恢复的潜力。本文研究了该地区3种生物土壤结皮(藻结皮、地衣结皮、苔藓结皮)对土壤种子库分布特征和多样性的影响。结果表明:在种子库水平分布上,相比于裸沙,生物土壤结皮增加了种子库密度,且不同结皮类型对种子库的影响程度不同。地衣结皮土壤种子库的密度最大(5905±778粒·m~(-3)),其对种子的捕获作用最为明显,其次是苔藓结皮(1138±380粒·m~(-3)),藻结皮与裸沙无显著差异;水平分布上的差异与结皮的发育程度、种子的形态、不同生物土壤结皮空间分布的异质性有关。在垂直分布方面,结皮发育土壤,种子库集中分布在土壤浅层(0~2 cm),这与裸沙种子库的垂直分布特征基本一致,说明结皮的存在并没有显著改变种子库的垂直分布格局。此外,从裸沙到苔藓结皮,土壤种子库和地上植被的相似性不高(0.14~0.29),土壤种子库中的物种多样性和丰富度指数不及地上植被高。该研究区土壤种子库在植被恢复中的潜力可能较小,但相对于裸沙,生物土壤结皮的存在有益于土壤种子库的保持,对荒漠生态系统物种多样性的维持和稳定具有重要意义。     

模拟氮沉降对不同类型生物土壤结皮生长和光合生理的影响

生物土壤结皮是荒漠生态系统的重要组分,其如何响应氮沉降的增加还鲜见报道。以古尔班通古特沙漠中3种不同类型生物土壤结皮为研究对象,设置0(N0)、0.3(N0.3)、0.5(N0.5)、1.0(N1)、1.5(N1.5)和3.0(N3)g N m-2a-16个不同氮素处理浓度,研究氮素增加对生物土壤结皮生长和光合生理的影响。结果表明,经过3a的模拟增氮实验,藻类结皮、地衣结皮和苔藓结皮的总叶绿素、实际光化学效率YII、可溶性糖含量以及苔藓个体生物量随着氮素增加先增加后减少,但各指标的最大值位于不同的浓度处理。氮素增加对藻类和地衣结皮类胡萝卜素影响不显著,而低氮(N0.3-N0.5)对苔藓类胡萝卜素具有促进作用。高氮(N3)对3种类型结皮的最大光化学效率Fv/Fm均具有抑制作用。氮素增加对藻类结皮和地衣结皮的可溶性蛋白影响较小,但对苔藓结皮可溶性蛋白的影响表现为先增加后降低的趋势。3种结皮类型中,苔藓结皮对氮素增加的响应最为敏感,受影响最大,其次是藻类和地衣结皮。研究表明,低浓度氮沉降对3种类型结皮生长的影响较小,但是高浓度氮沉降则具有明显的负效应。     

梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种群发育格局的影响

通过梭梭林下黄花补血草种群调查,研究土壤结皮发育过程中的无结皮沙地(前期NSC1、后期NSC2)、物理结皮沙地(前期PSC1、后期PSC2)和生物结皮沙地(前期BSC1、后期BSC2)的黄花补血草种群发育格局特征,以揭示梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种群发育的影响以及植被恢复技术。结果表明:(1)梭梭林下土壤结皮的发育对黄花补血草的种群密度具有显著的促进作用,在BSC1样地达到最大,而对个体冠幅具有前期促进后期抑制的作用,在NSC2样地达到最大,故导致种群总盖度变化不稳定。(2)种群个体发育值呈先增加后减小的趋势,在NSC2样地达到最大;在NSC1-NSC2过程中,土壤结皮发育对种群个体发育具有促进作用,其值逐渐增大,而在NSC2-BSC2发育过程中,土壤结皮发育对种群个体发育的抑制作用逐渐增强,其值逐渐减小。(3)黄花补血草种群优势级层位于较低级层,随着土壤结皮的发育,呈先增加后减小的趋势,其峰值在BSC1样地,而种群级层越高,该级层的峰值则逐渐向土壤结皮发育前期移动,其峰值在NSC2或PSC1样地。研究认为,梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种群密度具有促进作用,但对种群内植株个体发育具有前期促进后期抑制的作用,该结论对梭梭林下黄花补血草植被恢复具有积极的指导意义。     

荒漠地表生物土壤结皮形成与演替特征概述

土壤表面结皮是世界范围内干旱沙漠地区土壤表面广泛存在的自然现象,包括物理结皮和生物土壤结皮两大类型。其中,生物土壤结皮作为干旱沙漠地区特殊环境的产物,是由细菌、真菌、蓝绿藻、地衣和苔藓植物与土壤形成的有机复合体。它的形成使土壤表面在物理、化学和生物学特性上均明显不同于松散沙土,具有较强的抗风蚀功能和重要的生态效应,成为干旱沙漠地区植被演替的重要基础。随着形成生物土壤结皮的物种更替,维持结皮结构的主要胶结方式亦随之发生变化,即由胞外多糖的粘结作用逐渐转变为蓝藻和荒漠藻的藻丝体、地衣菌丝体以及苔藓植物假根的缠绕和捆绑作用,物种更替是结皮微结构和胶结方式转化的生物基础。生物土壤结皮的形成通常可以分为以下几个阶段:生物土壤结皮的早期阶段(土壤酶和土壤微生物),藻结皮阶段、地衣结皮阶段和苔藓结皮阶段。即随着土壤微生物在沙土表面的生长,随后出现丝状蓝藻和荒漠藻类植物,形成以藻类植物为主体的荒漠藻结皮;当土壤表面得到一定固定后,便开始出现地衣和苔藓植物,形成以地衣和苔藓植物为优势的生物结皮类型。其中,前一阶段的完成又为后一阶段的开始提供良好的环境条件。当环境条件适宜时,生物土壤结皮也可以不经历其中某个阶段而直接发育到更高级的阶段。     

生物土壤结皮对荒漠土壤种子库和种子萌发的影响

研究了腾格里沙漠东南缘在不同自然条件（风、温度、水分）下,人工固沙植被区（24龄、41龄、50龄）和相邻天然植被区的两种生物土壤结皮对荒漠土壤种子库和种子萌发的影响。结果表明,荒漠土壤种子库在苔藓结皮上的储量显著高于藻类结皮。随着生物土壤结皮的发育,种子萌发量在苔藓结皮上增加,在藻类结皮上减少。生物土壤结皮层的含水量对种子萌发有显著的影响（p〈0.05）,植物种子在湿润处理的生物土壤结皮上的萌发量高于干燥处理的生物土壤结皮上的种子萌发量。生物土壤结皮表层温度和亚表层温度对荒漠植物种子萌发无显著影响（p〉0.05）,但总体而言,对于苔藓结皮,植物种子在较高温度下的萌发量略高于在较低温度下的萌发量,而对于藻类结皮,植物种子在较低温度下的萌发量略高。     

基于C5.0的钱塘江流域地区土地利用/覆被信息提取研究

选取钱塘江中游地区约348 km²为实验区,综合归一化植被指数、纹理信息和数字地形模型(DEM)派生的高程、坡度等辅助数据,对SPOT5影像的光谱特征进行扩展,建立基于C5.0算法的模型,实现对土地利用信息的自动提取,并将分类结果与基于传统像元的最大似然分类结果作比较。结果表明,训练样本的有效性和辅助特征数据的参与可排除干扰信息;随着样点数量的增加,分类精度提高;决策树向决策规则的转化,能够在保证精度的基础上使规则更易理解;利用C5.0算法的总精度达到94.68%,较最大似然分类法提高了7.37%,有效实现了高精度分类,是保证钱塘江流域地区土地利用遥感信息快速准确提取的方法之一。     

生物土壤结皮的生态功能

荒漠化土壤或多或少地存在着结皮现象 ,导致结皮的产生有物理、化学和生物的因素 ,其中由不同种类的苔藓、地衣、藻类、真菌以及细菌等生物组成成分与其下层很薄的土壤共同形成的一个复合的生物土壤层 ,也就是所谓的生物土壤结皮在荒漠地区最具生态意义。组成生物土壤结皮的藻类、苔藓和地衣是常见的先锋拓殖植物 ,不仅能在严重干旱缺水、营养贫瘠、生境条件恶劣的环境中生长繁殖 ,并且能通过其生活代谢方式影响并改变环境 ,在防风固沙、防止土壤侵蚀、改变水分分布状况等方面更是扮演着重要角色。土壤的生态演替过程 ,往往是组成物种由低等…     

高寒草甸植被退化过程中生物土壤结皮演变特征

对生物土壤结皮(BSCs)在青藏高原的分布和作用还知之甚少,为了解其在高寒草甸退化过程中的演变特征,以高寒草甸为对象,研究其退化和人工重建对BSCs生长和分布影响。结果表明:随草甸退化,植被盖度不断降低,苔藓类结皮在禾草嵩草草甸和6年人工草地出现频度最高,随植被退化出现频度降低,"黑土滩"阶段最低(43.6%);黑斑、菌斑和地衣都是在矮嵩草阶段形成,在小嵩草草甸裂缝期或者剥蚀期出现频度最高,在禾草嵩草群落、6年人工草地及黑土滩均未出现;相关分析表明,苔藓类结皮出现频率与植被盖度呈极显著相关(P0.01),而与黑斑和地衣出现频率呈负相关,菌斑与地衣出现频度呈显著相关(P0.05)。BSCs在高寒草甸广泛分布,不同演替阶段,其分布和物种组成存在较大差别。植被生长和表土稳定性状况导致了BSCs的异质性分布格局。     

腾格里沙漠东南缘不同类型生物土壤结皮对土壤有机碳矿化的影响

生物土壤结皮(BSCs)是荒漠生态系统的重要组成部分,是该区土壤碳循环及碳平衡的关键影响因素。研究了腾格里沙漠东南缘不同类型生物土壤结皮覆盖下土壤碳矿化过程及其对温度(10℃、25℃和35℃)和水分(土壤含水量10%和25%)变化响应特征,分析了土壤碳矿化过程与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)结皮的形成和发育显著影响土壤有机碳矿化过程,藻类、地衣和藓类结皮覆盖的土壤碳矿化速率和CO_2-C累积释放量均显著高于去除结皮的土壤,不同类型BSCs覆盖土壤和去除结皮土壤之间均表现为藓类结皮土壤地衣结皮土壤藻类结皮。(2)含结皮层土壤的平均和最大矿化速率均随温度升高和水分增加而逐渐增大,有结皮覆盖的土壤和去除结皮的土壤对温度和水分变化的响应规律相同。(3)有结皮土壤和去除结皮土壤碳矿化速率的温度敏感性(Q_(10))与结皮类型密切相关,均表现为藓类结皮地衣结皮藻类结皮。结果表明生物土壤结皮由以藻类为主向以藓类为主的演变进一步促进了土壤碳矿化过程,结皮对土壤碳循环的调控作用受水热等环境因子的共同影响。     

湿润持续时间对生物土壤结皮固氮活性的影响

土壤可利用氮是干旱半干旱区生态系统中除水分之外的关键限制因子,研究湿润持续时间和温度变化对温性荒漠藻类结皮和藓类结皮固氮活性的影响,对于深入认识和准确评价全球变化大背景下生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献至关重要。通过野外调查采样,在一次较大降水事件发生后,利用开顶式生长室,采用乙炔还原法连续测定了沙坡头地区人工植被区和天然植被区两类典型生物土壤结皮固氮活性的变化,分析了湿润持续时间和模拟增温对其固氮活性的影响。研究结果表明:在经历31d持续干旱,降水发生后第4天两类结皮的固氮活性达到最大,此后随样品水分含量下降,至第10天其固氮活性将至最低;结皮固氮活性与水分含量之间呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分含量的增加呈先上升后下降的趋势,藻类结皮的固氮活性显著高于藓类结皮;短期模拟增温并不能显著提高其固氮活性,增温主要通过加速结皮水分散失来影响其固氮活性。上述结果反映了水分是控制生物土壤结皮固氮活性的关键因子,而实验前样品所经历的环境条件则决定了降水发生后其到达最大固氮速率的时间,野外长期观测结合控制严格的室内实验才能准确评价生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献。     

沙坡头地区生物土壤结皮的固氮活性及其对水热因子的响应

氮是除水分之外影响干旱区生态系统生物活性的关键因子。生物土壤结皮是干旱半干旱荒漠地表景观的重要组成部分, 也是荒漠生态系统氮素的主要贡献者。通过野外调查采样, 利用开顶式生长室, 模拟不同降水梯度, 采用乙炔还原法连续测定了沙坡头地区典型生物土壤结皮(藻类结皮、地衣结皮和藓类结皮)在其主要固氮活跃期(6-10月, 湿润期)的固氮活性, 及其对水热因子的响应特征。结果表明, 试验期三类生物土壤结皮的固氮活性介于2.5 × 10³-6.2 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1之间, 其中藻类结皮的最高(平均达2.8 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1), 地衣结皮的次之(2.4 × 10⁴ nmol C₂H₄ ·m^-2·h^-1), 藓类结皮的最低(1.4 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1), 差异显著(p < 0.001)。在模拟降水3 mm时, 三类结皮均可达到最大固氮速率, 当发生> 3 mm的降水事件时, 它们的固氮速率无显著增加; 不同结皮的固氮活性与温度均呈显著的负相关关系(r_藻类结皮 = -0.711, r_地衣结皮 = -0.732, r_藓类结皮 = -0.755, p < 0.001), 藻类和藓类结皮的固氮活性的最适温度区间为25-30 ℃, 地衣结皮为20-30 ℃。三类结皮之间的这种固氮差异主要归因于结皮组成生物体即隐花植物的差异, 藻类结皮主要成分为大量的蓝细菌和一些绿藻, 地衣结皮也由大量的固氮藻和真菌共生形成, 而藓类结皮的主要组成部分苔藓植物并不具有固氮作用, 其微弱的固氮量是结皮中混生的少量蓝细菌或地衣所致。     

陇中黄土高原典型草原生物土壤结皮发育对土壤养分的影响

为了解生物土壤结皮发育与土壤养分特征的关系,该研究选取处于不同发育阶段和不同盖度的藓结皮(M-crust)和地衣结皮(L-crust),对其结皮层生物体及结皮下层3 cm土壤进行养分分析。结果显示：(1)藓结皮生物体对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、铜(Cu)和锌(Zn)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达807.4%、175%、122.4%和244.5%,而地衣结皮生物体对TN、TP和钙(Ca)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达950.8%、126.2%和208.6%;除Ca外,藓结皮生物体中TP、钠(Na)、钾(K)、Cu、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)和Zn均显著高于地衣结皮。(2)土壤生物结皮盖度与其对应的土壤养分含量之间无显著线性相关关系,但发育有不同盖度藓结皮的土壤其平均TN、TP、Cu、Fe、K、Na和Ca含量均高于地衣结皮。研究表明,不同类型生物土壤结皮对养分吸收、富集效率不同,处于发育后期的藓结皮较发育中期的地衣结皮具有更强的养分累积效应,提高了土壤的养分贮存量,对黄土高原典型草原生态系统的恢复与重建具有潜在的重要影响。     

内蒙古黑岱沟露天煤矿植被恢复区生物土壤结皮的固氮潜力

氮素限制在陆地生态系统中普遍存在,在干旱受损生态系统中表现得尤为明显.生物土壤结皮是干旱、半干旱区受损生态系统植被恢复过程中的重要组成部分和氮源贡献者.以黑岱沟露天煤矿植被恢复区广泛分布的两类典型生物土壤结皮(藻类结皮和藓类结皮)为研究对象,通过野外调查采集样品,在实验室条件下测定了两类结皮的固氮活性,分析了其固氮活性对水热因子的响应特征及其与草本、结皮盖度的关系.结果表明：不同演替阶段人工植被及相邻撂荒地和天然植被下生物土壤结皮的固氮活性在9～150 μmol C₂H₄·m^-2·h^-1,藻类结皮(平均为77 μmol C₂H₄·m^-2·h^-1)显著高于藓类结皮(17 μmol C₂H₄·m^-2·h^-1).人工植被区3种常见植被类型下藻类和藓类结皮固氮活性均表现为“灌-草型”显著高于“乔-灌型”和“乔-灌-草型”.藻类和藓类结皮的固氮活性与样品相对含水量(10%～100%)和培养温度(5～45 ℃)均呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分、温度升高均呈先上升后下降的趋势,分别在60%和80%相对含水量时达到最大固氮速率,其最适固氮温度均为25 ℃.藻类结皮固氮活性与草本盖度呈显著的二次函数关系,草本盖度超过20%时固氮活性开始降低,藓类结皮固氮活性与草本植物盖度呈显著负相关.两类结皮固氮活性与其盖度均呈显著的正相关关系,随结皮盖度增加其固氮活性显著升高.露天煤矿植被恢复区两类生物土壤结皮固氮活性差异主要由结皮组成生物体即隐花植物的差异所致,不同植被类型下的水热差异及不同植被演替阶段草本、结皮盖度的差异是影响生物土壤结皮氮固定的关键因子,生物土壤结皮在人工植被区的拓殖发育及其氮输入是系统健康发展的重要标志.     

Assessing Level of Development and Successional Stages in Biological Soil Crusts with Biological Indicators

Biological soil crusts (BSCs) perform vital ecosystem services, but the difference in biological components or developmental level still affects the rate and type of these services. In order to differentiate crust successional stages in quantity and analyze the relationship between crust developmental level and successional stages, this work determined several biological indicators in a series of different developmental BSCs in the Shapotou region of China. The results showed that crust developmental level (level of development index) can be well indicated by crust biological indicators. Photosynthetic biomass was the most appropriate to differentiate crust successional stages, although both photosynthetic biomass and respiration intensity increased with the development and succession of BSCs. Based on of the different biological compositions, BSCs were quantificationally categorized into different successional stages including cyanobacterial crusts (lichen and moss coverages <20 %), lichen crusts (lichen coverage >20 % but moss coverage <20 %), semi-moss crusts (moss coverage >20 % but <75 %), and moss crusts (moss coverage >75 %). In addition, it was found that cyanobacterial and microalgal biomass first increased as cyanobacterial crusts formed, then decreased when lots of mosses emerged on the crust surface; however nitrogen-fixing cyanobacteria and heterotrophic microbes increased in the later developmental BSCs. The structural adjustment of biological components in the different developmental BSCs may reflect the requirement of crust survival and material transition.     

中分辨率遥感像元尺度生物土壤结皮覆盖与植被及土壤间的交互关系

生物土壤结皮（Biological soil crust,BSC）作为干旱、半干旱地区健康生态系统的重要组成部分,具有固碳、固氮、降低土壤水分蒸发、减少土壤径流等多种生态功能,这些功能与BSC的发展阶段及覆盖度密切相关,使其在维系荒漠自然生态系统的稳定性中扮演重要角色。因此,结合遥感数据尺度定量研究影响BSC分布的环境因素是评估沙区生态系统稳定性并以此为依据进行沙化土地治理的重要基础性研究。影响BSC覆盖度的环境因子较为复杂,现有研究方法存在两方面局限,其一是多为小尺度定性分析,其二是多侧重于孤立地分析BSC与环境因子间的单向关系。利用结构方程模型（Structural Equation Modeling,SEM）中的非递归路径分析（Nonrecursive Path Analysis,NPA）对遥感30 m分辨率像元尺度BSC覆盖度、植被覆盖度、土壤pH值、盐度、有机质与粒度进行路径分析,旨在使用综合性方法从整体上阐明大尺度BSC分布与植被、土壤间的交互关系。结果表明：（1）在毛乌素沙地,BSC覆盖度受各环境因子综合影响,无法用单一变量说明。BSC覆盖度与植被覆盖度、土壤有机质、平均粒径和细颗粒占比呈极显著正相关（P<0.01）,与粗颗粒占比呈极显著负相关（P<0.01）。（2） BSC覆盖度与植被覆盖度通过有机质相互影响,BSC覆盖度对植被覆盖度有较大的正向直接影响,路径系数（Path Coefficient,PC）=0.43（P>0.05）,植被覆盖度对BSC覆盖度有交大的负向影响（PC=－0.22;P>0.05）。（3）土壤平均粒径和细颗粒占比均正向影响BSC的覆盖度,其中,平均粒径对BSC覆盖度的总体影响较大（PC=0.67;总效果值=0.590）,细颗粒占比对BSC覆盖度的间接影响较大（间接效果值=0.052）。（4）盐度对BSC覆盖度呈显著负向直接影响（PC=－0.41;P<0.05;总效果值=－0.398）,pH值对BSC覆盖度有极小的正向影响（总效果值=0.072）。上述研究结果可为遥感探测BSC、制定有效的荒漠生态系统保护与修复政策措施提供科学依据。     

北京海淀区植被覆盖的遥感动态研究

 植被覆盖度fg人(植被的垂直投影面积与单位面积之比)是一个十分重要的生态气候参数。为了有效地从遥感资料中提取植被覆盖度,发展了一套计算区域植被覆盖度的亚象元分解模型法。运用该方法对北京市海淀区1975、1991和1997年的植被覆盖度进行了计算,并在此基础上,求得研究区不同植被覆盖等级的变化转移矩阵,分析了海淀区22年来植被覆盖等级变化的空间过程和变化趋势。     

腾格里沙漠东南缘苔藓结皮对荒漠土壤种子库的影响

对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工植被区和天然植被区苔藓结皮种子库进行了研究.结果表明,土壤种子库密度随着苔藓结皮的发育呈现增加的趋势,天然植被区是24年生人工植被区的3.4倍.种子库中共发现12种植物种子,分属于6科,其中1年生草本植物占70%以上.人工植被区未发现有多年生草本的植物种子,天然植被区多年生草本占20%,半灌木植物在人工植被区和天然植被区分别占20%和10%.人工植被区土壤种子库物种丰富度指数相对较低,而天然植被区物种丰富度指数是人工植被区的2倍;人工植被区土壤种子库物种多样性指数随着结皮的发育略有下降,天然植被区的多样性指数最高,为0.693;人工植被区土壤种子库物种相似性指数为1,相对较高,而人工植物区与天然植被区的物种相似性指数为0.4.苔藓结皮的出现增加了地表粗糙度,有利于对种子的捕获,同时显著地改善了土壤环境,有利于更多植物的定居.