土壤丝状蓝藻在荒漠治理中的作用研究

土地荒漠化是当前全球性的重要环境问题之一。我国是世界上荒漠化面积较大,危害最严重的国家之一,全国荒漠和荒漠化土地面积2·782×106km2,约占国土陆地面积的三分之一。荒漠化土壤常存在区域性结皮现象,这种结皮对改善荒漠化土壤具有极其重要的作用。导致结皮的产生有物理的、化学的和生物的因素,其中以生物结皮最具生态意义,而生物结皮又分藻结皮、苔藓结皮和地衣结皮。藻类是荒漠中的先锋植物,尤其是一些抗逆性很强的蓝藻,特别是丝状蓝藻在荒漠土壤中具有更强的拓殖作用。本文从丝状蓝藻在生理生态上的优势综合介绍其在荒漠治理中不可替…     

生物土壤结皮——荒漠化地区研究的热点问题

生物土壤结皮在荒漠化地区广为分布。从结皮的概念、结皮对生态系统和景观变化的影响（包括水文循环、土壤侵蚀、土壤养分循环、维管植物的萌发和生长、动物多样性、景观异质性以及生态系统和景观变化监测和评价等）以及生物土壤结皮对干扰的反应及其恢复机理等方面详细地论述了生物结皮在荒漠化发生发展及其防治中所起的重要作用,并提出了今后生物土壤结皮研究的方向和着眼点。     

陕北水蚀风蚀交错区两种生物结皮对土壤理化性质的影响

以黄土高原陕北水蚀风蚀交错区六道沟小流域为例,研究了该区以苔藓为主要成分的沙土和黄土两种生物结皮对土壤理化性质的影响。结果显示:(1)两种生物结皮均能显著增加土壤饱和含水量和田间持水量,降低容重和饱和导水率,其中沙土生物结皮还可明显粘化0～25cm土壤质地;(2)两种生物结皮均能不同程度的增加土壤全量养分、速效养分以及有机质含量,降低pH值,但其影响多数集中在表层或结皮层;(3)土壤化学性质中,全氮、速效磷和有机质受生物结皮影响程度较大,而全氮、速效钾和有机质受生物结皮影响土层较深;(4)沙土生物结皮对土壤理化性质的影响程度大于黄土生物结皮。两种类型生物结皮对所研究土壤理化性质的影响总体有利于该区生态环境的改善,且沙土生物结皮较黄土生物结皮具有更为重要的生态功能。     

黄土高原生物土壤结皮分布时空分异特征

生物土壤结皮(生物结皮)是黄土高原广泛分布的生物地被物,在调节生态系统稳定性和多功能性方面具有重要作用。目前黄土高原生物结皮区域分布特征鲜有报道,限制了该区生物结皮生态功能的评估。本研究基于课题组2009—2020年间5次黄土高原不同降水量带388个样点的生物结皮分布特征调研资料,分析了该区不同退耕年限、降水量、地形(坡向和坡位)和退耕方式(还乔、还灌和还草)下生物结皮的盖度、组成及其影响因素。在此基础上,借助机器学习和空间建模方法,绘制了黄土高原250 m×250 m分辨率生物结皮及组成分布图,分析了黄土高原生物结皮区域空间分布特征。结果表明：黄土高原地区林草地的生物结皮平均盖度为47.3%,其中,藻结皮占25.5%,藓结皮占19.7%,地衣结皮占2.1%,具有明显的时空变化特征。在时间上,对特定区域,生物结皮盖度随封禁年限的延长呈波动式下降,其中,藻结皮和藓结皮盖度呈明显的反向波动。在年内,生物结皮盖度在湿润季节略高于干旱季节。在空间上,风沙区生物结皮盖度较高,且以藻结皮为主,土石山区生物结皮盖度较低。降水量和退耕方式显著影响生物结皮盖度和组成的空间分布,坡向和坡位的影响相对较小。...     

沙坡头植被固沙区生物结皮的发育特征

对沙坡头人工植被区内生物结皮的生物特征和非生物特征进行了调查,利用时空代换法研究了该地区生物结皮的发育和演替特征。结果表明：生物结皮层有着较快的成土过程,随固沙年限的增加,生物结皮的厚度以及结皮中粘土所占的比例增加,容重呈下降趋势;在各固沙年限的生物结皮覆盖区,构成生物结皮的主要优势生物成分为地衣、藻类和苔藓。不同发育年限和不同沙丘部位各类生物结皮的盖度的调查揭示,生物结皮的形成和发育有着重要的生物过程。对沙坡头植被固沙区生物结皮的演化过程进行了系统分析,发现生物结皮是在流沙固定过程中生物成分和非生物成分相互作用的产物,是降尘累积过程、生物过程和成土过程3个阶段的统一,并依据其发生学特点给出了3个发育阶段的定性划分。     

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…     

生物结皮与草本植物共生坡面的产流-入渗过程特征

干旱半干旱地区生物结皮与草本植物互生,发挥了重要的水土保持价值,但二者的耦合作用对坡面土壤产流-入渗过程与机理的影响尚不清楚。本研究利用人工模拟降雨试验,设计裸土、生物结皮、长芒草、长芒草+生物结皮4种坡面处理,研究生物结皮与草本植物的产流-入渗过程与径流水动力学特征。结果表明: 2个有生物结皮处理的坡面产流量变化平稳。4种处理的总产流量大小分别为:生物结皮>长芒草+生物结皮>裸土>长芒草,说明生物结皮具有抑制土壤水分入渗的作用,而长芒草可促进土壤水分入渗。在土壤深度为16和24 cm处,生物结皮处理的累计入渗量均小于长芒草+生物结皮处理,且差异显著,说明随着土壤深度增加,长芒草会减小生物结皮抑制水分入渗的作用。除了裸土坡面的弗劳德数(Fr)大于1以外,其余3种处理的Fr值小于1,属于缓流。生物结皮、长芒草和长芒草+生物结皮处理坡面的径流动能比裸土坡面分别减少83.3%、59.5%和88.1%。综上,水动力学参数的变化说明生物结皮调控径流的作用大于长芒草。     

黄土高原丘陵区生物结皮土壤的斥水性

采用滴水穿透时间法和酒精溶液入渗法,研究了黄土高原丘陵区浅色藻结皮、深色藻结皮、藻+少量藓结皮、藓+少量藻结皮、藓结皮5种不同发育阶段的原状生物结皮土壤的斥水性及其与土壤含水量的关系.结果表明: 生物结皮增加了土壤的斥水性,其斥水强度和持久性均显著增加.生物结皮土壤的斥水性随生物结皮的演替逐渐降低,当生物结皮中藓类植物盖度在20%以上时,斥水持久性显著低于藻结皮.生物结皮土壤的斥水性与土壤含水量及优势种密切相关,藓类生物结皮土壤的斥水性随着含水量的降低逐渐增加,藻类生物结皮土壤的斥水性随含水量的变化呈双峰曲线.     

黄土丘陵区生物土壤结皮表面糙度特征及影响因素

地表糙度是影响地表径流和侵蚀过程的重要属性.生物结皮在干旱半干旱区广泛分布,是地表糙度的影响因子之一.本文采用链条法测定了黄土丘陵区不同发育阶段生物结皮表面糙度特征,分析了不同发育阶段生物结皮表面糙度对坡向、土壤含水量和冻融作用的响应及其与各理化性质的相关性,初步探索了生物结皮对地表糙度的影响及其相关因素.结果表明: 生物结皮显著改变地表糙度,随着生物结皮从藻结皮向藓结皮演替,其糙度先降低后增加,生物结皮发育形成10年以后,其表面糙度基本趋于稳定;研究区早期形成的藻结皮表面糙度较裸土降低47.0%,深色藻结皮(藓类盖度<20%)较裸土降低20.4%,混生结皮(藓类盖度为20%～60%)和苔藓结皮(藓类盖度>70%)表面糙度与深色藻结皮基本一致;坡向对发育10年以上的生物结皮表面糙度的影响不显著;土壤含水量影响地表糙度特征.研究区浅色藻结皮表面糙度随水分变化较为剧烈;随着生物结皮发育,深色藻结皮、混生结皮和苔藓结皮表面糙度随水分的变化趋于平缓.冻融增加了生物结皮表面糙度.浅色藻结皮经两次冻融后表面糙度增加29.7%;深色藻结皮、混生结皮和藓结皮表面糙度的影响需经过反复冻融才有所体现.生物结皮表面糙度与藓结皮盖度呈显著正相关(P＜0.1).     

古尔班通古特沙漠生物结皮固氮活性

利用乙炔还原法对新疆古尔班通古特沙漠不同类型的生物结皮(藻结皮、地衣结皮、苔藓结皮)的固氮活性(nmolC2H4m-2h-1)进行了定量研究。结果表明,不仅采样时段和结皮类型对生物结皮的固氮活性具有显著的影响(p<0.05),二者的交互效应同样对生物结皮的固氮活性具有极显著的影响(p<0.01)。各类型生物结皮固氮活性变化趋势表现为:3～5月间,藻结皮(2.26×103)>地衣结皮(6.54×102)>苔藓结皮(6.38×102)。6～10月份,各类型生物结皮的固氮能力显著提高(p<0.05),藻结皮的固氮活性最高(9.81×103),依次为地衣结皮9.06×103、苔藓结皮2.03×103。11月～翌年2月间,月均温都低于0℃,抑制了生物结皮的固氮活性,藻结皮、苔藓结皮的固氮活性降幅极显著(p<0.01),分别低达4.18×102、5.43×102,地衣结皮降低至2.78×103。生物结皮成为古尔班通古特沙漠除豆科植物外重要的氮源,为该沙漠1年生浅根系草本植物的种子萌发与植物体的生长提供丰富的有机质源,从而有利于这些植物种群的繁衍与更新,并与之共同促进对沙面的固定。     

Improvement of Geomechanical Properties of Bio-remediated Aeolian Sand

Aeolian sand is widely distributed in the desert. It is susceptible to wind erosion because it consists of fine particles that lack cohesion between them. Wind erosion of Aeolian sand, dune migration, and dust storms in deserts affect the environment and infrastructure severely. Conventional chemical methods for lessening the effect of wind erosion are environmentally unfriendly. This paper examines Aeolian sand bio-remediated by microbially induced calcite precipitations (MICPs). The geomechanical properties of the Aeolian sand remediated by MICP were tested to explore its behavior as a desert bio-crust. The results indicated that a bio-crust of Aeolian sand with suitable strength required 7 days for formation. The remediated Aeolian sand had an average unconfined compression strength of 0.66 MPa and an average inner friction angle of 36° at a bacterial concentration in the OD₆₀₀ range of 0.5–0.8. These findings indicate that formation of bio-crust could serve as protection against desert erosion. The particle characteristics and the porosity of Aeolian sand play an important role in the formation of the bio-crust. Crust from bio-remediated well-graded, high-porosity soil is stronger than crust from bio-remediated, poorly graded, low-porosity soil, given that both soils have the same bacteria concentration.     

沙漠地区生物土壤结皮层腐殖质特征

沙漠地区生物土壤结皮层具有明显的养分富集现象,并对风沙土具有改良作用。选择鄂尔多斯沙区不同地点不同时间飞播建立的人工固沙林,研究了生物结皮层(苔藓类)土壤腐殖质组成含量及变化趋势。结果表明,生物结皮层腐殖质组成含量明显高于对照沙土,但不同地点之间差异不显著。随着沙地飞播造林固沙时间的延长,研究区生物结皮层腐殖质组成含量的变化总体呈增加的趋势,但不显著。不同气候区生物结皮层腐殖质组成和结构特征具有区域性特征,并在风沙土的成土过程中有所表现。     

影响生物土壤结皮分布的环境因子

生物土壤结皮广泛分布于干旱荒漠地区,在干旱和荒漠生态系统中,有重要的生态功能。然而,并不是所有的干旱荒漠区都有生物土壤结皮的分布。在全球和区域尺度上,生物土壤结皮的分布与年降水、凝结水量和土壤含水量呈正相关趋势;温度对生物土壤结皮分布的影响因组成生物土壤结皮的物种而异。小尺度范围内,生物土壤结皮的分布受土壤类型、质地和养分的限制;维管植物对生物土壤结皮分布的影响,暂没有一致的结论。适度干扰对生物土壤结皮分布和生态功能无明显影响,但高强度干扰导致生物土壤结皮结构、功能和分布的退化与减少。全球变化背景下生物土壤结皮的分布变化、不同区域生物土壤结皮分布和演替的差异机理以及受损后恢复过程中的生态功能,将成为以后工作的重点。     

荒漠灌丛土壤动物分布及其生态功能

在干旱、半干旱荒漠生态系统中,灌丛作为一种重要的植被类型,其独特的形态和生理适应特性能够有效促进退化生态系统结构与功能的恢复。土壤动物是荒漠生态系统中不可或缺的重要组成部分,对促进灌丛"肥岛"演变具有重要的生态作用,有利于灌丛生态功能的发挥及退化生态系统的恢复。近年来,国内外学者对荒漠灌丛微生境土壤动物的研究逐步深入,取得大量的研究成果。在此基础上,首先综述荒漠灌丛微生境土壤动物群落分布和生态功能,总结灌丛与土壤动物分布间作用关系的数学模型,针对荒漠灌丛土壤动物研究中存在的问题提出了未来可能的研究方向和建议。     

荒漠草原生态恢复与重建：人工植被推动下水分介导的系统响应、生态阈值与互馈作用

荒漠草原(生态区)横贯我国西北地区东部,生态地位十分重要。近二十年来,通过封育禁牧、退耕还林(草),植被覆盖显著改善,但是生态系统质量和稳定性依然不高。由于长期将荒漠草原单纯视作草原的一部分,对其生态系统过渡性、脆弱性和复杂性本质特征认识不足,造成了荒漠草原生态学研究与区域生态建设实践之间不同程度的脱节。在分析荒漠草原生态区未来在我国生态安全格局中突出的但是被一定程度上忽视的地位的基础上,进一步归纳了荒漠草原生态系统的一般特征,指出了生态恢复与重建研究中存在的主要问题。进而以人工植被引入荒漠草原生态工程为案例,分析了人工植被驱动荒漠草原生态恢复与重建的过程与机制,归纳了“植被-水文-土壤”互馈作用驱动生态系统层级响应模式,并展望了今后的发展趋势与研究方向。     

荒漠植物种子逆境萌发研究进展

对水分、温度、光照、沙埋深度、盐分胁迫及以上几种综合因素在逆境条件下对荒漠植物种子萌发的影响进行了综述。降雨次数、雨量大小、分布及土壤湿度是决定荒漠植物种子萌发的重要生态因子;温度是影响荒漠植物种子萌发的关键生态因子之一,变温有利于荒漠植物种子萌发;光照并非大多数荒漠植物种子萌发的必要条件,少部分荒漠植物种子萌发需要光照,有些要在黑暗中萌发,有些则对光照无特殊要求,光照对有些荒漠植物种子萌发有一定的抑制;不同沙埋深度具有不同的土壤湿度,土壤温度和光照等条件,综合调控荒漠植物种子的萌发;盐分胁迫抑制种子的萌发。荒漠植物种子的萌发在以上几种因素的共同协调作用下表现出一定的适应性。随着研究的不断深入和生态环境建设的需求,需要加强荒漠植物生理生态研究的深度和研究的系统性。     

中国荒漠草原的研究态势与热点分析——基于文献计量研究

荒漠草原是我国草原的重要组成部分,对保障粮食安全、生态安全具有极其重要的作用。为了解中国该领域研究态势,运用文献计量方法,基于36年间国内外发表的3651篇论文,分析了发文量、发文来源、被引频次、主要作者、研究机构和研究热点等。结果表明：（1）2000年后关于荒漠草原的论文数量增幅较大,年均发表超160篇,但篇均被引频次、高质量学术期刊发文量和创新性研究成果较少,整体发文质量还有待进一步提高;（2）具有创新性的评价方法和理论研究一直备受关注,而利用荟萃分析方法对某一研究领域进展的分析得到了学者们的认可;（3）韩国栋、宋乃平、卫智军、周广胜等是荒漠草原研究的主要贡献者,内蒙古农业大学和宁夏大学等单位在发文机构合作间的节点上发挥了重要作用,并形成了荒漠草原研究的网络核心,但中文论文研究机构间的合作较英文论文离散程度高,特别是与国外机构的合作相对较少;（4）研究的热点主要集中在人类活动和气候变化对荒漠草原植被-土壤系统的影响、荒漠草原植被生产力及其影响因素、利用孢粉研究植被和环境变迁等方面。未来荒漠草原的研究应加强国内外机构和人员间的合作创新,从多尺度、多维度应用多学科知识、多技术手段,加强人类活动和气候条件相互作用对荒漠草原植物群落结构进化过程、地上与地下生态过程耦联关系、不同营养级之间内在机理的分析和探讨。通过深度挖掘荒漠草原基础数据,以促进高影响力、高质量成果的产出,实现科研成果量变与质变并举、基础研究与实际应用并重,期望能给荒漠草原的相关研究提供借鉴和启发新方向,为中国草地建设和决策提供科学依据。     

天山北坡经济带关键性生态空间评价

关键性生态空间在生态系统中所发挥的基础性和保障性功能尤为重要,其范围辨识及评价研究对于国土安全和区域可持续发展具有重要意义。以天山北坡经济带为研究区,构建适于西北寒旱区脆弱敏感环境的关键性生态空间评价体系,借助GIS和RS技术,从生态系统服务功能重要性和敏感性两方面对其空间范围进行辨识和分级评价,并进行土地利用生态安全冲突分析。研究结果表明:(1)底线型和危机型生态空间作为研究区的关键性生态空间,面积为45318km²,占比53%,主要分布于南部山区、农垦区西部及北部沙漠/荒漠区;(2)生态系统服务功能与植被显著相关,较重要、重要和极重要区域共占约20.9%,集中在南部山前草原及中部农垦区,生态系统服务功能整体较弱,主导因子为水源涵养和生物多样性保护功能;(3)研究区生态系统敏感性等级主要以中度敏感为主,敏感和极敏感区域面积占比37.7%,分布于高山区、荒漠戈壁区和低山与绿洲过渡区,主要体现为土地沙化和土地盐渍化。(4)全区土地利用生态安全冲突等级较高,有45%的城建用地与56.5%的耕地占用关键性生态空间。本研究可为区域国土空间布局和生态格局优化提供参考,并对相关理论和实证研究起到补充和借鉴作用。     

荒漠地区植物丛枝菌根真菌研究进展

丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）与超过80%的陆生植物形成共生关系,在改善土壤质量、增强宿主抗逆性及调节物质循环等方面发挥重要的生态功能。荒漠是指气候极端干旱、地表植被稀疏、自然环境荒凉的地区。荒漠地区生存环境恶劣,AMF在其中扮演着重要的角色。本文概述了荒漠生态系统中AMF的定殖时空异质性和多样性、AMF对土壤稳定性及碳氮循环的贡献、AMF对植物的促生抗逆性及维持植物群落稳定和多样性的作用以及AMF与荒漠农作物种植等方面的研究成果,为荒漠地区AMF的进一步研究及其开发利用提供了重要参考。     

荒漠绿洲NDVI与气候、水文因子的相关分析

 通过利用1992～1996年NOAA/AVHRR逐旬的归一化植被指数（NDVI）数据和阜康气候、水文资料,分别对绿洲和荒漠进行了NDVI与气候、水文因子间的相关分析,得出了一些初步结论：绿洲与荒漠NDVI具有不同的季节变化规律;与绿洲NDVI相关显著的因子依次为气温、地下水位和降水,