科尔沁沙地小叶锦鸡儿固沙群落土壤微生物功能多样性

为探讨科尔沁沙地流动沙丘上建立小叶锦鸡儿固沙植被后土壤微生物群落代谢功能的变化,采用Biolog-ECO微平板检测法,研究了9、16和26年生人工群落以及流动沙丘和天然小叶锦鸡儿群落土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明:在培养的264 h内,流动沙丘土壤微生物平均颜色变化率,以及对羧酸类、糖类、多聚物类、氨基酸类、胺类和芳香类化合物类的代谢能力明显高于人工群落;随着人工群落年龄的增加,土壤微生物代谢碳源种类增加,26年生人工群落土壤微生物的碳源代谢模式已接近天然群落.流动沙丘建立小叶锦鸡儿植被后,土壤微生物群落碳源代谢功能多样性和均匀度指数下降;随着植物群落发育年龄的增长,微生物功能多样性逐渐提高.     

科尔沁沙地封育恢复过程中植物群落特征变化及影响因素

封育是退化沙地植被恢复与生态重建的重要措施, 理解长期处于封育状态下不同类型沙地植物群落特征变化及其影响因素有利于沙地植被恢复和生态重建。该文基于对科尔沁沙地长期封育的流动沙丘(2005年封育)、固定沙丘(1985年封育)和沙质草地(1997年封育)连续多年(2005-2017年)的植物群落调查, 结合土壤种子库、土壤养分以及气象数据, 分析了植物群落特征变化及其对环境变化的响应。研究结果表明流动沙丘植被盖度显著增加, 群落生物量和物种多样性年际间波动变化, 但无明显趋势; 固定沙丘植物群落存在逆行演替趋势, 具体表现为群落生物量、灌木和半灌木以及豆科优势度显著下降, 而一年生和多年生杂类草优势度显著增加; 沙质草地群落物种丰富度和多年生禾草优势度存在降低趋势, 并且一年生杂类草优势度明显高于其他功能群, 群落存在退化现象。3类沙地土壤种子密度变化不显著, 而种子丰富度在流动沙丘显著增加, 在固定沙丘和沙质草地有下降趋势, 土壤养分仅有有效氮和有效磷含量增加。回归分析结果表明气温和降水是影响年内生物量积累的主要因素, 但对年际间群落生物量和物种丰富度变化影响不大。除趋势对应分析结果显示土壤种子库与植物群落之间存在很高的相似性, 典型相关分析结果表明沙质草地植物群落与土壤养分紧密相关, 而固定沙丘群落主要与土壤水分紧密相关。综合以上结果可知, 封育33年的固定沙丘群落和封育21年的沙质草地群落都存在退化现象, 而封育11年的流动沙丘群落正在缓慢恢复, 因此封育年限的设定对退化沙地植被恢复至关重要, 封育时间过长不仅不利于植物群落恢复, 反而会使群落发生逆行演替, 建议封育年限的设定应综合考虑植被退化程度、土壤养分状况、土壤种子库基础以及气候条件等因素的影响。     

科尔沁沙地封育恢复过程中植物群落特征变化及影响因素

封育是退化沙地植被恢复与生态重建的重要措施,理解长期处于封育状态下不同类型沙地植物群落特征变化及其影响因素有利于沙地植被恢复和生态重建。该文基于对科尔沁沙地长期封育的流动沙丘(2005年封育)、固定沙丘(1985年封育)和沙质草地(1997年封育)连续多年(2005–2017年)的植物群落调查,结合土壤种子库、土壤养分以及气象数据,分析了植物群落特征变化及其对环境变化的响应。研究结果表明流动沙丘植被盖度显著增加,群落生物量和物种多样性年际间波动变化,但无明显趋势;固定沙丘植物群落存在逆行演替趋势,具体表现为群落生物量、灌木和半灌木以及豆科优势度显著下降,而一年生和多年生杂类草优势度显著增加;沙质草地群落物种丰富度和多年生禾草优势度存在降低趋势,并且一年生杂类草优势度明显高于其他功能群,群落存在退化现象。3类沙地土壤种子密度变化不显著,而种子丰富度在流动沙丘显著增加,在固定沙丘和沙质草地有下降趋势,土壤养分仅有有效氮和有效磷含量增加。回归分析结果表明气温和降水是影响年内生物量积累的主要因素,但对年际间群落生物量和物种丰富度变化影响不大。除趋势对应分析结果显示土壤种子库与植物群落之间存在很高的相似性,典型相关分析结果表明沙质草地植物群落与土壤养分紧密相关,而固定沙丘群落主要与土壤水分紧密相关。综合以上结果可知,封育33年的固定沙丘群落和封育21年的沙质草地群落都存在退化现象,而封育11年的流动沙丘群落正在缓慢恢复,因此封育年限的设定对退化沙地植被恢复至关重要,封育时间过长不仅不利于植物群落恢复,反而会使群落发生逆行演替,建议封育年限的设定应综合考虑植被退化程度、土壤养分状况、土壤种子库基础以及气候条件等因素的影响。     

人工固沙区与流沙区准噶尔无叶豆种群数量特征与空间格局对比研究

准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum) 是中亚荒漠特有小半灌木,稀有种,在我国仅片段化分布于新疆古尔班通古特沙漠;它是流动沙丘的先锋物种,也能成功定居于人工固沙区(草方格)。对比研究了人工固沙区及自然流沙区的准噶尔无叶豆群落物种组成、种群密度、高度、盖度、生物量等特征及种群空间分布格局。结果表明:人工固沙区内的准噶尔无叶豆群落物种的科、属、种数均明显多于流沙区,而且2种生境物种相似性指数仅为0.522,表明人工固沙生境显著改变了群落物种组成与结构。除植株密度外,人工固沙区种群的高度,盖度,地上、地下及总生物量密度,单株地上、地下及总生物量等数量特征均显著高于流沙区。2种生境中准噶尔无叶豆种群空间分布的关联维数均接近2.0,体现了较强的个体空间相关性和空间占据能力。2种尺度(1 m和2 m)下的聚集度分析表明,2种生境中种群基本为随机分布。因而,人工固沙生境并未明显改变种群空间分布格局,这可能是种群的固有特性。人工固沙区的土壤有机质、全氮和有效氮含量显著高于流沙区,且与种群数量特征(植株密度除外)呈显著正相关。总之,与流沙区相比,人工固沙使地表得到固定,提高了土壤有机质和氮素含量,明显改变了定居于其中的准噶尔无叶豆种群主要数量特征,增强了种群的生存和适应能力。该结论对荒漠濒危植物的保育具有重要指示意义。     

天然和人工固沙灌木林蜘蛛和甲虫分布与环境因子的关系

干旱区人工植被恢复驱动的土地利用变化强烈影响了地表和土栖的节肢动物群落结构及多样性。然而,我们对地表节肢动物群落关键类群-蜘蛛和甲虫对固沙植被恢复的响应及与环境变化关系的认识还很有限。以天然固沙灌木林和2种人工固沙灌木林为研究对象,运用方差分析和多变量分析等方法定量研究了干旱区天然和人工固沙植被区地表蜘蛛和甲虫分布特征及影响要素。结果表明,天然灌木林与人工梭梭、柽柳林地表蜘蛛和甲虫群落组成明显不同,人工梭梭、柽柳林地表蜘蛛活动密度和甲虫多样性均显著高于天然灌木林,而地表甲虫密度和蜘蛛多样性变化与之相反。两种人工固沙灌木林之间蜘蛛和甲虫群落组成也存在一定差异,人工柽柳林地表蜘蛛活动密度、多样性和甲虫物种丰富度均显著高于人工梭梭林。进一步分析发现,蜘蛛群落中狼蛛科、平腹蛛科、皿蛛亚科和球蛛科与甲虫群落中拟步甲科、步甲科和象甲科等一些甲虫种属对3种生境的选择模式不同决定了蜘蛛和甲虫群落聚集结构。植被、土壤环境因子与蜘蛛和甲虫pRDA和pCCA结果表明,草本生物量、凋落物量、土壤含砂量、电导率和灌木盖度是影响蜘蛛分布的主要环境因子,它们解释了82.1%的蜘蛛群落变异;灌木盖度、草本生物量、土壤pH和砂含量是影响甲虫群落分布的主要环境因子,它们解释了60.6%的甲虫群落变异。总之,人工固沙灌木恢复影响了植被和土壤环境,它们相互作用改变了荒漠-绿洲过渡区蜘蛛和甲虫等地表节肢动物的分布格局。     

腾格里沙漠人工植被区固沙灌木影响深层土壤水分的动态模拟研究

灌木是我国沙漠地区主要的优势植物类型,固沙灌木的存在有益于沙丘的固定进而有利于退化沙漠生态系统的生态恢复。基于腾格里沙漠沙坡头地区50多年的人工植被区长期观测研究,建立生态-水文模型模拟了该地区固沙灌木盖度和深层土壤水分的动态变化过程,结果表明,固沙灌木的建立改变了沙区原有的生态-水文过程,在固沙灌木建立40多年后,固沙灌木的盖度和深层土壤水分达到了新的平衡状态。灌木盖度逐渐稳定在(10±0.9)%左右,而深层土壤水分稳定在(2.58±0.2)%左右。因此,在年均降雨量为186mm的腾格里沙漠沙坡头地区,土壤水分的最大植被承载力为:灌木和生物土壤结皮的盖度分别维持在10%和60%,深层土壤水分维持在3%左右。     

小叶锦鸡儿固沙林土壤G+与G-细菌碳代谢功能多样性

为探讨科尔沁沙地流动沙丘上建立小叶锦鸡儿固沙植被后,土壤微生物群落中革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌代谢功能的变化规律,采用Biolog-GN2和GP2微平板检测法,研究了9、16、26年生人工群落以及流动沙丘和天然小叶锦鸡儿群落土壤革兰氏阴性和革兰氏阳性菌碳源代谢的多样性变化特征。结果表明,流动沙丘建立小叶锦鸡儿固沙植被后,土壤革兰氏阴性菌多样性表现为持续缓慢增加的趋势,0～26年生群落Shannon指数由3.85逐渐增加到4.17,均匀度指数由0.85增加到0.94;而革兰氏阳性菌则表现为先显著降低,后逐渐增加的趋势。随着固沙群落年龄的增长,土壤微生物代谢糖类、羧酸类、双亲化合物类、聚合物类、胺/酰胺类和氨基酸类等碳源种类逐渐增加。26年生小叶锦鸡儿人工群落土壤革兰氏阴性和革兰氏阳性菌的碳源代谢模式已逐渐接近天然群落。     

生物土壤结皮对荒漠土壤线虫群落的影响

在干旱的沙漠生态系统中,生物土壤结皮对于沙丘的固定和土壤生物的维持起着相当重要的作用.土壤线虫能敏感的指示土壤的恢复程度,是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学属性,而目前关于生物土壤结皮与土壤线虫的关系研究很少.为探明生物土壤结皮对土壤线虫的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类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和1991年固沙区),以流沙区作为对照;同时,在不同季度(4、7、9和12月)分别采集腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区藻结皮和藓类结皮覆盖下不同土层(0-10、10-20和20-30 cm)的沙丘土壤,以沙坡头地区的红卫天然植被区为对照,分析生物土壤结皮下土壤线虫的时空变化.采用改良的Baermann漏斗法进行分离线虫,用光学显微镜鉴定并统计.研究表明:1956、1964、1981和1991年人工植被固沙区的藻结皮和藓类结皮均可显著提高其下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数(P＜0.05),这可能是因为生物土壤结皮的存在为土壤线虫提供了重要的食物来源和适宜的生存环境;固沙年限与结皮下土壤线虫多度、属的丰富度、Shannon-Weaver多样性指数、富集指数和结构指数存在显著的正相关关系(P＜0.05),这说明固沙年限越久,越有利于土壤线虫的生存和繁衍;结皮类型显著影响土壤线虫群落,相对于藻结皮而言,藓类结皮下土壤线虫多度与属的丰富度更高(P＜0.05),这说明演替后期的藓类结皮比演替早期的藻结皮更有利于土壤线虫的生存和繁衍.此外,藻结皮和藓类结皮均可显著增加其下0-10、10-20和20-30 cm土层线虫多度和属的丰富度(P＜0.05),但随着土壤深度的增加,这种影响逐渐减弱,表明生物土壤结皮更有利于表层土壤线虫的生存;而且,随着季节的变化,藻结皮和藓类结皮下土壤线虫多度基本表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,这些反映了生物土壤结皮的生物量、盖度和种类组成随着季节变化而变化.因此,腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮的存在与演替有利于土壤线虫的生存和繁衍,增加了线虫数量、种类和多样性,这指示了生物土壤结皮有利于该区土壤及其相应生态系统的恢复.     

沙漠化逆转过程中土壤性状演变综述

沙漠化日益严重,沙漠化土地的恢复与重建具有重大的生态效益、经济效益和社会效益。目前沙漠化的主要沙源是流沙,在流动沙丘上造林固沙防止流沙扩散,进而使得沙漠化逆转,对保护农田、草场和交通都很重要。本文从土壤物理特性(持水能力、颗粒特征)、化学特性(碳、氮、磷等)和土壤生物学活性(微生物生物量、土壤呼吸、土壤酶活性等)方面综述了土壤特性对沙漠化逆转过程的响应,为阐明沙地生态恢复过程中的土壤特性响应机理提供理论依据;并提出今后该领域的研究建议:采用微生物群落组成来表征土壤质量变化,也可采用分子生物学技术确定土壤演变的功能微生物的变化,改变目前仅限于土壤酶活性、微生物生物量以及传统培养法用于沙地土壤生物学活性的研究,以便更好地探索荒漠区流动沙丘固定后土壤质量演变过程中微生物活性动态变化及其与植被关系,揭示人工恢复沙地导致土壤质量演变的关键微生物特征。     

陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应

为了明确植被演替过程中植被与土壤的互动效应，为植被恢复提供依据。根据陕北黄土丘陵区36块不同年限（时间尺度为2—45a）的撂荒样地地上生物量、土壤养分和水分的测定结果，及4块典型撂荒群落样地地上／地下生物量，7种撂荒群落主要植物生长特性的测定，分析了撂荒演替过程中群落生物量与土壤养分的变化过程、趋势及其相互关系，进而探讨了撂荒演替过程中群落生物量对土壤养分的作用效应，并利用多元回归和通径分析法分析了土壤养分对群落生物量的作用。结果表明：（1）除速效磷外，撂荒演替过程中群落地上生物量和土壤有机质、全氮、全磷、全钾、NO3-N、NH4-N和速效钾都呈先减少后增加的趋势，步调基本一致。（2）从撂荒年限与土壤养分的相关性来看，0—20cm土壤有机质含量、速效磷含量和0—20、20—40cm土壤层NO3-N含量与撂荒年限相关显著，说明演替过程中有机质、速效磷和NO3-N有较为明显的植被土壤效应，而其它土壤养分与撂荒年限相关不显著，不能排除演替初始条件和植物暂时固定的影响；从群落生物量与土壤养分的相关性来看，群落生物量对土壤有机质、全氮、磷、钾、NO3-N、速效钾和速效磷含量具有正效应，而对NH4-N具有负效应，但都不显著。（3）通径分析说明撂荒年限、土壤全氮、全钾、速效钾和土壤水分变异量对生物量表现为正的直接作用，其中以撂荒年限和土壤水分波动量作用较大，土壤养分对群落地上生物量的作用以土壤全氮最大，全钾和速效钾影响较小；演替过程中群落地上生物量的变化主要是由于植被盖度和群落组成种的生态学特性造成的（撂荒年限较大的直接作用），其次是由于撂荒演替过程中土壤水分的波动造成的（撂荒年限通过土壤水分的间接负作用）。（4）随着土层深度的加深植物根系生物量呈幂函数递减过程，演替后期群落根冠比有增加的趋势，演替后期序列种根冠比和根长也有增加的趋势，这些在一定程度上会影响到生物量积累和有机质分解等，进而会影响到植被土壤效应。     

干旱沙漠区土壤微生物结皮及其对固沙植被影响的研究

在腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区,采用已有的数据和长期的定位观测,分析了固沙植被区生物结皮的形成特点及其对植被动态的影响。流沙经过沙障固定和种植植物后,沙土表层形成风积物结皮,再演化成以藻类为优势种的微生物结皮,而这一过程是因沙物质得到固定后,大气降尘和粉粒在沙表层堆积、下沉、再经雨滴的冲击等物理作用和土壤微生物的活动共同作用的结果。在降水不足２００ｍｍ的条件下,结皮的形成改变了土壤水分的传有限,     

Evolutionary characteristics of the artificially revegetated shrub ecosystem in the Tengger Desert, northern China

The rain-fed sand-binding vegetation which stabilizes the migrating desert dunes in the Shapotou area at the southeastern edge of the Tengger Desert was initiated in 1956. The shrubs initially employed were predominantly Caragana korshinskii, Hedysarum scoparium, and Artemisia ordosica, and a desert shrub ecosystem with a dwarf shrub and microbiotic soil crust cover on the stabilized sand dunes has since developed. Since 1956 the success of this effort has not only ensured the smooth operation of the Baotou–Lanzhou railway in the sand dune area but has also played an important role in the restoration of the local eco-environment; therefore, it is viewed as a successful model for desertification control and ecological restoration along the transport infrastructure in the arid desert region of China. Some of the effects of recovery from desertification and ecological restoration on soil properties are shown by the increase in the distribution of fine soil particles, organic matter, and nutrients. The physical surface structure of the stabilized sand dunes, and inorganic soil crusts formed by atmospheric dust, have also led to the gradual formation of microbiotic soil crusts. Sand dune stabilization is associated with: (1) decreased soil particle size, (2) increased total N, (3) increased thickness of microbiotic crusts, (4) increased thickness of subsoil, and (5) an increase in volumetric soil moisture in the near-surface environment. After 17 years of dune stabilization, both the number of shrubs and community biomass decreased. The number of microbes, plant species and vegetation cover, all attained a maximum after the dunes had stabilized for 40 years. There is a significant positive correlation between the fractal dimension of soil particle size distribution (PSD) and the clay content of the shallow soil profile in the desert shrub ecosystem; the longer the period of dune stabilization, the greater the soil clay content in the shallow soil profiles (0–3 cm), and the greater the fractal dimension of soil PSD. This reflects the fact that during the revegetation processes, the soil structure is better developed, especially in the upper profile. Hence, the migrating sand dune becomes more stabilized. Therefore, the fractal model can be used to describe the texture and fertility of the soil, and, along with the degree of stability of the previously migrating sand dunes, can be used as an integrated quantitative index to evaluate the revegetation practice in the sand dune areas and their stabilization.     

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。     

Long-Term Ecosystem Effects of Sand-Binding Vegetation in the Tengger Desert, Northern China

The planting of sand‐binding vegetation in the Shapotou region at the southeastern edge of the Tengger Desert began in 1956. Over the past 46 years, it has not only insured the smooth operation of the Baotou–Lanzhou railway in the sand dune section but has also played an important role in the restoration of the local eco‐environment; therefore, it is viewed as a successful model for desertification control and ecological restoration along the transport line in the arid desert region of China. Long‐term monitoring and focused research show that within 4–5 years of establishment of sand‐binding vegetation, the physical surface structure of the sand dunes stabilized, and inorganic soil crusts formed by atmospheric dust gradually turned into microbiotic crusts. Among the organisms comprising these crusts are cryptogams such as desert algae and mosses. In the 46 years since establishing sand‐binding vegetation, some 24 algal species occurred in the crusts. However, only five moss species were identified, which was fewer than the species number in the crust of naturally fixed sand dunes. Other results of the planting were that near‐surface wind velocity in the 46‐year‐old vegetation area was reduced by 54.2% compared with that in the moving sand area; soil organic matter increased from 0.06% in moving sand dunes to 1.34% in the 46‐year‐old vegetation area; the main nutrients N, P, K, etc., in the desert ecosystem increased; soil physicochemical properties improved; and soil‐forming processes occurred in the dune surface layer. Overall, establishment of sand‐binding vegetation significantly impacted soil water cycles, creating favorable conditions for colonization by many herbaceous species. These herbaceous species, in turn, facilitated the colonization and persistence of birds, insects, soil animals, and desert animals. Forty‐six years later, some 28 bird species and 50 insect species were identified in the vegetated dune field. Thus, establishment of a relatively simple community of sand‐binding species led to the transformation of the relatively barren dune environment into a desert ecosystem with complex structure, composition, and function. This restoration effort shows the potential for short‐term manipulation of environmental variables (i.e., plant cover via artificial vegetation establishment) to begin the long‐term process of ecological restoration, particularly in arid climates, and demonstrates several techniques that can be used to scientifically monitor progress in large‐scale restoration projects.     

腾格里沙漠东南缘人工植被区降水入渗与再分配规律研究

试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站进行,主要利用时域反射仪(TDR)连续测量土壤剖面水分含量的方法,观测受植物根系吸水,蒸散作用影响下的人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii)群落区固定沙丘降水入渗与再分配过程。土壤体积含水率由水平埋设在植物根系剖面内12个深度层次(5～200cm)的时域反射仪探头每小时自动测定1次。天然降水条件下的土壤入渗速率由入渗深度与相应的入渗时间之比值计算得到。结果表明：在7次不连续降水过程中,土壤入渗速率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倍强。然而当次降水过程中降水强度小于0．46mm／h时,土壤入渗速率约为0cm／h,此时的降水对人工植被固定沙丘区的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40～140cm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入渗速率及入渗深度。降水以后随着时间的推移,区域环境内空气温度、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140cm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,翌日8：00土壤含水率值略高于前一日20：00水分值0．1％～0．3vol．％。     

腾格里沙漠沙坡头地区荒漠地衣与生物地毯工程

文章论述了荒漠地衣与“沙漠生物地毯工程”。在沙坡头结皮微型生物中发现了23种地衣,其中两个新种已发表,一属6种为中国新记录。对于在腾格里沙漠东南角沙坡头地区人工植被固沙防护体系建成后的生态演替进行了分析。由于人工植被为形成结皮的微型生物提供了适宜的生长环境而导致微型生物结皮的形成和发育。在水分平衡规律的作用下漫长生态演替过程中,具有抽水机效应的人工植被使沙土深层水分消耗殆尽,从而导致人工植被自身逐年衰退。然而,与此相反的是无抽水机效应而具有固沙、固碳和抗旱功能的结皮微型生物却逐年形成并发育。这一结果为借助于结皮微型生物的接种技术在干旱沙漠构建“沙漠生物地毯工程”的可行性提供了科学依据。为了优化“沙漠生物地毯工程”利用荒漠地衣耐旱基因以构建转基因草地植物的研究也正在进行中。该研究是“沙漠生物地毯工程”基础研究的组成部分。     

Effect of microbiotic soil surface crusts on emergence of vascular plants

Microbiotic crusts are a common and widespread feature of arid and semi-arid landscapes. Their effect on vascular plant success has been discussed controversially. However, only very few field studies have yet tried to experimentally investigate the effect of microbiotic crusts on vascular plant establishment.In this study we investigate the influence of cyanobacteria dominated microbiotic soil surface crust on vascular plants in a desert sand dune area by using a series of manipulative experiments. Crusts were disturbed and removed and density response to these treatments was monitored during the two following years.Emergence densities of vascular plants were considerably higher when crusts were removed and destroyed. This effect was particularly pronounced when the disturbances were applied before the main seed dispersal period. By experimentally preventing seed dispersal into disturbed areas we could show that undisturbed crusts reduce the probability for seeds to come to rest. This indicates that soil surface roughness is a major determinant for the establishment of vascular plants in the study area. We conclude that small-scale and well-timed disturbances of microbiotic crusts in arid lands may increase vascular plant establishment probabilities. A potential feedback process of long-term vegetation dynamics is suggested: disturbance of microbiotic crusts results in higher numbers of emerging plants, which in turn represent a rough seed-trapping element leading to a further increase in densities in consecutive years.     

固定沙丘结皮层藓类植物多样性及固沙作用研究

 根据对沙坡头固定沙丘生物结皮的物种调查、鉴定及盖度和生物量的研究,藓类植物共2科,7属,16种,以真藓（Bryum argenteum）为优势种。随着固沙时间的延长,生物结皮中藓类和藻类总盖度呈上升趋势;沿不同年代固定沙丘坡面向上等距离梯度,藓类盖度显著下降,而藻类盖度则平稳上升。对不同年代固定沙丘生物结皮优势种真藓的生物量和固沙量的测定表明,随沙丘固定年代的增加,真藓的生物量和固沙量增加,50年代固沙区结皮层真藓生物量是944.03 kg·hm-2,固沙量是3.925×104 kg·hm-2,但固沙率随时间的增加而减少。真藓的饱和吸水量与生物量呈正相关,50年代固定沙丘藓类结皮层可吸水7.06×103 kg·hm-2,说明藓类结皮层具有很强的吸水和保水能力,对于干燥少雨的沙漠地区具有十分重要的生态学意义。     

沙埋对干旱沙区生物结皮覆盖土壤温室气体通量的影响

以腾格里沙漠东南缘自然植被区生长的两种典型生物结皮——藓类和藻类-地衣混生结皮覆盖土壤为对象,通过设置0(对照)、1 mm(浅层)和10 mm(深层)沙埋处理,研究了沙埋对该区结皮覆盖土壤温室气体通量的影响,并通过测定沙埋后土壤温度、水分的变化,初步探讨了沙埋影响生物结皮覆盖土壤温室气体通量的环境机制.结果表明: 沙埋显著增加了两类结皮覆盖土壤的CO₂释放通量和CH₄吸收通量(P<0.05);但对N₂O通量的影响因沙埋厚度和结皮类型的不同而异:深层沙埋(10 mm)显著增加了两类结皮覆盖土壤的N₂O吸收通量,浅层沙埋(1 mm)仅显著降低了藓类结皮覆盖土壤的N₂O吸收通量,而对混生结皮覆盖土壤的N₂O通量影响不显著.沙埋显著增加了两类结皮覆盖土壤的表层温度和0~5 cm深土壤湿度,从而增加了其CO₂释放通量.但是沙埋引起的土壤温湿度的变化与CH₄和N₂O通量变化的相关性不显著,说明沙埋引起的土壤温湿度变化不是影响其CH₄和N₂O通量的关键因子.