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。     

生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理特性的影响

通过人工去除生物结皮实验,研究古尔班通古特沙漠生物结皮对3种荒漠草本植物生理特性的影响,根据生物结皮对土壤养分和水分的影响,综合分析生物结皮对3种草本植物光合生理特性的影响。结果表明,生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理的影响基本一致,在植物生长早期,生物结皮区的尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum M.Bieb.）、条叶庭荠（Alyssum linifolium Steph.ex Willd.）和琉苞菊（Hyalea pulchella（Ldb.） C.Koch）的叶片相对含水量（RWC）、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（E）、水分利用效率（WUE）、PSⅡ最大光化学量子效率（F_v/F_m）、PSⅡ实际光化学效率（φ_PSⅡ）和叶绿素（Chl）含量均高于去除生物结皮区;但是,在植物生长后期,却是去除生物结皮区的各项生理指标高。生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理过程的影响与其对植物生长的影响基本一致,这与土壤养分和水分状况的变化密切相关。     

生物结皮对5种不同形态的荒漠植物种子萌发的影响

生物结皮广泛分布于干旱、半干旱区, 强烈影响着土壤表层理化特性, 进而对种子散布、萌发和定居产生影响。目前关于生物结皮与植物种子萌发关系的研究结论存在争议。该文通过室内人工控制实验, 研究了生物结皮对古尔班通古特沙漠5种具不同种子形态特征的荒漠植物白梭梭(Haloxylon persicum)、蛇麻黄(Ephedra distachya)、角果藜(Ceratocarpus arenaarius)、涩芥(Malcolmia africana)和狭果鹤虱(Lappula semiglabra)的种子萌发的影响。结果表明, 在干燥和湿润两种条件下, 生物结皮对不同形态植物种子萌发均具有不同的作用。在干燥条件下, 生物结皮显著抑制了角果藜和涩芥种子的萌发(p<0.05), 对其它3种植物无显著影响; 而湿润条件下, 生物结皮显著抑制了白梭梭、角果藜和狭果鹤虱种子的萌发(p<0.05), 对蛇麻黄、涩芥则无显著影响。     

冻融过程对荒漠短命植物种子萌发的影响

荒漠区冻融交替显著改变土壤温度和水分条件,并进一步影响荒漠植物种子萌发。为解析荒漠土壤冻融过程对植物种子萌发的影响,本研究以古尔班通古特沙漠4种典型短命植物[东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、卵果鹤虱(Lappula patula)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)和条叶庭荠(Alyssum linifollum)]为对象,通过模拟不同温度和土壤水分及冻融循环次数对种子进行处理,对比分析冻融结束后4种植物种子萌发参数(发芽率、发芽势、发芽指数、种子活力)。结果表明,温度对4种植物种子萌发参数均无显著影响,而土壤水分和循环次数均有显著影响(水分仅对条叶庭荠无影响),且存在显著交互作用。冻融循环次数增加可促进冻融后的种子活力和种子萌发,尤其是在低水分条件下表现得更为显著。冻融期高土壤水分显著降低东方旱麦草的种子发芽率,对其他物种的影响受冻融次数和白天温度状况的调节。在相同土壤水分条件下,冻融期白天高温可促进种子萌发。总体来看,冻融对荒漠短命植物种子萌发有显著影响并存在一定的种间差异性,这将造成冻融期结束后不同物种的种子萌发和幼苗生长存在差异,进而影响荒漠区植物群落结构。     

不同积雪覆盖期荒漠齿肋赤藓结皮层丛枝菌根真菌多样性变化

【背景】温带荒漠有积雪背景条件下的荒漠苔藓植物与丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)共生关系的研究非常有限。【目的】揭示不同积雪覆盖期(降雪前、雪盖期、融雪期)齿肋赤藓结皮层中AMF多样性的差异,为正确认识荒漠特色植物与微生物在冬季积雪期互利的重要生存策略提供数据支撑。【方法】利用高通量测序技术,分析稳定积雪期的古尔班通古特沙漠优势苔藓齿肋赤藓结皮AMF群落组成与多样性状况,尤其是降雪前和融雪期AMF群落结构差异。【结果】降雪前、雪盖期及融雪期检测到的OTU分属于球囊菌门(Glomeromycota)的5目9科11属,其中,近明球囊霉属(Claroideoglomus)、原囊霉属(Archaeospora)、类球囊霉属(Paraglomus)和球囊霉属(Glomus)为优势类群;降雪前和融雪期齿肋赤藓结皮层中绝对优势属(>50%)均为近明球囊霉属。群落丰富度Chao1指数和ACE指数均表现为雪盖前>积雪期>融雪期,表明降雪减少了AMF群落丰富度。近明球囊霉属融雪期比例大幅增加,而类球囊霉属、球囊霉属则较降雪前比例下降。基于MEGAN的分类学组成信息可视化分析表明,低丰度AMF类群更容易受到影响,无梗囊霉属(Acaulospora)主要集中在降雪前采集的样品中,而多样孢囊霉属(Diversispora)主要集中在融雪期样品中。结合聚类分析的属水平群落组成热图发现,高丰度分类单元的类别由降雪前的5种集中为2种。主成分分析结果表明,主成分1能够区分降雪前后的AMF群落结构特征,进一步验证降雪缺失对藓类结皮层AMF群落组成有筛选作用。高丰度优势属近明球囊霉属和球囊霉属之间、类球囊霉属和原囊霉属之间均呈现负相关,可能存在竞争关系;低丰度属巨孢囊霉属(Gigaspora)、隔球囊霉属(Septoglomus)、双型囊霉属(Ambispora)、盾巨孢囊霉属(Scutellospora)呈现正相关,可能存在协作关系以适应降雪。【结论】古尔班通古特沙漠的冬季降雪对苔藓结皮层AMF类群中的优势属和低丰度属有不同的选择策略。融雪期绝对优势属会降低存在竞争关系优势属的比例,进一步巩固优势地位,而存在正相关的低丰度属会同步降低比例,而且苔藓结皮层AMF优势属在该沙漠为近明球囊霉属。     

中国柽柳科植物花粉形态特征聚类分析

在观察了中国柽柳科(Tamaricaceae)4属27种植物花粉形态的基础上,对其进行了聚类分析。观察结果表明:该科植物花粉为三沟类型,无三拟孔沟类型,形态及外壁雕纹属间差异明显。花粉特征聚类分析结果表明,中国柽柳科植物花粉大致划分为明显的三组,所包含的种(某些种除外)分别隶属于柽柳科的4属:琵琶柴属(ReaumuriaLinn.)、水柏枝属(MyricariaDesv.)、山柽柳属(MyrtamaOvcz&Kinz.)和柽柳属(TamarixLinn.),而有争议的山柽柳属虽同柽柳属聚在一起,但也较早地分出成为独立的一支,结合种子形态及分子生物学证据,支持将秀丽山柽柳从水柏枝属中分出而另立新属,为传统分类学将该科划分为4属提供了依据。聚类分析进一步将水柏枝属植物花粉和柽柳属植物花粉分别分为2种类型,而琵琶柴属植物花粉类除个别种体积存在差异外,其纹饰类型较为单一,仅划分为1种类型。柽柳属植物花粉聚类分析结果与该属植物花盘类型的划分结果基本一致,融生花盘类型植物的花粉则在两组中均有出现,可能是间生花盘和假顶生花盘类型间的过渡类型。     

生物结皮影响下沙漠土壤表面凝结水的形成与变化特征

在水资源匮乏的沙漠生境,凝结水是植物、生物结皮、无脊椎和脊椎小动物的重要水分来源之一.采用微渗计法对比研究3种生物结皮类型(藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮)和自然裸沙对地表凝结水量及凝结水蒸散过程的影响.微渗计的规格为内径6 cm,高3.5 cm的PVC管.研究结果表明:不同类型地表的总凝结水量之间存在极显著的差异(P < 0.01),总凝结水量随生物结皮发育水平呈显著增加的趋势,依次为:裸沙 < 藻结皮 < 地衣结皮 < 苔藓结皮,即生物结皮的存在有利于沙漠地表凝结水的形成.不同类型地表凝结水量的日均值有所差异.对于同一地表类型,凝结水量的最大值为最小值的数倍.黎明时,苔藓结皮的凝结水量最大,而裸沙的凝结水量最小,地衣结皮和藻结皮居中.凝结现象自20:00～22:00,次日8:00～9:00结束.大多数日出后凝结现象仍继续发生.不同类型地表的凝结及蒸散过程经历2个阶段:日出前凝结水量呈缓慢增加的趋势,日出后随温度的升高凝结水量快速减少,其中以苔藓结皮凝结水量下降最为迅速.凝结水量主要受温度、大气湿度、凝结面类型、气象条件和生境等方面因素的影响.     

宽翅菘蓝系统发育关系和分类地位研究

宽翅菘蓝(Isatis violascens)是分布于新疆准噶尔盆地的一种早春短命植物。基于形态的相似性,有人建议将宽翅菘蓝作为Isatis emarginata同义体。目前宽翅菘蓝尚未得到分子水平的研究,其系统发育地位也不清楚。该研究对宽翅菘蓝的ITS区进行测序,结合GenBank数据库中菘蓝属物种的ITS序列对宽翅菘蓝的系统关系和分类地位进行研究。最大简约法,最大似然法和贝叶斯法3种方法分析表明:菘蓝属物种聚为两个分支;宽翅菘蓝与I.emarginata和小果菘蓝具有较近的亲缘关系;基于形态相似性和较近的遗传距离,支持将宽翅菘蓝与I.emarginata合并为一个物种,并把宽翅菘蓝作为I.emarginata的同义种。     

中国干旱区柽柳科植物种子形态特征及其系统学意义

对中国干旱区柽柳科（Ｔａｍａｒｉｃａｃｅａｅ）植物３属７代表种的种子形态及种皮表面亚显微结构进行了观察,表明种子形态及种皮表面亚显微结构可为本科植物的分类提供有价值的信息。根据种子表皮毛着生的类型并结合外部形态特征可初步得出以下结论：（１）表皮毛可分为Ⅰ型表皮毛和Ⅱ型表皮毛,前者着生于种子表面,包括红砂属（ＲｅａｕｍｕｒｉａＬ．）和柽柳属（ＴａｍａｒｉｘＬ．）植物的一些种类;后者着生于种子顶端的芒柱上,包括柽柳属一些种类和水柏枝属（ＭｙｒｉｃａｒｉａＤｅｓｖ．）植物。（２）表皮毛的演化趋势是由Ⅰ型表皮毛向Ⅱ型表皮毛转化。（３）红砂属处于本科的原始地位,水柏枝属较为进化,柽柳属是联系两者的中间环节,本属内亦存在许多过渡类型。     

荒漠藓类结皮斑块中土壤理化性质、酶活性及微生物生物量分布的边缘效应

藓类结皮是荒漠地表生物土壤结皮的主要类型之一,能影响荒漠地表稳定、土壤水分与养分以及种子植物生长等。自然状态下,藓类结皮通常呈现出典型的斑块状分布特征。本研究以新疆北部古尔班通古特沙漠藓类结皮为对象,在斑块尺度上,将藓类结皮斑块从中心至边缘划分3个圈层,分析了藓类结皮斑块中心到边缘不同圈层土壤理化性质、酶活性及微生物生物量的变化特征。结果表明:土壤有机质、全氮、全钾显著受边缘效应影响,中心圈层含量显著高于边缘圈层,其他土壤指标在3个圈层无显著差异;边缘圈层处脲酶和过氧化氢酶活性显著低于内部2个圈层,而蔗糖酶及碱性磷酸酶活性在3个圈层均无显著差异;微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)从中心向边缘圈层均呈降低的趋势,且边缘圈层显著低于内部2个圈层;同时,各土壤理化性质、酶活性和微生物生物量在斑块内部2个圈层均无显著差异;通径分析表明,影响脲酶活性的直接因素和主要因素均为有机质;过氧化氢酶活性与SMBC更易受边缘效应的影响,各因素中距离对二者的直接通径系数最高,分别达到-1.108及-1.224;有机质、p H值、速效K以及全K对SMBN直接通径系数均较大,但各因素通过有机质对SMBN的间接通径系数也较大,SMBN受土壤理化性质及距离多个因素的直接及间接影响;此外,过氧化氢酶活性及SMBC的剩余项的通径系数均较大,表明受其他未被考虑因素的较大影响。