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.     

亚热带苔藓结皮对土壤-微生物-胞外酶化学计量特征的影响

生物结皮的形成和发育显著影响土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征,土壤微生物如何适应环境资源的化学计量变化仍不明确。本研究以三峡库区苔藓结皮为对象,分析结皮盖度(0、1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%)对土壤理化性质(0～5和5～10 cm土层)、微生物生物量和胞外酶活性[(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)]的影响,探索土壤-微生物-胞外酶C∶N∶P化学计量特征间的协变性。结果表明: 生物结皮发育显著提高了土壤黏粒、水稳性团聚体和土壤C、N、P含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量;微生物生物量C、N、P和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;土层深度对土壤理化性质及C∶N∶P均无显著影响,但显著影响微生物生物量、胞外酶活性及BG∶AP和NAG∶AP。相关分析显示,土壤C、N、P含量与微生物生物量和胞外酶活性呈显著正相关,与BG∶NAG呈显著负相关,与NAG∶AP呈显著正相关,但与微生物生物量C∶N∶P无显著相关性;土壤-微生物、微生物-胞外酶C∶N∶P相关性均不显著,BG∶NAG∶AP随着微生物与土壤间C∶N∶P化学计量不平衡性的增加而逐渐降低。表明微生物养分代谢同时受N和P的限制,且P的限制较强烈,微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C∶N∶P适应生物结皮发育驱动的土壤化学计量变化,从而维持内稳态。     

干旱过程中荒漠生物土壤结皮-土壤系统的硝化作用对温度和湿度的响应——以沙坡头地区为例

以腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类结皮所覆盖的土壤和流沙为研究对象,采用原状土室内培养法,在15和20 ℃两个温度、10%和25%两个湿度下连续培养20 d,分别在培养后的第1、2、5、8、12、20天连续测定土壤样品中的NO₃^--N含量,探讨不同温度和湿度条件下荒漠土壤的净硝化速率在干旱过程中的变化规律.结果表明： 藓类结皮的NO₃^--N含量（2.29 mg·kg^-1）高于藻类结皮（1.84 mg·kg^-1）和流沙（1.59 mg·kg^-1）,3种类型的土壤净硝化速率介于-3.47～2.97 mg·kg^-1·d^-1之间.10%湿度条件下,藻类和藓类结皮在25 ℃下的净硝化速率比15 ℃分别减少75.1%和0.7%;25%湿度条件下,分别减少99.1%和21.3%;15 ℃、10%湿度条件下藻类和藓类结皮的净硝化速率比25 ℃、25%湿度条件下增加193.4%和107.3%.表明在全球变暖背景下,无论土壤湿度增加或减少,干旱过程中的荒漠生物土壤结皮-土壤系统净硝化速率在一定程度上都会受到抑制.     

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。     

不同生物土壤结皮微生物组跨膜转运蛋白基因多样性及差异

【背景】跨膜转运蛋白在微生物转运各种物质的过程中具有重要作用。【目的】通过比较原核微生物组磷酸转移酶(phosphotransferasesystem,PTS)系统和腺苷三磷酸结合盒(ATP-binding cassette,ABC)转运蛋白编码基因在两种不同生物土壤结皮中(藻结皮与藓结皮)的差异,以期揭示随着生物土壤结皮的发育演替,微生物组跨膜转运物质的生物学过程中的潜在变化趋势。【方法】对腾格里沙漠东南缘的藻结皮和藓结皮12个样品进行宏基因组测序,参照KEGG数据库PTS系统,与ABC转运蛋白代谢通路进行比较并筛选相关基因,分析其差异显著性。【结果】藻结皮和藓结皮PTS系统和ABC转运蛋白编码基因的多样性一致。在生物土壤结皮中共检测到16种PTS系统的转运蛋白的编码基因,具有显著性差异的有5种;检测到106种ABC转运蛋白的编码基因,具有显著性差异的有46种,并对这46种转运蛋白结合的底物以及变化趋势进行了详细的描述。【结论】生物土壤结皮发育演替过程中,微生物组从环境中摄取能够增加渗透势物质的潜力总体呈现降低趋势,转运氨基酸、细胞膜和细胞壁组分的潜力总体呈现增加趋势,对于矿物离子、...     

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).     

古尔班通古特沙漠藻类结皮中微生物群落空间分异特征

古尔班通古特沙漠短命和旱生植物在沙漠东西走向上形成明显的种群变化梯度,那么沙漠藻类结皮土壤中微生物是否也具有类似地空间分布特征?为研究该科学问题,采用高通量测序技术,探究沙漠东西走向上藻类结皮土壤中细菌和真菌群落结构分布规律。在古尔班通古特沙漠西部、中部和东部区域分别采集藻类结皮土样,进行土壤理化因子分析及细菌和真菌扩增子测序,对比不同区域土壤理化性质和微生物群落空间分异特征,分析微生物多样性与环境因子相关性,最后根据微生物物种种类对其功能进行预测分析。结果表明：藻类结皮土壤氮素、全磷、全钾、pH以及土壤化学计量比碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)在沙漠不同区域存在显著性差异,其余指标空间尺度上变化梯度较小。微生物α多样性结果显示3个区域藻类结皮土壤中细菌群落丰富度和多样性存在显著性差异,东部与西部区域产生明显分化;而真菌α多样性指数无显著性差异,群落结构较为均匀,未产生分化。β多样性结果显示细菌群落在西部与东部藻类结皮间存在显著性差异,沙漠中部为沙漠西部和东部的过渡带。门水平细菌优势菌群为蓝藻门、变形菌门和拟杆菌门;真菌为子囊菌门和担子菌门。属水平上,丰度前30个属在沙漠不同区域表现...