不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程

土壤入渗是降雨渗入土体形成土壤水的基本水文过程,土壤渗透能力影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤初始含水量决定了入渗初期的土水势,是影响土壤入渗过程的重要因素。利用环刀法,观测了三峡库区林地和草地的土壤入渗过程,对比分析了不同初始含水率下土壤入渗率和常用入渗模型的适宜性。结果表明,随土壤初始含水率的增大,林地和草地下土壤初始入渗率减小,入渗趋于稳定所需时间缩短,累积入渗量和稳定入渗率增大。土壤含水率为12%的林地初始入渗率为8.95 mm/min,是含水率40%林地初始入渗率的4倍,但1h累积入渗量仅是含水率40%林地的2/3。有机质含量丰富的草地土壤入渗过程对初始含水率的敏感性较弱,干湿草地相比较入渗参数的差异不如林地明显。随时间的延长,土壤入渗率逐渐降低,入渗曲线渐趋平缓,最小二乘法拟合结果显示Horton模型对林地和草地下土壤入渗过程的拟合效果较好,且模型参数具有物理意义,是分析和预测三峡库区林草覆盖下土壤入渗过程的适宜模型。     

耕作对土壤入渗性能的影响

耕作影响降雨入渗、径流、土壤侵蚀过程。研究采用新型的坡地降雨条件下土壤入渗能力的径流-入渗-产流测量方法和仪器,野外观测宁夏南部山区坡耕地与撂荒地土壤入渗性能,揭示耕作对土壤入渗性能影响的规律。在坡度为20°、土壤表层含水量11.3%的坡地进行测量。采用的降雨强度为:20,40,56mm·h-1。结果表明,新型测量方法和仪器可以很好地测量坡面土壤入渗性能的全过程,并且具有省水、省工、操作方便的特点,且测量精度高。对比测量结果表明,坡耕地的初期土壤入渗性能在小雨强条件下略高于撂荒地的入渗性能,而在大雨强条件下则一直低于撂荒地的入渗性能。随雨强的增大坡耕地的入渗性能急剧减小,而撂荒地的入渗性能基本不受雨强变化的影响。坡耕地土壤的入渗性能(土壤结构)对降雨强度极为敏感,而撂荒地具有稳定的土壤结构和入渗性能。在3种雨强下,坡耕地的产流时间均比撂荒地提前。与撂荒地相比,各种雨强条件下坡耕地的稳定入渗率都较撂荒地明显降低。     

不同放牧条件下锡林郭勒典型草原土壤水分分布特征及降水入渗估算

由人类活动所导致的锡林郭勒草原草场退化、土地沙化等问题日趋严重, 区域土壤水资源评价及其科学管理显得尤为重要。为确定锡林郭勒典型草原不同放牧条件对深层土壤剖面水分动态及降水入渗补给的影响, 选取1979年以来禁牧(UG79)、1999年以来禁牧(UG99)和持续放牧(CG) 3个小区6个土壤剖面, 基于不同深度土层的质量含水量、Cl ^-浓度等数据, 分析了放牧对深层土壤水分特征的影响, 且利用氯质量平衡法估算了降水入渗补给量。结果表明: 1)禁牧可以提高土壤含水量, 且禁牧时间越长, 效果越显著, 尤以表层最为明显。整个土壤剖面(0-5 m)土壤质量含水量的平均值表现为UG79 > UG99 > CG, 但各处理间差异不显著; 0-2 m UG79处理土壤剖面质量含水量分别比UG99和CG处理高26.6%和33.7%, 储水量分别高87.19 mm和82.52 mm, 且UG79处理与UG99、CG差异显著, 但UG99与CG之间差异不显著; 除局部地区受土壤颗粒组成影响含水量不同外, 各处理2-5 m土层含水量和储水量差异较小; 2)不同处理土壤含水量影响因素不同, 0-2 m土层含水量主要受地表植被状况和土壤性质的综合影响, 而2-5 m土层则主要受土壤颗粒组成的影响, 但随着禁牧年限的增加, 土壤有机质(SOM)含量对土壤水分的影响越来越大。UG79整个土壤剖面含水量与土壤颗粒含量和SOM含量呈极显著相关关系, UG99与CG处理0-2 m含水量与SOM含量呈极显著相关关系, 2-5 m土壤含水量与土壤颗粒含量呈极显著相关关系, 而与SOM含量相关性不显著; 3)氯质量平衡法估算得出年降水入渗补给率为UG79 > UG99 > CG, 35年和15年禁牧分别将降水入渗补给率提高了130.2%和44.5%; 考虑干沉降的不确定性, 研究区年降水入渗补给率为1.95-7.61 mm·a ^-1, 仅占年降水量的0.55%-2.13%。总之, 禁牧能够增加土壤含水量和储水量, 增加降水对土壤水分的补给, 但降水不是该区地下水的主要补给源。     

残膜密度及面积对土壤水分累积入渗量的影响

随着地膜使用量和年限的不断增加,残膜在农田土壤中不断累积并趋于破碎化,影响土壤水分的入渗过程。本研究采用室内土壤水分一维垂直入渗试验,通过设置5个残膜面积水平(0.25、0.5、1、2、8 cm²)和5个残膜密度水平(0、60、180、300、420 kg·hm^-2)共21组试验处理,分析了不同残膜密度及面积对土壤水分累积入渗量的影响。结果表明: 在容重1.53 g·cm^-3的黏壤土中掺入一定量的残膜,加快了土壤水分入渗速率,增加了累积入渗水量;不同残膜面积处理的总入渗水量总是在单片残膜面积为1 cm²时出现突变或转折;残膜面积和残膜密度较大和较小时都会对累积入渗量产生显著影响,且以0.5 cm²残膜面积与200 kg·hm^-2残膜密度组合处理为明显分界,单片残膜面积为0.25 cm²时,累积入渗量最大;土壤中均匀混入单片面积≤0.25 cm²的残膜后,土壤水分累积入渗量曲线的斜率变化显著不同于其他残膜处理,形成了“新构”土壤,具有独特的水分入渗特征。     

黄土高寒区典型植被类型土壤入渗特征及其影响因素

为了研究黄土高寒区典型植被在不同坡位下土壤入渗性能差异及其影响因素,采用恒定水头法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,并分析了土壤孔隙状况、机械组成、水稳性团聚体等与渗透速率的相关性。结果表明:(1)初渗速率和稳渗速率均表现为青海云杉>祁连圆柏>华北落叶松>荒草地,且差异性显著;同一植被类型的土壤入渗速率沿坡面向下逐渐增大,但差异性不显著;(2)对不同植被类型的土壤入渗过程模拟发现Horton模型拟合效果最好,决定系数均在0.8以上,通用经验模型拟合精度较差,决定系数在0.614—0.982之间;(3)土壤入渗性能与孔隙状况、水稳性团聚体质量分数、有机质含量均有极显著相关性;>0.25 mm团聚体质量分数是影响稳渗速率的主要决策因素;总孔隙度是影响初渗速率的最主要的决策因素,而毛管孔隙度是主要的限制因子。为高寒地区土壤入渗模拟以及植被配置等提供了科学依据。     

绿地土壤入渗及其对城市生态安全的重要性

土壤入渗是水分通过地表进入土体形成土壤水的过程,是评价土壤水分调节能力最重要的指标之一。本文介绍了土壤入渗理论、测定方法及影响因子;探讨了绿地土壤入渗对城市雨洪消减、地下水补给、污染物净化和植物生长的重要作用;分析了中国城市绿地土壤入渗的现状和主要影响因素。针对绿地土壤入渗的重要作用而中国普遍对其认识不足的现象,提出了绿地土壤入渗研究和应用的四点建议:(1)尽早将土壤入渗作为中国城市绿地土壤质量评价的技术指标,完善绿地土壤质量评价体系;(2)加强绿地土壤入渗的基础研究;(3)加大绿地土壤入渗改良技术的应用研究,研发适宜中国应用的绿地入渗改良集成技术;(4)改变传统的绿化工程土壤建设和养护模式。     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型的土壤入渗特征

黄土高原退耕还林草生态建设改变了区域覆被格局和下垫面环境条件,对流域地表水文过程产生了重要影响。研究黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型下的土壤水分入渗特征,对揭示植被恢复驱动下的降雨-入渗机制变化具有重要的科学意义。基于坡沟系统土壤水分入渗过程的定位监测,阐明了坡沟系统土壤水分入渗特征对不同降雨类型的响应,并采用Horton、Mezencev、Kostiakov、USDA-NRCS模型进行土壤水分入渗过程模拟,筛选特定降雨类型下最佳的入渗模型。结果表明：（1）0-60 cm是降水-入渗过程响应的关键层次,沟坡总入渗蓄存量较坡面高约42.67%;（2）坡沟系统土壤水分入渗量与深度成反比,且沟坡土壤水分入渗量较坡面平均高约9.75%;（3）不同降雨类型下坡面湿润锋深度均小于沟坡,且以极端暴雨、长历时小雨强降雨最深,短历时中雨强次之,短历时小雨强降雨最浅;（4）坡沟系统各降雨类型土壤水分入渗量对降雨的响应表现出一定的滞后性,沟坡响应快于坡面,沟坡湿润锋深度平均较坡面深约5-10 cm;（5） Mezencev入渗模型对四种不同降雨类型入渗量的模拟均具有较高精度（Adj-R²>0.96;NSE>0.92）,Horton模型可用于模拟极端降雨类型（NSE>0.98）,而Kostiakov模型、USDA-NRCS模型适于模拟短历时中强度降雨和短历时低强度降雨类型。     

油松人工林火烧迹地早期土壤入渗动态

土壤入渗是决定雨水或融水通过地表再分配给土壤的关键, 影响着森林生态水文过程。为研究北京油松(Pinus tabulaeformis)人工林火烧迹地早期土壤入渗特征及其结构性控制因素, 在火灾发生(2019年3月)的当年对火烧和对照样地的0-20 cm土壤进行为期8个月(5-12月)的采集, 测定分析土壤结构和入渗对火烧干扰的响应及随土壤深度和时间的变化, 并通过路径分析探讨火烧和土壤结构性质对土壤入渗的作用机制。结果表明: 1)土壤各结构指标(除小团聚体外)随土壤深度和时间变化总体具有浅层>深层和6-8月>其他月份的趋势。火烧改变了土壤结构原有的垂直分布特征和季节动态规律, 火烧后2个月土壤>5、2-5和1-2 mm团聚体含量和容重显著增加, 其余指标均显著减少。随土层加深和时间推移, 火烧的作用减弱, 但与土壤深度和时间变化具有明显的交互效应。2)土壤入渗特征随土壤深度变化缓慢, 但随时间变化显著, 表现为雨水较多且出现强降雨事件的8月土壤初渗速率、稳渗速率、入渗总量和饱和导水率最大。火烧后0-5 cm和6-9月的土壤入渗过程与对照相比差异较大, 各月土壤入渗特征均下降, 出现峰值时间提前1-2个月。3)火烧显著影响土壤结构性质, 而土壤入渗性主要受土壤结构性质的直接影响。在未受火烧干扰的情况下, 土壤的入渗性受到土壤团聚体、容重和持水量的正效应以及孔隙度的负效应, 有机质含量和初始含水率对入渗性的直接影响均不显著, 但有机质含量可以通过影响孔隙度或持水量间接影响入渗性。火烧后土壤初始含水率是唯一显著且直接影响入渗性的因素, 且初始含水率越高, 土壤入渗越慢。综上所述, 火烧会改变或解耦火烧迹地早期土壤结构对土壤入渗及其内部的作用程度及途径而间接影响土壤入渗。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭(Haloxylon ammodendron)群落能量平衡及蒸散特征

梭梭是北方荒漠区重要的固沙植物,具有较强的荒漠环境适应能力。研究梭梭群落能量及蒸散变化对科学管理水资源、保护与建设生态植被等有重大意义。基于波文比自动观测系统在古尔班通古特沙漠南缘丘间地实时连续测定的2018年气象和能量数据,运用波文比-能量平衡法对梭梭群落能量平衡和蒸散特征进行了分析。结果表明:梭梭生长季(4—10月)太阳净辐射和土壤热通量的日变化呈单峰状分布,净辐射通量最高值出现在13:30左右,土壤热通量最大值出现时间比净辐射推迟2 h,波文比在梭梭生长旺盛期全天变化稳定,萌发期和枯落期白天变化较小,夜间波动较大,湍流通量以显热通量为主;在晴天和阴雨天条件下,梭梭生长旺盛期的日蒸散量均明显大于萌发期和枯落期,且日蒸散量在旺盛期呈双峰型,萌发期和枯落期呈单峰型;2018年梭梭生长季蒸散量为279.67 mm,日均蒸散强度1.31 mm/d,梭梭群落的蒸散受到气象、自身生长特性以及土壤水分的影响,4月蒸散强度开始逐渐增大,由于多阴雨天气导致6月的蒸散强度有所降低,7月达到最大,9—10月水分、温度等条件缺乏,梭梭生理活动微弱,蒸散强度急剧减小。     

元谋干热河谷三种植被恢复模式土壤贮水及入渗特性

采用双环法及主成分分析法、Pearson相关分析法,对云南省元谋干热河谷小跨山流域3种植被恢复类型(以裸地为对照)的土壤入渗与贮水特征进行了研究。结果表明：1）3种植被类型与裸地的饱和贮水量表现为、最大滞留贮水量和最大吸持贮水量均表现为罗望子 百喜草(1317.0 t?hm-2; 118.5 t?hm-2; 1198.5 t?hm-2)>银合欢林(1152.0 t?hm-2; 99.0 t?hm-2; 1053.0 t?hm-2)>扭黄茅(1108.5 t?hm-2; 89.5 t?hm-2; 1029.0 t?hm-2)>裸地(954.0 t?hm-2; 66.0 t?hm-2; 888.0 t?hm-2),且植被对土壤滞留贮存功能的改善作用大于土壤吸持贮存功能。2）3种植被类型与裸地间土壤入渗特征值均表现出初渗率(罗望子 百喜草: 7mm/min;银合欢林: 8.37mm/min;扭黄茅:6.01mm/min;裸地:0.62mm/min)>平均入渗率(5.93mm/min;5.06mm/min; 3.94mm/min;0.53mm/min)>稳渗率(4.94mm/min;2.88mm/min;3.29mm/min;0.27mm/min)的规律。不论旱季还是雨季,根据主成分分析法,得出土壤渗透性能综合判断值（F）的综合方程,综合评价3种植被类型与裸地土壤渗透性优劣,表现为：罗望子 百喜草(F值：1.2271)>扭黄茅(F值：0.5365)>银合欢林(F值：0.2688)>裸地(F值：-2.0323)。3）Pearson相关分析法表明,3种植被类型与裸地的土壤渗透性与总孔隙度、非毛管孔隙度、土壤有机质含量呈极显著(P＜0.01)或者显著正相关(P＜0.05),与土壤容重呈极显著(P＜0.01)或显著负相关(P＜0.05),并在此基础上建立了主导因子方程。4）对土壤入渗过程模拟得出通用经验方程是用于描述该流域土壤入渗过程的最优模型。     

新疆古尔班通古特沙漠南缘多枝柽柳光合作用及水分利用的生态适应性

光合作用和水分利用是陆地生态系统中限制植物光合同化和个体生长发育的重要因素。为了从根本上认识到荒漠绿洲过渡带植物对特殊生境和气候变化的响应和适应机制,有必要深入的了解植被对不同环境因子适应过程的协调性。本文以新疆古尔班通古特沙漠南缘荒漠绿洲过渡带的建群种多枝柽柳（Tamarix ramosissima）为研究对象,分别在自然状态,模拟降水、遮光处理以及降水和遮光双因子处理下,利用LI-6400光合作用系统和Model 3500植物水分压力室分别测定光合作用和枝条水势,研究多枝柽柳枝条水势对浅层土壤水分和光照变化的响应,以及在不同条件下的水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）的日进程。结果表明：这四种处理方式下,枝条水势随土壤水分的变化没有明显的差异,趋势表现为黎明前枝条水势最高（-1.2 MPa）,正午枝条水势最低（-3.2 MPa）,太阳落山后枝条水势逐渐升高的趋势;WUE和LUE日变化呈现出近似双峰型抛物线,WUE日变化曲线在11:00和16:00有两个不明显的波峰,LUE日变化曲线在10:00和16:00出现两个明显波峰。当光照发生变化时,遮光处理下的WUE和LUE日变化都较自然状态下的日变化低,分别降低了1.5 ?mol CO2?mmol-1 H2O的WUE和0.20*10-2 ?mol CO2??mol-1APAR的LUE。研究表明,作为深根系植物的多枝柽柳,生存主要依靠地下水来补给水分,所以浅层土壤水分条件变化没有明显引起光合和蒸腾的响应。而午间光强、高温是构成多枝柽柳光抑制现象的主要原因,这是多枝柽柳长期在荒漠绿洲过渡带形成的对抗环境胁迫的一种表现。     

Chlorophytes of biological soil crusts in Gurbantunggut Desert, Xinjiang Autonomous Region, China

In this paper, chlorophytes collected from 253 biological soil crust samples in Gurbantunggut Desert in Xinjiang Autonomous Region, China were studied by field investigation and microscopical observation in lab. The flora composition, ecological distribution of chlorophytes in the desert and dynamic changes of species composition of chlorophytes in different developing stages of biological soil crusts are preliminarily analyzed. Results showed that there were 26 species belonging to 14 genera and 10 families, in which unicellular chlorophytes were dominant. There existed some differences in distribution of varied sand dune positions. The taxa of chlorophytes in leeward of sand dunes are most abundant, but the taxa in windward, interdune and the top of sand dunes reduced gradually. Chlorophytes were mainly distributed within the crust and the taxa of chlorophytes decrease obviously under the crust. In the devel-oping stages of the biological soil crust, species diversity of chlorophytes changed a little, but species composition pre-sented some differences. Chlorococcum humicola, Chlorella vulgaris, Chlamydomonas ovalis and Chlamydomonas sp. nearly existed in all developing stages of biological crusts. In several former stages of the biological soil crust there were spherical chlorophytes and filamentous ones. When moss crust formed, filamentous chlorophytes disappeared, such as Microspora and Ulothrix.     

基于克隆文库法研究古尔班通古特沙漠蓝藻多样性

该研究采用克隆文库法研究古尔班通古特沙漠藻类生物结皮中蓝藻多样性及分布.在古尔班通古特沙漠不同区域采集10份藻类结皮代表性土样,分别构建古尔班通古特沙漠蓝藻16S rRNA和psbA基因克隆文库,并进行系统发育分析,对蓝藻多样性和丰度与环境因子进行关联分析,研究蓝藻分布特点及影响因子.结果 显示:(1)16S rRNA...     

Chlorophytes of biological soil crusts in Gurbantunggut Desert, Xinjiang Autonomous Region, China

In this paper, chlorophytes collected from 253 biological soil crust samples in Gurbantunggut Desert in Xinjiang Autonomous Region, China were studied by field investigation and microscopical observation in lab. The flora composition, ecological distribution of chlorophytes in the desert and dynamic changes of species composition of chlorophytes in different developing stages of biological soil crusts are preliminarily analyzed. Results showed that there were 26 species belonging to 14 genera and 10 families, in which unicellular chlorophytes were dominant. There existed some differences in distribution of varied sand dune positions. The taxa of chlorophytes in leeward of sand dunes are most abundant, but the taxa in windward, interdune and the top of sand dunes reduced gradually. Chlorophytes were mainly distributed within the crust and the taxa of chlorophytes decrease obviously under the crust. In the developing stages of the biological soil crust, species diversity of chlorophytes changed a little, but species composition presented some differences. Chlorococcum humicola, Chlorella vulgaris, Chlamydomonas ovalis and Chlamydomonas sp. nearly existed in all developing stages of biological crusts. In several former stages of the biological soil crust there were spherical chlorophytes and filamentous ones. When moss crust formed, filamentous chlorophytes disappeared, such as Microspora and Ulothrix. __________ Translated from Arid Zone Research, 2006, 23(2): 189–193 [译自: 干旱区研究]     

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...     

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。     

古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘坡面土壤水分动态随机模拟

为揭示土壤水分动态对干旱沙区坡面尺度水文和生态过程的影响机理,基于Rodriguez-Iturbe土壤水分动态随机模型,通过修正模型输入项参数,获取干旱沙区坡面土壤水分动态随机模型,并利用2015—2016年古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘坡面生长季根系层土壤水分观测数据及2000—2016年日降水资料,分析研究区生长季坡面土壤水分动态与土壤水分概率密度函数特征,探讨该坡面随机模型参数敏感性及应用可行性.结果表明: 研究区生长季降水分布极不规则,以<5 mm降水为主,降水量主要源于>10 mm降水,降水间隔期以<10 d为主,且东坡次降水量略大于西坡;东、西坡面生长季土壤水分年际变化与降雨分布基本一致,西坡根系层土壤含水率略低于东坡,且各坡面生长季根系层土壤水分均服从正态分布;该坡面随机模型模拟得到的不同坡面生长季根系层土壤水分概率密度函数的曲线特征(峰值及其位置、95%置信区间)与观测结果基本一致,一致性指数(CM)均大于0.5,说明该坡面随机模型能对研究区坡面土壤水分概率密度函数进行高效模拟,具有较好的适用性,可为干旱沙区植被生存或恢复研究及实施荒漠化防治生态建设工程提供理论基础和科学方法.     

生物结皮对古尔班通古特沙漠3种荒漠草本植物生长特性与元素吸收的影响

生物结皮有可能通过物理、水文、养分循环影响与之相邻的维管植物,但二者相互关系尚存在着争议。本文以新疆古尔班通古特沙漠广泛分布的地衣结皮为研究对象,分析了生物结皮对3种荒漠草本植物：尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum）、条叶庭芥（Alyssum linifolium）和琉苞菊（Hyalea pulchella）的生长及其对元素吸收的影响。研究结果表明：（1）生物结皮对3种荒漠草本植物生长的影响在生长期不同阶段存在差异。在前期,生物结皮的存在促进了植物生物量的累积;而后期,生物结皮却抑制了植物生长。生物结皮的存在显著影响了荒漠草本植物生物量的累积和冠根比。（2）生物结皮的存在显著增加了3种荒漠草本植物对N和K的吸收,而对P的吸收没有显著影响。生物结皮对3种植物Cu、Ca、Mg、Na、Cl的吸收存在种间差异。本研究结果将为该荒漠生态系统潜在的植被演替方向提供重要的科学根据。     

古尔班通古特沙漠南部植物多样性及群落分类

采用分层取样的方法,以1000m2/样地为最小观测面积,对古尔班通古特沙漠南部61样地植物多样性进行了调查。发现92个物种,隶属于22科71属,单种科、单种属多,区系优势现象明显。草本植物占总物种数的81.5%,短命植物占43.5%,对物种丰富度和盖度的空间变化起决定作用。属的区系成分分析表明地中海、西亚至中亚分布型成分占大多数,具有典型的地中海旱生植物区系分布特征。总物种数,草本物种数,短命植物物种数与纬度显著负相关,与经度和海拔显著正相关。从南到北,总盖度、草本盖度和短命植物的盖度显著下降,灌木的盖度则增加,从西到东,总盖度、草本盖度和短命植物的盖度显著增加,而灌木的盖度则减少。采用多元回归树(Multivariate regression trees,MRT)方法,根据纬度、土壤pH值和海拔,将61样地分为4个群落。结合降水在古尔班通古特沙漠由西到东,由南到北梯度变化所导致的物种多样性的变化,推测如果未来降水持续增加,古尔班通古特沙漠草本植物的优势将更加明显。     

古尔班通古特沙漠不同区域藻类结皮微生物结构和潜在功能

藻类结皮形成和发育,能够提高土壤稳定性并增加土壤有机质含量,为微生物生长、繁殖和草本植物拓殖创造条件。因此,藻类结皮潜在功能对后续生物结皮及生态系统演替具有重要意义。然而,古尔班通古特沙漠藻类结皮营养循环相关微生物及潜在功能机制尚不清楚。以古尔班通古特沙漠不同区域藻类结皮为研究对象,采用宏基因组测序技术,研究藻类结皮微生物群落及碳氮循环功能基因特征。研究结果表明蓝藻菌门、变形菌门、放线菌门是藻类结皮中主要微生物类群,在沙漠固碳和氮循环中起到重要作用。微生物α多样性结果显示仅物种丰富度指数在三个区域内存在显著差异。β多样性结果显示藻类结皮未因沙漠局部气候及理化因子差异产生微生物群落分化。而微生物群落功能基因对环境变化响应要比微生物群落更为敏感,沙漠东部和西部藻类结皮功能基因产生显著分化。三个区域微生物功能基因中还原型三羧酸循环是自养生物固碳主要途径,而卡尔文循环是光合生物固碳的主要途径,其中rpiA和rbcS基因更易受到降水影响。鞘脂单胞菌属、念珠藻属和伪枝藻属在参与固碳过程中表现出的差异,可能是导致固碳功能基因产生分化的原因之一。氮循环主要途径以硝酸盐还原为主,大部分氮素通过硝酸盐同化作用被土壤微生物转化为铵盐,少量氮素被反硝化为一氧化二氮和一氧化氮流失。沙漠藻类结皮固氮作用较弱,仅有念珠藻属和伪枝藻属参与,且存在nifH、nifD、nifK三个功能基因。这些固氮功能基因更易受到土壤中硝态氮含量的影响。硝化过程仅注释到氨单加氧酶或甲烷单加氧酶编码pmoABC-amoABC基因,而hao和nxrA、nxrB基因均未注释获得。