库布齐沙地三年生人工藻结皮发育特征及微生物分布

对库布齐沙地4种三年生不同立地条件下人工藻结皮的发育特征和微生物分布进行研究,结果表明:(1)将荒漠蓝藻接种到沙面,形成的人工藻结皮经过3年的生长和发育,结皮的平均厚度达到2.23-5.36mm,呈现深黑色和灰绿色,结皮盖度大于70%.其中沙柳(Salix cheilophila Schneid.)-羊草(Aneurolepidium chinensis)-藻(algae)结皮(SAA)发育最好、生物量最高,且演替成苔藓结皮.在人工藻结皮区普遍出现沙生植物的拓殖和大量生长,如沙米(Agriphyllum squarrosum Bieb.)、披碱草(Elymus dahuricus Turez.)、猪毛菜(Salsola collina Pall.)等,植被盖度达60%-90%.4种不同立地条件下人工藻结皮中藻类的组成都比较单一,在藻类的种类数量上变化并不明显,仍然以具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus Gom.)占绝对优势,其次是爪哇伪枝藻(Scytonema.javanicum (Kutz.)Born etFlah.),且不同的藻种在结皮中分布的位置不同;人工藻结皮具有较高的抗压强度,抗压强度普遍达到35-70 N/cm2.丝状蓝藻通过紧密和高强度的机械束缚作用以及藻体胞外分泌物对沙粒的黏结作用,对维持藻结皮的强度起着至关重要的作用.对人工藻结皮的超微结构研究发现,经过3年的野外生长和发育,藻结皮沙粒土壤中含有丰富的藻丝体.可以观察到大量藻丝体缠绕或黏结着沙粒,从而实现人工藻结皮的胶结过程;(2)微生物总数变化趋势变现为:沙柳(S.cheilophila)-羊草(A.chinensis)-藻(algae)结皮(SAA)＞草方格(grass pane)-藻(algae)结皮(GA)＞沙米(A.squarrosum)-藻(algae)结皮(AA)＞流沙(shifting sand)-藻(algae)结皮(SA)＞流沙(CK).人工藻结皮的生物量变化趋势与其微生物总数的变化趋势相一致;在微生物各主要类群中,细菌数量、放线菌数量和真菌数量在不同人工藻结皮中的变化趋势同微生物总数的变化趋势相同;在4种人工藻结皮中,细菌所占微生物总数的比例均明显高于放线菌和真菌.结皮中细菌所占微生物总数的百分比呈依次增加的趋势,放线菌所占微生物总数的比例呈递减趋势,真菌占微生物总数的比例非常小,且比例差别不大.     

土壤藻生物量及其在荒漠结皮的影响因子

土壤藻生物量方法方面的不统一和操作性误差已长时间影响着土壤藻的研究进展。以沙坡头不同龄荒漠土壤为样点,通过直接计数、培养计数、体积换算法等方法的比较分析,提出了土壤藻生物量相对规范测定和计量方法——体积法;测定当地无浇灌溉人工区结皮中生物量为5.99-8.58mm^3/g dry soil,灌溉区1.28mm^3/g dry soil,最高值出现在8月份,最低值出现在2月份;与当地小气候、土壤理化性质等33项环境因子逐步回归显示,它们与当地降水量、土壤中总钾、水解氮、Fe^3 、粉粘粒含量显著正相关,与土壤pH、有机质、Cu、Zn含量显著负相关,同时受土壤中Co含量的影响。     

人工藻结皮形成过程中表土非降雨型水分吸收的变化情况

在干旱、半干旱地区, 表土非降雨型水分吸收对于植物、生物结皮以及一些小型动物都起着非常重要的作用. 本研究对库布齐沙漠中各种水分吸收类型进行了调查, 并对人工结皮形成过程中水分吸收的变化进行了跟踪监测. 结果发现, 在实验区, 从空气中吸收的水分占表土水分吸收量的25.07%~39.83%, 其主要是通过水汽吸附机制进行. 相比之下, 表土从深层土壤吸收的水分更多, 大约占到水分吸收量的60.17%~74.93%. 人工结皮的形成促进了表土水分的吸收, 但吸收水分的增加并非在接种后或结皮形成后立即表现出来, 而是在结皮形成后, 结皮结构有了一定变化后, 表土吸收的水分才出现增加. 实验中表土从空气中吸收的水分在接种15天后出现增加; 表土持水量的增加则出现在接种后第20天. 推测藻丝及其分泌物是结皮增加水分吸收量和保持量的主要贡献者, 而且当藻体经历干燥时期死亡之后, 它们对水分的吸收以及保持仍具有一定的作用.     

半荒漠藻结皮中藻类的种类组成和分布

对宁夏沙坡头半荒漠藻结皮中２２种藻（其中蓝藻１０种,绿藻４种,硅藻６种,裸藻２种）进行了分离、鉴定;利用土壤磨片和电子探针揭示了藻体与基质间的结合方式;通过光镜、扫描电镜观察,从８个层次研究了藻类在结皮中的分布,并发现它们在微米间也呈“层片”分布规律,藻结皮由表及里依次为无机矿物质保护层（ｃａ．０．０２ｍｍ）、富藻层（ｃａ．０．０２～２．５ｍｍ）及疏藻层（２．５～５．０ｍｍ）;藻丝皮由表及里依次为     

水分对具鞘微鞘藻构建人工藻结皮的作用

为探讨水分在利用室内培养具鞘微鞘藻构建人工藻结皮中的作用,本文研究了不同施水量和施水时间下人工藻结皮中的藻类生物量、结皮厚度、抗压强度和微结构变化.结果表明:利用具鞘微鞘藻在裸沙上接种,无水处理藻类生物量极低,无藻结皮形成.随着施水量的增加,藻结皮开始出现直至形成稳定的藻结皮,藻类生物量、结皮厚度和抗压强度显著增加,藻丝和胞外多糖逐渐增多,与沙粒缠绕成复杂的网状结构.施水15 d,形成稳定的藻结皮,藻类生物量、结皮厚度和抗压强度最高.具鞘微鞘藻形成藻结皮的最适施水量是3～4L·m-2·d-1,施水时间为15 d.土壤可利用水分可促进具鞘微鞘藻的代谢活动和胞外多糖合成,从而增加藻类生物量,提高其耐旱能力,早期的水分获得是其成功形成藻结皮的关键因素.研究结果将为利用荒漠藻类进行人工生物结皮恢复提供重要的理论依据.     

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,     

具鞘微鞘藻在荒漠藻结皮形成过程中的作用

具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)是荒漠藻结皮主要的优势物种,在藻结皮的形成和发育过程中发挥着非常重要的作用。为了探讨具鞘微鞘藻在荒漠藻结皮形成过程中的作用,通过实验室内模拟藻结皮不同发育阶段,研究了具鞘微鞘藻在结皮形成过程中对藻类生物量、结皮厚度及其抗压强度的影响;同时利用光学显微镜和扫描电镜对藻结皮微结构观察,分析了不同发育阶段沙粒和具鞘微鞘藻之间的胶结方式和作用机理。结果表明:(1)藻结皮形成的最初阶段,结皮状态主要由细菌及小型蓝绿藻分泌胞外多糖的黏结作用和结皮表面有机质层的保护作用维持,但该阶段的藻结皮比较脆弱,抗压强度仅为(12.21±1.58)Pa;当具鞘微鞘藻大量出现后,逐步占据了明显的优势地位,沙粒间的黏结作用被更高强度的具鞘微鞘藻机械束缚力所取代,成为该阶段藻类结皮硬度提高的重要贡献者;(2)随着具鞘微鞘藻接种比例的逐渐增加,藻结皮中的藻类生物量、结皮厚度及抗压强度均呈现出升高的趋势(P0.01),当接种比例增加为80%时达到最高值;然而,当具鞘微鞘藻接种比例为100%时,各项指标却又有所下降。重点探讨藻结皮不同发育阶段沙粒间的胶结形式及微形态变化,深入揭示具鞘微鞘藻在藻结皮形成和发育过程中的作用机理,为旱生藻类广泛应用于荒漠植被恢复与重建过程提供重要的试验数据和理论依据。     

人工藻结皮对库布齐沙地土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤内存在的具有生物活性的蛋白质,土壤是土壤酶的良好介质,为各种酶类提供酶促条件,且土壤成分与酶通过共价键、离子键或氢键等方式的吸附结合作用,能防止酶的钝化失活。目前已发现的土壤酶约60种,主要来自于土壤微生物,土壤酶的主要作用是参与C、N、P、S等重要营养元素的循环,在植物营养物质的转化中起着重要作用,它与土壤微生物一起共同推动土壤生物化学的全过程,土壤酶活性作为土壤质量的生物活性指标已被广泛接受。我国对土壤酶的研究始于20世纪60年代,20世纪80年代后,随着环境科学的发展,土壤酶研究越来越受重视。国内对农田生态系统的土壤酶研究较多,土壤酶在环境污染治理中的作用也进行了初步探讨,然而土壤酶在荒漠生态系统中的功能及其作用机制的探讨较少,更没有把土壤酶的研究成果用于荒漠生态系统的管理、恢复与重建工作。本实验中,采集库布齐沙地有代表性的流动沙丘和固定沙丘（三年前建立人工植被）1—5cm深度的沙土,首先测定了二者中转化酶、蛋白酶、脲酶以及碱性磷酸酶的活性,然后将荒漠藻接种到流沙表面,研究了人工微藻结皮对四种土壤酶活性的影响。结果表明：与内蒙古高原上广泛分布的栗钙土相比,沙地中的土壤酶活性很低;但固定沙丘中的土壤酶活性显著高于流动沙丘（p〈0.05）。将Microcoleus vaginatusGom。（具鞘微鞘藻）和Phormidium tenue（Menegh.）Gom.（纤细席藻）按0.5μgChl..a/cm2的接种量接种到沙表面时,30d后可形成明显的藻结皮,接种90d后,沙土中转化酶、蛋白酶、脲酶以及碱性磷酸酶的活性分别是对照的1.6—3.6倍、3.1—6.0倍、2.8—10.6倍、29—79倍。目前,荒漠化治理已成为全世界面临的重大课题,本实验研究结果揭示了不同沙地中土壤酶活性的差异,并从土壤酶的角度揭示了人工微藻结皮对土壤的改良作用。该成果对于利用微藻进行荒漠拓殖和荒漠化治理具有一定的指导意义。     

微鞘藻胞外多糖在沙漠土壤成土中的作用

研究了沙坡头藻结皮中的优势物种——微鞘藻的胞外多糖对沙漠表层土壤水分分布状况的影响及其光合特性。随着胞外多糖浓度的升高 ,土壤持水量增大 ,土壤水分蒸发速率降低 ,水分在土壤中运动的速率被延缓。藻总水溶性多糖产率为 2 8.82 % ,胞外水溶性多糖产率为 1 6 .0 9% ;多糖产量在稳定期生物量最大时增长最快。微鞘藻光合作用最适温度为 2 5℃ ,最适光强为 40 0 μE.m- 2 .s- 1,在 0 .3 mol/ L Na Cl浓度下其光合作用活性被强烈抑制 ;微鞘藻的吸收光谱表明它比生长在湿润地区的藻类含有更多的胡萝卜素成分 ;叶绿素 a荧光 (Fv/ Fm)分析表明在失水约为初始湿重的 5 6 %时 Fv/ Fm值恢复到水培养的 96 % ;其光合作用特性有利于对逆境的适应和生物量的积累。表明微鞘藻胞外多糖可影响沙漠表层土壤水分分布状况 ,并可作为一种潜在的生物肥料 ,在荒漠原始成土过程中扮演着重要角色。     

贺兰山东麓荒漠藻结皮微生物群落结构及其演替研究

以宁夏贺兰山东麓荒漠藻结皮为研究对象,对处于不同发育阶段的藻结皮中微生物群落结构及其演替进行了研究。结皮样品高通量测序结果分别得到521个16S rDNA序列操作分类单元(OTU)和64个18S rDNA序列OTU,表明藻结皮中原核微生物多样性远高于真核微生物;贺兰山东麓藻结皮中原核微生物分布于26个纲,Cyanobacteria在各个发育阶段中都是优势微生物类群,Actinobacteria、Chloroplast、Alphaproteobacteria和Bacilli在藻结皮发育的各个阶段相对丰度也较高;从属水平上分析,Bacillus、Leptolyngbya、Microcoleus、Microvirga、Chroococcidiopsis、Rubellimicrobium、Phormidium、Mastigocladopsis、Skermanella、Nostoc、Scytonema共11个属在各个发育阶段的藻结皮中都存在,只是出现了丰度的差异。Bacillus在藻结皮形成期、发育初期和发育中期相对丰度较大,成熟期丰度显著下降,而成熟期Microvirga丰度较前3个时期显著增...     

苔藓结皮在我国喀斯特石漠化治理中的应用潜力

我国西南喀斯特地区面临着极为严峻的生态环境问题,其中最主要的是石漠化,迫切需要高效、可持续的石漠化治理方式.本文综述了喀斯特石漠化生态系统中苔藓植物的抗逆性和苔藓结皮在提高土层稳定性、增强土壤抗蚀性、提高土壤有机质含量、改善土壤养分状况、影响水分下渗及蒸发、改变降水的再分配格局、促进土壤生物的繁衍生存和植被演替以及增加生物多样性等方面的作用,表明其在石漠化地区土壤过程、水文过程及生物过程中发挥着不可替代的作用.人工培育苔藓结皮成本较低,与环境契合程度高,可作为现行石漠化综合治理手段的重要补充,有望在喀斯特石漠化治理中发挥重要作用.     

菌根及其在荒漠化土地恢复中的应用

对菌根的作用及其荒漠化对其影响,以及菌根在荒漠化土地恢复中的应用进行了探讨,指出菌根不仅能够促进植物个体养分的吸收,提高植物光合作用,增强植物抗旱、抗盐性,而且能够调节群落内植物间的关系、群落的演替轨道及其生物多样性、耕作、灌溉、过度放牧和开矿等诱发土地荒漠化过程的人类活动直接影响菌根的建立和生存,采用外来菌引入及原来残存菌培育,在恢复区建立丛状菌根植物,菌木化菌根造林及开矿土地管理中表土的存贮等方式都会有力地促进恢复地菌根的建立,并可缩短恢复周期。     

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.     

塔克拉玛干沙漠南缘玉米对不同荒漠化环境的生理生态响应

为了研究玉米对不同荒漠化环境的适应性,以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围不同荒漠化程度下生长的玉米为试验材料,大田试验为手段,布置3个胁迫水平(轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化),研究了玉米的土壤含水率、植株高度、生物量分配、脯氨酸(Proline)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(Sugar)、叶绿素(Chl)、叶绿素荧光参数、比叶面积(SLA)等在不同胁迫梯度下的变化特征。结果显示:随着荒漠化程度的加剧,玉米生物量、脯氨酸、丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素、Chl a/b、叶绿素荧光参数都有不同幅度的下降;中度荒漠化可溶性糖含量最低,重度最高,轻度介于两者之间;Car/Chl、比叶面积和地下生物量占总生物量的比重都随荒漠化程度的加剧,呈增加趋势。结果表明,荒漠化环境明显对玉米的生长产生了抑制作用;随着荒漠化程度的加剧,玉米植株的光合色素含量降低,PSⅡ受到影响,从而影响植株的光合作用,使玉米物质的积累受到影响;玉米自身通过在营养器官分配更多的能量和积累调控物质,并且在形态结构上也会发生某些改变以适应更恶劣的环境。随着胁迫程度的加剧,对其生长抑制愈严重。     

西南岩溶地区石漠化综合治理研究

我国西南岩溶地区石漠化是人地矛盾作用下生态系统退化的过程或结果,石漠化不仅带来水土流失加剧、旱涝灾害频发、生物多样性降低等生态问题,还会带来贫困落后等一系列社会问题。20世纪80年代开始进行的石漠化治理工作已经成为我国西南岩溶地区生态文明建设的重要举措与必由之路,通过近40年来的石漠化治理使得我国西南岩溶地区石漠化问题恶化的趋势开始得到扭转。面向生态文明新时期的建设目标,石漠化脆弱区仍存在人地矛盾难以全面消除、治理成果可持续性亟待提升等问题,石漠化防治需要从多年来石漠化治理研究与实践探索积累中汲取有益于促进人地和谐、提升生态系统可持续性的治理经验与做法。因此,本文以石漠化治理典型区域调研资料与文献资料为数据基础,从石漠化治理目标、技术、措施和模式四个层面梳理石漠化治理经验与做法,归纳总结出石漠化综合治理四点配置原则:(1)以治理目标与预期周期为导向,确立石漠化治理采取的措施;(2)针对解决的关键生态退化问题,结合区域特征遴选石漠化治理技术;(3)针对石漠化退化阶段的差异,确定石漠化治理途径措施;(4)结合石漠化综合治理模式的共性特征,以小流域为基本单元,因地制宜的选择与构建石漠化综合治理模式。以期通过对实践经验的总结为石漠化治理过程中选择具备区位适宜性和机理明晰性的生态技术提供参考。     

新疆古尔斑通古特沙漠南缘土壤结皮中苔藓植物的研究

对新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤结皮中苔藓进行了研究。结果表明,该地区参与土壤结皮的有4种苔藓植物,即真藓（Bryum argentum)、细叶真藓（Bryum capillare)、无齿紫萼藓（Grimmia anodon)和垫状紫萼藓（Grimmia puluinata),并分析了其耐旱特性和分布特征;研究发现该地区苔藓结皮呈层片分布规律,由表及里依次为苔藓植物层,无机沙砾层1、藻结皮层,无机沙砾层Ⅱ等4层。     

喀斯特石漠结皮细尖鳞叶藓的吸水机制及耐旱适应性

生物结皮是由隐花植物和相关土壤微小生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,与维管束植物覆盖一样,它是干旱区地表的重要覆盖类型。苔藓是荒漠植被演替过程中常见的一类先锋植物,同时也是生物结皮中生物量最大的2个类群之一。研究了结皮细尖鳞叶藓的吸水机制和耐旱适应性。结果表明:细尖鳞叶藓最大吸水量和持水率分别达到干重的9.74倍和700%以上,动力学总吸水过程的表观Km值和Vmax值分别为21.67g、10.42g·g-·1DW·min-1,外吸水过程为28.91g和8.56g·g-·1DW·min-1,内吸水过程为43.18g和1.76g·g-·1DW·min-1。可溶性糖含量从142.6mg·g-·1DW(CK)上升到344.3mg·g-·1DW,增长近2.4倍,而游离脯氨酸积累微弱。抗氧化酶SOD活性变化不明显,在0.04U·g-·1FW上下浮动;POD活性在PEG6000胁迫浓度在20%之前呈大幅度上升状态,以后趋于缓和,30%时达最高的131U·g-·1min-·1FW,增加近2倍;CAT活性的变化情况与POD变化趋势相同,但变化量较小。膜脂过氧化指标MDA先略有升高又逐步回落,说明细尖鳞叶藓抗氧化酶系统利用提高POD和CAT活性清除SOD在清除超氧阴离子自由基过程中产生的H2O2。因此,在喀斯特石漠化缺少土壤、极度干旱且保水能力弱的环境区域,结皮藓类植物以其特有的吸水特征、持水功能和抗旱机制等生态功能在石漠化治理、退化生态系统的恢复中具有十分重要的作用。     

喀斯特高原石漠化综合治理生态产业技术与示范研究

喀斯特石漠化是威胁我国喀斯特地区生态环境安全、制约区域经济社会发展的重大瓶颈问题。贵州师范大学/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心石漠化防治研究团队在国家科技计划的资助下,自"九五"以来一直从事石漠化防治的理论与技术创新性研究,并取得一系列成果。此次"十三五"重点研发计划项目(编号:2016YFC0502600)将在石漠化成因、等级划分、治理模式与技术体系等存量研究基础上,围绕生态衍生产业这一主题,增量开展喀斯特高原石漠化综合治理与混农林业复合经营、生态经济集约经营、生态产业规模经营、生物医药、生物能源、山地旅游等基础理论攻关、共性关键技术与技术体系研发,为国家石漠化治理工程和精准扶贫提供科技支撑。     

科尔沁沙地荒漠化及生态恢复研究展望

评述了科尔沁沙地荒漠化及其生态恢复的研究,从科学研究动态和生态环境退化以及恢复研究的现实需要两方面论述了科尔沁沙地荒漠化与生态恢复研究的若干核心问题;植被过程研究,生态水文过程研究,景观过程研究,科尔沁沙地区域环境评估和预测与生态恢复研究。