古尔班通古特沙漠生物结皮不同发育阶段中藻类的变化

通过在古尔班通古特沙漠南缘相同的地貌部位,选择裸沙、藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮4种不同演替阶段中的生物结皮,研究了藻类的种类组成、优势种和生物量的变化.结果表明:(1)在结皮的不同演替阶段,藻类种类组成不同,其常见物种有一定的差异,如裸沙中藻类常见种是脆杆藻2(Fragilaria sp.2)、威利颤藻(Oscillatoria willei)和奥克席藻(Phormidium okenii),藻结皮的常见种是小聚球藻(Synechococcus parvus)、颗粒常丝藻 (Tychonema granulatum)、韧氏席藻(Phormidium retzli);同时在不同发育阶段亦存在一些特有种.(2)在裸沙发育到成熟生物结皮的过程中,藻类的优势物种也发生相应的变化.裸沙、藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮的优势种分别是脆杆藻1(Fragilaria sp.1)、具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、具鞘微鞘藻、眼点伪枝藻(Scytonema ocellatum)或集球藻(Palmellococcus miniatus).(3)藻类生物量在生物结皮不同演替阶段差异极显著(P<0.01),在裸沙中藻类生物量最低,随着生物结皮的逐渐发育,藻类生物量明显升高,地衣结皮最高,约是裸沙的8.3倍,当发育至苔藓结皮时,藻类生物量又有所下降.(4)在裸沙中基本为松散的沙粒,随着生物结皮的演替,丝状种类占明显的优势,尤其是具鞘微鞘藻,另外真菌菌丝和苔藓假根分别在地衣结皮和苔藓结皮中起着重要作用.     

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.     

混合生物结皮对土壤养分的影响与群落结构之关联——以黄土丘陵区的生物结皮为例

自然条件下生物结皮是藻、藓及地衣等结皮类型以不同比例组成的混合群落,显著影响土壤养分含量,目前混合生物结皮对土壤养分的影响与其群落结构的关系尚不清楚,限制了混合生物结皮土壤养分的评估。为此,研究通过测定单一组成的藻结皮、藓结皮以及80%藻+20%藓、60%藻+40%藓、40%藻+60%藓和20%藻+80%藓4个不同藻藓比例的混合生物结皮土壤有机碳、全氮、全磷、速效磷、铵态氮和硝态氮含量,研究了混合生物结皮土壤养分与其群落结构之间的关联。结果显示：(1)藓结皮层土壤有机碳、全氮、速效磷、铵态氮和硝态氮含量显著高于藻结皮,分别高出166.4%、77.2%、55.1%、56.2%和42.2%。(2)藻藓混合生物结皮土壤有机碳、全氮、速效磷和铵态氮含量与组成和盖度等结构特征有关,可以通过单一类型生物结皮土壤养分含量与盖度加权预测混合生物结皮土壤养分储量。(3)混合生物结皮土壤有机碳、全氮、速效磷和铵态氮储量实测值(x)与预测值(y)拟合的线性函数分别为y=0.97x、y=0.96x、y=1.18x和y=0.92x。(4)混合生物结皮对全磷和硝态氮含量的影响与群落结构无关。生物结皮对下层0—5 ...     

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。     

黄土高原生物结皮对地表粗糙度和灌草植物种子二次扩散的影响

生物结皮是黄土高原常见的地表覆被物,在灌草群落下方及植被间空地上广泛发育,深刻影响着灌草植物种子的二次扩散和定居,但目前针对生物结皮对种子二次扩散影响的研究较少,且种子二次扩散的主导因素尚不明确。该研究以风沙土和黄绵土上的生物结皮(藻结皮和藓结皮)为对象,以无结皮为对照,利用倾斜摄影测量法测定了地表粗糙度,并通过风力扩散实验测定地表粗糙度对6种不同形态灌草植物种子的移位率、损失率和扩散距离的影响,继而结合Spearman相关性分析,研究灌草种子在生物结皮表面扩散的主导因素。研究结果表明:(1)与无结皮相比,风沙土藻结皮和藓结皮的地表粗糙度分别增加了6.69倍和6.13倍,黄绵土上分别增加了2.52倍和1.45倍。(2)风沙土上,干燥条件下的地表粗糙度比湿润条件下增加了26.56%,而在黄绵土上则降低了9.42%。(3)在干燥条件下,风沙土生物结皮的地表粗糙度比黄绵土上增加了16.84%,湿润条件下则降低了16.38%。(4)风沙土上,种子在生物结皮表面的移位率、损失率和扩散距离分别比无结皮降低了77.1%、95.4%和72.2%,在黄绵土上则分别降低了76.5%、93.8%和66.8%...     

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.     

不同重金属污染水平下生物结皮及下层土壤细菌群落的差异性分析

为了探究生物结皮及下层土壤细菌群落多样性及结构在不同重金属污染水平下的差异及其影响因素,以宁夏东部工矿区和封育草地内广泛分布的两类生物结皮为研究对象,采用高通量测序技术,分析结皮层(A层)和结皮下层(B层)土壤细菌群落结构和多样性差异。采用相关分析、冗余分析探讨两个生境生物结皮各层次细菌群落与土壤环境因子的关系。结果表明：(1)相较于封育区,工矿区2类生物结皮对源自大气降尘的重金属元素具有更显著的表层富集作用,并表现出显著的种间差异：苔藓结皮>藻结皮。污染负荷指数评价结果显示：工矿区生物结皮各层次重金属污染程度更高,且均表现为A层污染程度高于B层。(2)两个生境的优势细菌门组成基本一致,均为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门。受生物结皮类型、重金属污染程度的影响,细菌群落结构差异显著,主要表现为：工矿区藻结皮A、B层的α多样性指数均大于封育区,而苔藓结皮A、B层的细菌多样性指数高于封育区,丰富度指数低于封育区。主坐标分析结果显示,不同生境的生物结皮细菌群落结构差异明显,而同一生境的生物结皮细菌群落结构相似。重金属As、Pb、土壤黏粒含量和pH是影响生物结皮细菌群落结构的主要土壤环境因子...     

黄土丘陵区不同演替阶段生物结皮对土壤CO2通量的影响

生物结皮是土壤表面具有光合活性的致密复合层,是土 气界面CO₂通量的影响因子之一.本文采用改进的Li-8100土壤碳通量测量系统,研究了黄土丘陵区退耕地上不同演替阶段生物结皮对土壤CO₂通量的影响.结果表明: 光照条件下,生物结皮土壤CO₂通量较除去生物结皮显著下降,其中藻结皮和藓结皮分别下降了92%和305%;生物结皮对土壤CO₂通量的降低程度与其生物组成和生物量有关,深色藻结皮和藓结皮土壤CO₂通量较裸地分别降低了141%和484%.生物结皮土壤CO₂通量的日变化呈降低-升高-降低的趋势,而裸地CO₂通量日变化趋势为单峰曲线,藻结皮、藓结皮的碳吸收峰值分别出现在8:00和9:00前后,其CO₂通量分别为0.13和-1.02 μmol CO₂·m^-2·s^-1;藻结皮24 h CO₂通量排放总量较裸地增加7.7%,而藓结皮减少了29.6%.生物结皮对土壤CO₂通量的影响显著,在评价退耕地土壤碳循环时,应考虑生物结皮的影响.     

黄土丘陵区不同类型生物结皮下的土壤生态化学计量特征

生物结皮在土壤养分累积和循环中起着重要作用.本研究以黄土丘陵区浅色藻结皮、深色藻结皮、藻藓混合结皮、藓结皮、地衣结皮和普通念珠藻结皮6类典型生物结皮为对象,分析不同类型生物结皮土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量学特征,研究不同类型生物结皮对土壤养分的影响.结果表明:不同类型生物结皮土壤C、N、P、C/N、C/P、N/P差异显著;生物结皮层C、N、P、C/N、C/P、N/P均显著高于0~10 cm土层土壤.6类生物结皮土壤C、N含量均随土层加深而下降,P含量受土层深度影响较小.对于生物结皮层,藓结皮C、N、P含量分别为27.07、2.42、0.67 g·kg^-1,显著高于其他类型生物结皮.念珠藻结皮的0~2 cm土层土壤C、N、P、C/N、C/P、N/P显著高于其他类型生物结皮.     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮对土壤酶活性的影响

以黄土高原水蚀风蚀交错区黄绵土和风沙土上发育30年的典型藓结皮为对象,分6层采集0～12 cm土层土样,研究了藓结皮对不同土层4种水解酶活性的影响及其与土壤养分的关系.结果表明: 与无结皮相比,黄绵土藓结皮的脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和蛋白酶活性分别提升了2.4、7.6、20.7、2.4倍,而风沙土藓结皮的这4种水解酶活性分别提升了3.5、22.2、22.3、2.0倍;黄绵土和风沙土藓结皮的体积含水量分别降低了6.5%和0.8%,温度分别降低了0.8和2.5 ℃;黄绵土藓结皮的有机质、碱解氮和速效磷含量分别提升了2.5、2.9和3.6倍,风沙土分别提升了3.6、3.0和6.6倍.4种水解酶的活性与土壤养分含量呈显著正相关,与土壤含水量呈显著负相关;而土壤温度与脲酶活性呈显著正相关,与蛋白酶活性呈显著负相关.黄土高原水蚀风蚀交错区2种土壤藓结皮均能显著提升水解酶活性,这是藓结皮加速土壤养分周转的重要因素;通过改变土壤含水量和温度等酶促反应条件间接影响酶活性,是藓结皮促进土壤酶活性的重要途径.     

黄土和风沙土藓结皮土壤呼吸对模拟降雨的响应

生物结皮土壤呼吸是干旱和半干旱生态系统碳循环的重要组成部分,但目前其对降雨的响应规律尚不明确。针对黄土高原黄土和风沙土上发育的藓结皮,分别进行2、4、6、10、20、30、40 mm的模拟降雨,并使用便携式土壤碳通量分析仪测定雨前和雨后藓结皮的呼吸速率,对比分析降雨量对藓结皮呼吸速率的影响;同时,在40 mm降雨后的0—24 h连续测定藓结皮的呼吸速率变化,分析藓结皮呼吸速率随雨后历时的变化规律。结果显示,7种降雨量后两种土壤上藓结皮的呼吸速率均显著升高,黄土上藓结皮呼吸速度的增幅为2.89—6.38倍,风沙土上藓结皮呼吸速率的增幅为0.73—4.38倍。0—6 mm降雨中,两种土壤上藓结皮的呼吸速率均随降雨量增加而迅速升高,二者成显著线性正相关关系;6—40 mm降雨中,黄土上藓结皮的呼吸速率随降雨量增加而缓慢升高,但风沙土上藓结皮的呼吸速率随降雨量增加而快速降低。两种土壤上藓结皮的呼吸速率随雨后历时表现出相似的变化规律,即雨后迅速升高、之后逐渐降低,并在24 h左右回归到雨前水平;但黄土上藓结皮的呼吸速率在雨后即刻达到峰值,而风沙土上藓结皮的呼吸速率在雨后30 min左右方达到峰值。黄土上藓结皮的呼吸速率一致高于风沙土上的藓结皮,前者在不同降雨量和雨后历时中平均比后者高150.0%和59.6%。此外,藓结皮呼吸速率与表层土壤含水量存有显著相关关系,在含水量较低(小于约4%)时二者显著正相关,在含水量较高(大于约4%)时二者对于黄土上藓结皮为正相关、对于风沙土上藓结皮为负相关。研究表明,黄土高原藓结皮土壤呼吸对降雨响应快速而直接,但其响应规律对于黄土和风沙土上的藓结皮是不同的,总体而言黄土上藓结皮对降雨的响应更为持久有效。     

荒漠结皮层藓类植物死亡对表层土壤水分蒸发和入渗的影响

水分是荒漠植物生长最主要的限制因子,藓类结皮作为荒漠土壤表层重要覆被物,对土壤水分蒸发入渗具有重要影响。研究表明,在全球气候变化背景下,不确定的降水格局变化导致结皮层藓类植物出现集群死亡现象,但这一过程对荒漠地表土壤水分蒸发与入渗过程的影响及其机理尚不清楚。以古尔班通古特沙漠齿肋赤藓结皮为研究对象,利用便携式渗透计和蒸发仪,研究了结皮层藓类植物死亡对土壤水分蒸发与入渗的影响。结果表明,与裸沙相比,藓类结皮的存在显著抑制了水分入渗,而藓类植物死亡的结皮层抑制作用最大,其初渗速率、稳渗速率和累积入渗量分别是活藓类结皮的39.89%、85.91%及64.48%,仅为裸沙的5.96%、13.13%及20.42%。在水分蒸发初期,裸沙的水分蒸发速率明显高于活藓类结皮和藓类植物死亡的结皮层,但藓类植物死亡的结皮层维持相对稳定的蒸发速率的时间长于裸沙和活藓类结皮,这也导致最终累计蒸发量以藓类植物死亡的结皮层最高、裸沙最低。可见,荒漠生物土壤结皮中藓类植物死亡会明显减少土壤水分入渗、增大水分蒸发,进一步影响荒漠表层土壤水分格局,从而影响生物土壤结皮与维管植物的水分利用关系。     

陇中黄土高原典型草原生物土壤结皮发育对土壤养分的影响

为了解生物土壤结皮发育与土壤养分特征的关系,该研究选取处于不同发育阶段和不同盖度的藓结皮(M-crust)和地衣结皮(L-crust),对其结皮层生物体及结皮下层3 cm土壤进行养分分析。结果显示：(1)藓结皮生物体对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、铜(Cu)和锌(Zn)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达807.4%、175%、122.4%和244.5%,而地衣结皮生物体对TN、TP和钙(Ca)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达950.8%、126.2%和208.6%;除Ca外,藓结皮生物体中TP、钠(Na)、钾(K)、Cu、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)和Zn均显著高于地衣结皮。(2)土壤生物结皮盖度与其对应的土壤养分含量之间无显著线性相关关系,但发育有不同盖度藓结皮的土壤其平均TN、TP、Cu、Fe、K、Na和Ca含量均高于地衣结皮。研究表明,不同类型生物土壤结皮对养分吸收、富集效率不同,处于发育后期的藓结皮较发育中期的地衣结皮具有更强的养分累积效应,提高了土壤的养分贮存量,对黄土高原典型草原生态系统的恢复与重建具有潜在的重要影响。     

金属尾矿库生物土壤结皮的类型及物种组成

为对金属尾矿库生物土壤结皮进行研究, 2016年对湖北省黄石市的两个废弃尾矿库开展了生物土壤结皮调查,并采用空间代替时间的方法来研究结皮发育演替过程中的物种组成及变化。结皮中蓝藻、真菌和苔藓的绝对丰度分别为(0.63—2.01)×108、(0.19—1.53)×108和(0.08—3.34)×107 copies/g DW soil,随着结皮的演替蓝藻和真菌丰度降低,苔藓的丰度增加。从微生物组成来看,从两个尾矿库的生物土壤结皮中共分析出41门的物种,其中变形菌门、蓝藻门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、芽单胞菌门及热微菌门是主要组分,它们在不同结皮中累计丰度均达到90%以上。金属尾矿库中的生物土壤结皮物种组成及其变化规律与荒漠化地区类似,蓝藻在其中具有不可替代的作用。研究表明生物土壤结皮在金属尾矿库中广泛分布,同时可以起到增加尾矿库土壤养分的作用,可广泛应用于金属尾矿库的生态修复。     

实验室条件下两种生物土壤结皮对荒漠植物种子萌发的影响

生物土壤结皮广泛分布在干旱、半干旱区,深刻影响着土壤表层特性,进而对植物种子散布、萌发和定居产生极大的影响。到目前为止,生物土壤结皮与植物关系的研究很少见到,并且这些有限的研究所得出的结论存在着争议。研究了不同年龄的两种生物土壤结皮（苔藓结皮和藻类结皮）对油蒿（Artemisia ordosica）和雾冰藜（Bassia dasyphylla）种子萌发的影响,同时也研究了这两种结皮在失去活性前后对油蒿、雾冰藜和小画眉草（Eragrostis poaeoides）种子萌发的影响。苔藓和藻类结皮的出现对油蒿和雾冰藜种子的萌发均有显著的促进作用,而结皮年龄对植物种子的萌发没有显著的差异。对于不同的植物种,结皮类型和活性对种子的萌发具有不同的作用。雾冰藜在两种结皮上的萌发有显著的差异而油蒿和小画眉草在两种结皮上的萌发没有显著差异。活藻类显著地增加了三种植物的种子萌发,活苔藓仅增加了油蒿和雾冰藜种子萌发量而对小画眉草种子的萌发没有作用,研究表明,生物土壤结皮对一些植物种子萌发具有明显的促进作用。     

Assessing Level of Development and Successional Stages in Biological Soil Crusts with Biological Indicators

Biological soil crusts (BSCs) perform vital ecosystem services, but the difference in biological components or developmental level still affects the rate and type of these services. In order to differentiate crust successional stages in quantity and analyze the relationship between crust developmental level and successional stages, this work determined several biological indicators in a series of different developmental BSCs in the Shapotou region of China. The results showed that crust developmental level (level of development index) can be well indicated by crust biological indicators. Photosynthetic biomass was the most appropriate to differentiate crust successional stages, although both photosynthetic biomass and respiration intensity increased with the development and succession of BSCs. Based on of the different biological compositions, BSCs were quantificationally categorized into different successional stages including cyanobacterial crusts (lichen and moss coverages <20 %), lichen crusts (lichen coverage >20 % but moss coverage <20 %), semi-moss crusts (moss coverage >20 % but <75 %), and moss crusts (moss coverage >75 %). In addition, it was found that cyanobacterial and microalgal biomass first increased as cyanobacterial crusts formed, then decreased when lots of mosses emerged on the crust surface; however nitrogen-fixing cyanobacteria and heterotrophic microbes increased in the later developmental BSCs. The structural adjustment of biological components in the different developmental BSCs may reflect the requirement of crust survival and material transition.     

生物土壤结皮对荒漠土壤种子库和种子萌发的影响

研究了腾格里沙漠东南缘在不同自然条件（风、温度、水分）下,人工固沙植被区（24龄、41龄、50龄）和相邻天然植被区的两种生物土壤结皮对荒漠土壤种子库和种子萌发的影响。结果表明,荒漠土壤种子库在苔藓结皮上的储量显著高于藻类结皮。随着生物土壤结皮的发育,种子萌发量在苔藓结皮上增加,在藻类结皮上减少。生物土壤结皮层的含水量对种子萌发有显著的影响（p〈0.05）,植物种子在湿润处理的生物土壤结皮上的萌发量高于干燥处理的生物土壤结皮上的种子萌发量。生物土壤结皮表层温度和亚表层温度对荒漠植物种子萌发无显著影响（p〉0.05）,但总体而言,对于苔藓结皮,植物种子在较高温度下的萌发量略高于在较低温度下的萌发量,而对于藻类结皮,植物种子在较低温度下的萌发量略高。