模拟降水对古尔班通古特沙漠生物结皮表观土壤碳通量的影响

水分是控制干旱区生态过程的重要环境因素,在水分受限制的生态系统中,降水通过改变土壤的干湿状态直接控制地下生物过程。生物结皮作为干旱区主要的地表覆盖物,能利用空气中有限的水分进行光合作用,其自身的碳交换是干旱区土壤碳通量的重要组成部分。通过模拟0(对照)、2、5 mm和15 mm 4个降水梯度,利用红外气体分析仪,对古尔班通古特沙漠中部生物结皮以及裸地表观土壤碳通量进行测量,探讨不同强度降水条件下生物结皮对表观土壤碳通量的影响,结果表明:(1)降水增加了生物结皮表观土壤碳释放量,2、5 mm和15 mm 3种降水处理累积碳释放量分别是对照的151.48%、274.97%、306.44%,并且随着降水后时间的延长,表观土壤碳通量逐渐减小直至达到降水前的水平;(2)生物结皮与裸地的表观土壤碳通量对降水的响应不同,对照和最大降水量下,生物结皮表观土壤碳通量大于裸地,但是2 mm和5 mm降水后,生物结皮表观土壤碳通量小于裸地,并且二者在2 mm降水时差异显著(P<0.05),而在其它降水处理下无显著差异;(3)连续两次降水事件,活性碳在初级降水后的大量释放使得二次降水后释放量下降,其中裸地碳释放量下降速率与降水强度正相关。本研究说明,在探求荒漠地区土壤碳交换对降水的响应规律时,应该考虑生物结皮的影响以及连续降水事件的差异。     

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.     

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。     

古尔班通古特沙漠生物结皮藻类的组成和生态分布研究

通过对新疆古尔班通古特沙漠中9个样地73份生物结皮土样藻类的培养和鉴定,分析了古尔班通古特沙漠中生物结皮藻类的种类组成和生态分布特点。结果表明．该沙漠中有藻类植物49属121种．隶属于蓝藻门、绿藻门、硅藻门和裸藻门。其中监藻83种,绿藻20种,硅藻11种。裸藻7种。蓝藻占总种数的68．60％,其中又以丝状种类为优势．占66．27％;绿藻则以单细胞种类为主。在古尔班通古特沙漠不同地带中,其藻类物种多样性和群落组成均有所不同,中部藻类物种最为丰富,北部和南部次之。而东部和西部则明显减少。在沙垄不同部位的分布中,少数种类对地貌部位的选择性不明显,但有些种类在不同地貌部位分布有差异。藻类在结皮不同层次的分布不同,在结皮层中藻类的种类和数量都较丰富．且以丝状种类较多,而在结皮下层藻类的种类和数量明显减少。     

腾格里沙漠不同组成生物结皮特征及其对土壤酶活性的影响

生物结皮在干旱半干旱地区生态系统中起着重要的作用。目前,有关生物结皮的存在对土壤酶活性的影响已有大量研究,而对生物结皮基本特征对土壤酶活性的研究较少。以流沙为对照,研究了不同组成生物结皮(藻结皮、地衣结皮、地衣-藓结皮、藓结皮)中以结皮厚度、叶绿素a含量、胞外多糖、胞外蛋白质及结皮中养分为特征的变化规律及其对结皮下土壤酶活性的影响。结果表明：(1)不同组成生物结皮的结皮厚度、叶绿素a、胞外多糖、胞外蛋白质、C、N、P、C/N、C/P、N/P的变化范围从藻结皮到藓结皮分别为：2.28—8.29 mm、1.79—8.05μg/cm~2、14.60—20.43 mg/kg、13.16—19.37 mg/kg、5.54—51.42 g/kg、0.44—3.36 g/kg、0.23—0.54 g/kg、9.62—15.32、24.07—94.98、1.92—6.23,且上述结皮特征均沿着藻结皮、地衣结皮、地衣-藓结皮、藓结皮方向显著增加(P<0.001),但胞外多糖和胞外蛋白质在地衣结皮、地衣-藓结皮和藓结皮间无显著差异(P>0.05);(2)相比于C和N,结皮的P含量具有较小的变异...     

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.     

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.     

生物结皮粗糙特征——以古尔班通古特沙漠为例

摘要：空气动力粗糙度可以反映地表气流与下垫面的相互作用。古尔班通古特沙漠是我国最大的固定、半固定沙漠,其间广泛分布的生物结皮在稳定地表和改善环境方面意义重大。对未经扰动的4种类型生物结皮进行表面微形态观察,并通过风洞实验确定动力粗糙度Z0和摩阻风速u*,结果表明：（1）不同生物结皮类型,其组成和表面微形态等都具有明显差异。藻结皮以表面致密光滑为显著特征,由藻类分泌物和藻丝体粘结细粒物质所形成;地衣结皮表面藻类和真菌形成的叶状体匍匐沙面生长,呈现三维生长方式,形成有明显凹凸的壳状覆被;苔藓结皮以苔藓植物体密集丛生为特点,地上部分出现了茎叶分化,有一定的柔韧性。（2）就动力粗糙度的大小而言,是按地衣结皮>藻类－地衣结皮>苔藓结皮>藻结皮的顺序排列的,Z0平均值依次为（6.5890.850）mm、（4.1790.239）mm、（2.5420.357）mm和（0.3930.220）mm,与定床裸沙面的（0.0420.019）mm相比,生物结皮Z0值提高了10—150倍。随着风速的增大Z0值有所减小,其中以地衣结皮的减小趋势较为明显。（3）由风速廓线对比发现,四类生物结皮对气流阻滞作用的差异主要局限于4 cm以下的高度范围,风速越大这种差异也越大。各类生物结皮摩阻风速u*随风速增大而增大,其中藻结皮的增大速率明显低于其它三类结皮,说明藻结皮随风速增大的阻滞效应较其它三类结皮要差。（4）在净风条件下,地衣结皮具有最好的防风效果,其次为藻类－地衣结皮和苔藓结皮,藻结皮最差。当生物结皮破损后,床面结构和气流性质将发生变化,对空气动力学粗糙度和摩阻风速产生的影响将有待于进行更深入的研究。     

物理结皮和生物结皮的斥水特征及其对水分入渗的影响

土壤结皮是一种常见的自然现象,但由于结皮形成机制的不同,会产生不同的亲水性和斥水性,从而影响土壤的水力学特征与水文循环。本研究利用水滴穿透时间法测定了野外不同植被下物理结皮和生物结皮的斥水特征,利用扫描电镜观测了结皮的表面形态,并用微型入渗装置测定了结皮及其对照土壤的入渗特征。结果表明: 1)物理结皮的平均水滴穿透时间(WDPT)为3.3 s,对照为0.9 s,表现为亲水性;生物结皮的平均WDPT介于20.9～140.9 s,是无结皮的2.8～19倍,其中君迁子和刺槐林下的生物结皮平均WDPT分别为134.5和140.9 s。2)与对照相比,物理结皮累积入渗量、平均入渗速率和吸湿力分别降低了0～4.3%、3.5%～5.1%和27.2%～90.1%,生物结皮分别降低了0～25%、1.4%～28.2%和36.0%～84.9%。3)无论是否存在结皮,利用Philip模型拟合处理入渗数据均存在“曲棍球状”曲线;曲线上斥水性停止时间(WRCT)之前,点源微入渗以水平方向上的扩散为主,WRCT点以后以垂直方向上的入渗为主,土壤结皮的形成延长了该转折点的形成时间。综上,物理结皮是无机矿质颗粒堵塞了表层土壤,不影响斥水性的变化;生物结皮表现为斥水性有机物对土壤结构的影响,增强了其斥水性。物理结皮和生物结皮均会降低土壤的累积入渗量和平均入渗速率,但物理结皮主要影响土壤的吸湿力,对稳定入渗速率影响不大;生物结皮不仅降低了土壤吸湿力,还增加了稳定入渗速率。     

沙坡头地区生物结皮覆盖区土壤种子库组成及垂直分布特征

采用野外随机取样和室内萌发试验相结合的方法,对沙坡头人工植被区的藓类结皮、地衣结皮和裸沙覆盖区土壤种子库的组成及垂直分布特征进行了研究。结果表明:1)人工植被区土壤种子库的物种组成简单,以1年生草本为主,相较于裸沙,两种生物结皮的存在显著增加了土壤种子库的密度(P0.01),但降低了土壤种子库的物种多样性及其与地上植被的相似性;2)两种生物结皮覆盖区土壤种子库的总密度虽无显著差异,但在0—2 cm土层中,地衣结皮土壤种子库的密度显著高于藓类结皮(P0.05),而在2—5 cm和5—10 cm土层中,藓类结皮土壤种子库的密度高于地衣结皮,但差异不显著;3)不同生物结皮覆盖区土壤种子库的垂直分布特征存在差异,藓类结皮覆盖土壤中有活力的种子主要分布在0—5 cm土层中,而地衣结皮和裸沙覆盖土壤中有活力的种子主要分布在0—2 cm土层中,且随着深度的增加,土壤中有活力的种子急剧减少。该研究表明,相较于裸沙,生物结皮的存在不仅增加了土壤种子库的大小,还改变了土壤种子库的垂直分布格局。生物结皮层下仍有相当比例有活力的小种子,这些种子欠缺萌发条件,对地上植被的贡献作用较小,但它们的存在对荒漠生态系统健康及可持续发展具有重要意义。     

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.     

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]     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮下土壤有机碳垂直分布特征及影响因素

为了探究沙漠不同生物土壤结皮类型覆盖下土壤有机碳(SOC)垂直分布特征及与土壤理化因素的关系,解析影响因素,以古尔班通古特沙漠腹地藻类、藓类生物土壤结皮和裸沙三种不同地被覆盖类型为研究对象,通过野外采集不同类型结皮样品及其下层0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm、10-20 cm、20 -30 cm、30-50 cm、50-70 cm以及70-100 cm土层土壤(裸沙对照),测定不同土层的SOC含量及土壤理化指标,开展相关研究。结果表明:(1)不同地被类型下0-100 cm SOC含量随着土壤深度增加呈减小的趋势,在10-30 cm 土层存在SOC含量升高的现象,藓类、藻类和裸沙三种地被类型0-100 cm土层SOC含量范围分别在:1.61-2.70、1.41-2.56、1.21-1.92 g/kg;(2)不同地被类型下同一土层SOC含量在0-5 cm土层存在显著差异,5-100 cm土层SOC整体无显著差异,同层SOC含量均表现为:藓类>藻类>裸沙对照;(3)Pearson法分析结果表明不同地被覆盖下SOC含量与养分(全氮、全磷)呈现正相关关系,与pH和电导率(EC)呈现负相关关系。通过结构方程模型结果表明,土壤养分和粒径(砂粒占比)是影响垂直分布的主要因子,其中粒径是裸沙和藻类的最主要影响因子,藓类最重要的影响因子是养分(全磷)。生物土壤结皮的发育会逐步提高土壤碳的积累,改变SOC的垂直分布特征,对SOC的影响主要集中在5 cm以上土层,土壤理化特征对垂直分布特征具有调控作用。     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对土壤氮库垂直分布特征的影响

生物土壤结皮在干旱区氮素地球化学循环中具有重要作用,研究不同生物土壤结皮下不同形态氮素含量的变化,解析生物土壤结皮对土壤养分影响过程和范围,有助于进一步理解生物土壤结皮的生态功能。本研究以古尔班通古特沙漠藻-地衣混生结皮和藓类结皮两种生物土壤结皮为研究对象,以裸沙为对照,测定生物土壤结皮层和0—100 cm内8个土层全氮、无机氮、可溶性有机氮、游离态氨基酸氮、微生物生物量氮等氮库含量,和土壤脲酶、硝酸盐还原态酶、亮氨酸氨基肽酶等土壤胞外酶活性。结果表明：1)结皮层各形态氮素含量和各土壤酶活性显著高于其下层土壤,结皮层和结皮下各层土壤氮库整体上表现为藓类结皮>藻-地衣混生结皮>裸沙;土壤氮库各形态氮素含量和土壤酶活性在垂直分布上均呈现先显著下降(0—20 cm)后稳定(20—100 cm)的趋势;在20—30 cm土层,除裸沙的无机氮、铵态氮以及藻-地衣混生结皮的硝态氮外,其余速效氮(无机氮、硝态氮、铵态氮)含量具有增加的特点。2)土壤各氮库含量与全磷、有机碳、电导率、土壤脲酶和亮氨酸氨基肽酶活性呈正相关,与pH、土壤含水率呈负相关。3)利用氮循环相关指标建立土壤氮循环多功能...     

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。     

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...     

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。