The influence of biological soil crusts on 15N translocation in soil and vascular plant in a temperate desert of northwestern China

Aims Desert ecosystems are often characterized by patchy distribution of vascular plants, with biological soil crusts (BSC) covering interplant spaces. However, few studies have comprehensively examined the linkage between BSC and vascular plants through nitrogen (N) or element translocation. The objective of this study was to evaluate the ecological roles of BSC on N translocation from soil to the dominant herb Erodium oxyrrhynchum Bieb. (Geraniaceae) in a temperate desert in China.Methods Isotopes (including 15 N-Glu, 15 N-NH 4 Cl and 15 N-NaNO 3) were used as a tracer to detect translocation of N in two types of desert soil (BSC covered; bare) to the dominant herb E. oxyrrhynchum. Three different forms of 15 N-enriched N compounds were applied as a point source to small patches of BSC and to bare soil. And we measured isotopes (14 N and 15 N) and obtained the concentration of labeled- 15 N in both vascular plants and soils at different distances from substrate applicationImportant findings Plants of E. oxyrrhynchum growing in BSC-covered plots accumulated more δ 15 N than those growing in the bare soil. Similarly, soil from BSC-covered plots showed a higher concentration of labeled-N irrespective of form of isotope, than did the bare soil. The concentration of dissolved organic N (15 N-Glu) in E. oxyrrhynchum was higher than that of dissolved inorganic N (15 N-NH 4 Cl and 15 N-NaNO 3). Soil covered by BSC also accumulated considerably more dissolved organic N than bare soil, whereas the dominant form of 15 N concentrated in bare soil was dissolved inorganic N. Correlation analysis showed that the concentration of labeled-N in plants was positively related to the concentration of labeled-N in soils and the N% recorded in E. oxyrrhynchum. Our study supports the hypothesis that BSC facilitates 15 N translocation in soils and vascular plants in a temperate desert of northwestern China.     

The effect of lichen‐dominated biological soil crusts on growth and physiological characteristics of three plant species in a temperate desert of northwest China

Biocrusts (biological soil crusts) cover open spaces between vascular plants in most arid and semi‐arid areas. Information on effects of biocrusts on seedling growth is controversial, and there is little information on their effects on plant growth and physiology. We examined impacts of biocrusts on growth and physiological characteristics of three habitat‐typical plants, Erodium oxyrhynchum, Alyssum linifolium and Hyalea pulchella, growing in the Gurbantunggut Desert, northwest China. The influence of biocrusts on plant biomass, leaf area, leaf relative water content, photosynthesis, maximum quantum efficiency of PSII (F_v/F_m), chlorophyll, osmotic solutes (soluble sugars, protein, proline) and antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase, peroxidase) was investigated on sites with or without biocrust cover. Biomass, leaf area, leaf water content, photosynthesis, F_v/F_m and chlorophyll content in crusted soils were higher than in uncrusted soils during early growth and lower later in the growth period. Soluble sugars, proline and antioxidant enzyme activity were always higher in crusted than in uncrusted soils, while soluble protein content was always lower. These findings indicate that biocrusts have different effects on these three ephemeral species during growth in this desert, primarily via effects on soil moisture, and possibly on soil nutrients. The influence of biocrusts changes during plant development: in early plant growth, biocrusts had either positive or no effect on growth and physiological parameters. However, biocrusts tended to negatively influence plants during later growth. Our results provide insights to explain why previous studies have found different effects of biocrusts on vascular plant growth.     

库布齐沙漠东部不同生物结皮发育阶段土壤温室气体通量

以流动沙地为对照,采用时空替代法分析库布齐沙漠东部固定沙地上不同发育阶段生物结皮藻类结皮和地衣结皮土壤温室气体通量特征及其与环境因子之间的关系,研究生物结皮发育对荒漠土壤温室气体通量的影响.结果表明: 荒漠土壤CO₂排放通量大小为地衣结皮(128.5 mg·m^-2·h^-1)>藻结皮(70.2 mg·m^-2·h^-1)>流动沙地(48.2 mg·m^-2·h^-1),CH₄吸收通量大小为地衣结皮(30.4 μg·m^-2·h^-1)>藻结皮(21.2 μg·m^-2·h^-1)>流动沙地(18.2 μg·m^-2·h^-1),N₂O排放通量大小为地衣结皮(6.6 μg·m^-2·h^-1)>藻结皮(5.4 μg·m^-2·h^-1)>流动沙地(2.5 μg·m^-2·h^-1).CO₂排放具有明显的季节变化,生长季显著大于非生长季;CH₄和N₂O季节变化差异不显著,前者生长季吸收大于非生长季,后者非生长季排放大于生长季.土壤有机碳和全氮含量、土壤微生物数量均是影响温室气体通量的重要因素,环境水热因子是影响土壤CO₂排放的关键因子,但CH₄和N₂O通量对水热因子的变化不敏感.随着植被恢复和生物结皮发育,荒漠土壤温室气体累积通量的不断增大导致其百年尺度的全球增温潜势亦显著提高,依次为地衣结皮(1135.7 g CO₂-e·m^-2·a^-1)>藻结皮(626.5 g CO₂-e·m^-2·a^-1) >流动沙地(422.7 g CO₂-e·m^-2·a^-1).     

温带荒漠生物土壤结皮微生物群落结构与功能演替研究综述

生物土壤结皮(biological soil crusts,BSC)在荒漠植被的恢复及稳定性维持方面发挥了重要作用,被誉为“荒漠生态系统工程师”。BSC微生物群落是其发挥功能的主要成分,参与了BSC的形成、土壤性状的改善、土壤团聚体的稳定及植被的发育等过程。由于技术方法的限制,以往对BSC微生物群落发育如何调控荒漠植被稳定性的机理尚不清楚。近年来,随着土壤微生物组学技术的快速发展,BSC微生物群落组成及其功能的研究取得了较大进展,关于BSC微生物群落对荒漠生态系统贡献的认识日渐清晰。本文总结了温带荒漠BSC演替过程中微生物不同类群细菌、真菌、古菌群落的组成结构及参与碳氮循环的潜在功能变化,并对影响微生物群落结构和功能的土壤因素进行了剖析,阐释了BSC微生物群落与土壤功能性状相互作用及协同演替的模式,厘清了BSC促进荒漠土壤改善的机理,为温带荒漠植被恢复及荒漠生态系统对全球贡献的理解提供了依据。     

温带荒漠灌丛和藓类结皮对土壤养分的贡献

灌丛与生物土壤结皮镶嵌分布是温带荒漠常见的地表景观之一,二者的发育均显著影响了地表土壤养分的空间分布特征及循环过程。然而,灌丛和生物土壤结皮对荒漠土壤表层养分的影响存在怎样的差异,二者对养分变化的贡献度如何尚不清楚。因此,选择中国北方典型温带荒漠古尔班通古特沙漠为研究区,以荒漠中的优势灌丛膜果麻黄(Ephedra przewalskii)灌丛和生物土壤结皮发育高级阶段的藓类结皮的结皮层及结皮下层土壤为研究对象,采集不同微生境(裸露地、灌丛下)的裸沙与藓类结皮的土壤样品。为探究不同微生境下不同土层碳、氮、磷和钾养分变化特征,测定了不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量。结果表明:(1)相较于裸露地,灌丛显著提高了藓类结皮不同土层有机碳、全氮和全钾的含量和裸沙全磷的含量,降低了灌丛下藓类结皮土壤全磷的含量。(2)对于速效养分而言,与裸沙相比,裸露地藓类结皮覆盖降低了土壤速效氮含量,增加了速效磷和速效钾含量;而灌丛下藓类结皮覆盖提高了土壤速效氮和速效钾的含量,但降低了速效磷的含量。 (3) 相关性分析显示,在0-2 cm土壤中速效磷与速效氮呈现显著负相关,而在2-6 cm速效磷与速效氮呈现显著正相关(P<0.01)。(4)贡献度分析表明,土壤中灌丛效应对养分的贡献(42.54%)要远大于藓类结皮的贡献(2.43%),但二者交互作用却降低了除速效氮以外的其他土壤养分含量。综上,灌丛、藓类结皮覆盖和土层深度变化对土壤碳、氮、磷和钾养分均具有显著影响(P<0.05),但三者间的交互效应对养分的影响不显著(P>0.05)。相对于裸露地,灌丛与藓类结皮的覆盖均对表层土壤碳、氮、磷和钾养分具有促进作用,且随着土层深度的下降,土壤养分含量呈现显著的下降趋势(P<0.05)。因此,在荒漠生态系统中耐旱灌丛与生物土壤结皮这两个最重要的斑块单元联合调控了微尺度土壤养分的空间异质性变化。     

Recovery of lichen-dominated soil crusts in a hyper-arid desert

Soil crust lichens can be the dominant vegetation in desert regions that are unsuitable for higher plants, and are vital to soil stabilization and primary production. Biological soil crusts are vulnerable to disturbance and there is little evidence of the lichen components achieving full recovery following human disturbances in semi-arid to arid environments, and no records of recovery in hyper-arid deserts. Eight sites with varying anthropogenic, mechanical disturbance regimes were assessed in the hyper-arid Namib Desert for levels of recovery and successional convergence, based on a comparative analysis of overall lichen cover and community composition in disturbed and control locations. Recovery time estimations ranged from 5 to 530 years, with no detected linear relationship to impact gradient (low to high impact). Variables that were found to most strongly influence recovery rates were the overall cover of lichen growth and total number of lichen species in the bordering undisturbed areas, followed by the extent of soil compaction in the disturbed area, altered soil surface microrelief and vitality of subsurface soil crust components. An assessment of pioneering species demonstrated a link between increased soil depressions, i.e. track ruts, and the occurrence of fragmenting, wind-dispersing species. Track ruts in hype-arid deserts are not as vulnerable to the water erosion found in less arid deserts, and may be advancing recovery by trapping fragments. However, the lichen community structure was significantly different between all of the disturbed and control areas, regardless of the recovery phase, suggesting that while the lichen community composition may not. The ecological consequences of such disturbances may be far reaching in hyper-arid deserts where lichens are primary heterotrophs soil stabilizers. Given the economic development occurring within coastal hyper-acid deserts of the world, these impacts undoubtedly call for conservation attention.     

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。     

腾格里沙漠东南缘不同生物土壤结皮细菌多样性及其季节动态特征

微生物多样性对于生物土壤结皮在沙漠生态系统中改善局部环境以及提升生态功能具有重要作用。本研究对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区藻结皮、藓结皮及其下层的四季样品进行了16S rDNA高通量测序, 以期阐明细菌多样性及其在生物土壤结皮演替过程中的季节变化规律。结果表明4种类型样品的细菌丰富度在夏季显著低于其他3个季节。4种类型样品中主要的细菌类群为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、蓝细菌门等, 其中变形菌门和放线菌门为优势类群, 夏季时变形菌门的相对多度显著高于春季、秋季、冬季, 且在结皮层中相对多度显著高于结皮下层。放线菌门的相对多度在春季、夏季显著高于秋季、冬季, 且结皮下层相对多度高于结皮层。生物土壤结皮演替过程中细菌多样性及其相对多度季节动态变化表明其对沙漠土壤局部环境的变化作出了响应, 这为深入理解生物土壤结皮在沙漠生态系统中的生态功能提供了微生物多样性数据。     

不同类型生物土壤结皮覆盖下风沙土的入渗特征及模拟

干旱荒漠区广泛分布的生物土壤结皮(BSCs)对土壤水分入渗过程有重要影响。以古尔班通古特沙漠南缘的BSCs为研究对象,基于野外采样与室内模拟实验等方法,探究藓类、地衣和藻等3种类型BSCs覆盖下沙土的入渗特征。结果表明:与无结皮覆盖的风沙土对照,3种类型BSCs均显著降低了沙土初渗速率,藓类结皮、地衣结皮、藻结皮覆盖下初渗速率降低幅度依次为36.10%、46.42%、50.39%;藓类结皮、地衣结皮(P0.05)和藻结皮(P0.05)均明显降低了沙土稳渗速率,降低幅度依次为16.50%、33.98%和35.92%;3种类型BSCs均限制了湿润锋在沙土的推进过程,表现为:藓类结皮、地衣结皮、藻结皮的渗漏时间分别为裸沙对照的2.13、3.04和2.98倍;各类型BSCs均减小了沙土累积入渗量,阻碍了沙土水分入渗,与裸沙对照相比,藓类结皮、地衣结皮、藻结皮的1 h累积入渗量分别降低16.10%、28.56%和26.56%。在实验条件下,Kostiakov模型最适用于模拟不同类型BSCs覆盖下土壤水分入渗过程,Horton模型模拟效果次之。     

生物土壤结皮对准噶尔盆地5种荒漠植物幼苗生长与元素吸收的影响

生物土壤结皮广泛分布于许多干旱和半干旱地区, 它影响土壤物理过程、水文、侵蚀和养分循环过程, 从而影响植物种子萌发与生长发育。该文以新疆准噶尔盆地腹地的古尔班通古特沙漠的生物土壤结皮为研究对象, 分析了生物土壤结皮对准噶尔盆地5种荒漠植物(白梭梭(Haloxylon persicum)、蛇麻黄(Ephedra distachya)、角果藜(Ceratocarpus arenaarius)、涩芥(Malcolmia africana)和狭果鹤虱(Lappula semiglabra))的生长及其对元素吸收的影响。结果表明: 1)相对于裸沙而言, 生物土壤结皮显著促进了荒漠植物的生长速率, 并增加了草本植物地上和地下的生物量, 但对灌木的生物量无显著影响; 2)生物土壤结皮使部分一年生草本植物的开花和结实期提前, 这可能有利于荒漠植物在有限的环境资源下快速完成生活史, 并繁衍后代; 3)生物土壤结皮能够影响荒漠植物对土壤中营养元素的吸收, 具体表现在生物土壤结皮显著促进了5种植物对N的吸收, 增加了荒漠植物在N贫乏的荒漠生态系统的适应能力, 而对P和K的吸收均没有影响。生物土壤结皮对荒漠植物对元素吸收的影响因种而异, 对不同的植物有不同的影响。荒漠植物对Mg、Mn和Cu的吸收受生物土壤结皮的影响最小。     

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、...     

腾格里沙漠东南缘生物土壤结皮的固氮潜力

以腾格里沙漠东南缘广泛分布的3类典型生物土壤结皮(藻类结皮、地衣结皮和藓类结皮)为研究对象,在野外环境下连续一年(2010年6月至2011年5月)测定了不同类型结皮的固氮潜力、季节变化,及其对环境因子的响应特征.结果表明：整个试验期间,藻类、地衣和藓类结皮的固氮活性分别为14～133、20～101和4～28 mol·m^-2·h^-1,差异显著,这种差异主要是由结皮种类组成的差异所致.3类结皮固氮活性对环境因子的响应特征基本一致.3类结皮固氮活性与降水量关系不显著,但与试验前3天小于3 mm的降水量均呈显著的正相关关系,说明该地区3类结皮在3 mm降水条件下即可达到最大固氮速率.3类结皮固氮活性与试验期温度均呈显著的二次函数关系,随气温升高均呈先上升后下降的趋势,藻类和地衣结皮的固氮活性在超过30 ℃后即迅速下降,而藓类结皮的固氮活性在超过25 ℃后即开始下降,说明不同类型结皮具有不同的固氮适宜温度区间.3类结皮固氮活性的季节变化均表现为秋季>春季>夏季>冬季,夏季高温和冬季低温抑制了结皮固氮酶活性,而春末秋初适宜的水热条件促进了其固氮活性的提高,结皮固氮活性的季节变化主要受水热因子的共同调控.温带荒漠区生物土壤结皮在湿润条件下全年均具有固氮能力,环境因子对其氮固定的控制作用层次分明,水分是影响其固氮速率和持续时间的关键因子,在水分和碳源充足的条件下,温度则是制约其固氮能力的主要因子.     

Effects of biological soil crusts on emergence of desert vascular plants in North China

Biological soil crusts are a universal and common feature in arid and semi-arid regions and their appearance profoundly affects soil surface properties which may greatly change the seed dispersal, germination and establishment. To date, only a handful of experiments have exerted to investigate the effects of crusts on vascular plants and the conclusions from these studies are variable. In this study, we investigate the influences of two different crusts universally spreading in southeastern part of the Tengger Desert with four chronosequences (24, 41, 50 years old in artificial vegetation area and natural vegetation crusts) on vascular plants. Crusts were placed at three different sites to simulate different environmental factors (wind velocity and soil crust moisture), we set two soil moisture regimes for crusts to investigate how vascular plants respond under different moisture regimes in crusts. Emergence densities of vascular plants were significantly higher in moss crust than in algae crust. With the development of crusts, seed emergence increased in moss crust while decreased in algae crust. As for effects of moisture, our results showed that soil moisture had a significant effect on seed emergence in both types of crusts at all developing phases. Crusts with higher moisture had more seedlings than those with lower moisture. The above results indicated that the appearance of crusts changed the surface soil properties, which had greatly influenced the entrapment and lodgement of seeds in the study area, thus subsequently influence seed emergence through affecting natural factors.     

荒漠地表生物土壤结皮形成与演替特征概述

土壤表面结皮是世界范围内干旱沙漠地区土壤表面广泛存在的自然现象,包括物理结皮和生物土壤结皮两大类型。其中,生物土壤结皮作为干旱沙漠地区特殊环境的产物,是由细菌、真菌、蓝绿藻、地衣和苔藓植物与土壤形成的有机复合体。它的形成使土壤表面在物理、化学和生物学特性上均明显不同于松散沙土,具有较强的抗风蚀功能和重要的生态效应,成为干旱沙漠地区植被演替的重要基础。随着形成生物土壤结皮的物种更替,维持结皮结构的主要胶结方式亦随之发生变化,即由胞外多糖的粘结作用逐渐转变为蓝藻和荒漠藻的藻丝体、地衣菌丝体以及苔藓植物假根的缠绕和捆绑作用,物种更替是结皮微结构和胶结方式转化的生物基础。生物土壤结皮的形成通常可以分为以下几个阶段:生物土壤结皮的早期阶段(土壤酶和土壤微生物),藻结皮阶段、地衣结皮阶段和苔藓结皮阶段。即随着土壤微生物在沙土表面的生长,随后出现丝状蓝藻和荒漠藻类植物,形成以藻类植物为主体的荒漠藻结皮;当土壤表面得到一定固定后,便开始出现地衣和苔藓植物,形成以地衣和苔藓植物为优势的生物结皮类型。其中,前一阶段的完成又为后一阶段的开始提供良好的环境条件。当环境条件适宜时,生物土壤结皮也可以不经历其中某个阶段而直接发育到更高级的阶段。     

毛乌素沙地固碳功能菌群落随生物结皮发育阶段的演变特征

生物结皮是干旱区生态系统光合固碳的重要贡献者,固碳功能菌是生物结皮碳固定过程中的关键功能群,而毛乌素沙地生物结皮有关固碳功能菌群落多样性的研究未见详细报道。通过qPCR和高通量测序,研究了毛乌素沙地固碳功能菌基因丰度、群落多样性在生物结皮发育过程中的演变规律及其关键环境因子。结果表明,form IAB、IC和ID的基因丰度均随生物结皮发育呈升高趋势,在地衣结皮最高,在藓结皮又明显降低;form IAB的Chao1和form IC的Shannon指数随生物结皮演替呈显著上升趋势,而 form IC和ID的Chao1则在藻结皮达到峰值。物种组成上,IAB型固碳功能菌以蓝藻门的颤藻目占优势,其相对丰度在藻结皮最高,随生物结皮演替逐渐降低;IC型固碳功能菌在裸沙中以土壤红杆菌目为主, 而在三种生物结皮中以生丝微菌目、亚硝化单胞菌目和红螺菌目占优势; ID型固碳菌则以硅藻门的舟形藻目占优势,其丰度在裸沙中最高。IAB和IC型固碳功能菌群落结构在藻结皮和地衣结皮类似,而与裸沙和藓结皮差异显著,裸沙与藓结皮亦具显著差异。生物结皮演替过程中生物类群和土壤理化特征的改变为固碳功能菌提供了不同的生态位,土壤总有机碳、全氮、铵态氮、全磷、速效磷和pH对固碳功能菌群落进行综合调控,通过对固碳功能菌的筛选作用,最终改变固碳功能菌群落组成和结构。为深入理解荒漠生态系统生物结皮的光合固碳功能的微生物学机制提供了理论支撑。     

高寒沙区生物土壤结皮覆盖土壤碳释放动态

生物土壤结皮广泛分布于荒漠生态系统,能够通过自身的呼吸作用影响土壤碳释放以及区域碳循环过程。本研究在具有典型高寒沙区气候特征的青藏高原东北部（青海共和盆地）,以广泛分布于人工植被恢复区的藻类和藓类结皮为研究对象,裸地为对照,观测了裸地与两种类型生物土壤结皮去除和覆盖土壤碳释放速率的日动态和生长季动态规律,探讨生物土壤结皮对土壤碳释放量的影响。结果表明：生物土壤结皮去除和覆盖土壤碳释放速率日动态和生长季动态特征与裸地一致,均呈“单峰”曲线。生物土壤结皮覆盖土壤的日最大碳释放速率出现于13:00左右,裸地与去除结皮土壤的日峰值均出现于15:00左右,生物土壤结皮的存在使土壤碳释放速率的日峰值出现时间提前2h左右,各观测类型生长季内碳释放速率最大值均出现在8月。在相对干旱年份（2017）,藻类和苔藓结皮覆盖导致土壤碳释放量分别增加了22.07%和85.61%,其中,藻类和苔藓结皮层碳释放量占增加量的67.60%和25.76%;而在相对湿润年份（2018）,藻类和苔藓结皮覆盖导致土壤碳释放量分别增加了139.37%和290.53%,二者结皮层碳释放量分别占增加量的69.09%和45.59%,生物土壤结皮发育促进了土壤的碳释放。温度对土壤碳释放变化的贡献率为48.89%,是高寒沙区土壤碳释放日动态变化的关键驱动因子。因此,在核算荒漠生态系统碳交换过程中,应充分考虑各区域不同类型生物土壤结皮对土壤碳释放产生的影响。     

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.     

内蒙古荒漠草原亚洲小车蝗的种群动态

2010—2011年于内蒙古乌兰察布市四子王旗格根塔拉草原对亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus(B.-Bienko)种群动态进行了研究。结果表明,亚洲小车蝗种群空间格局为随机分布;亚洲小车蝗于6月中旬开始孵化出土,1～3龄蝗蝻高峰期在6月中下旬至7月初,终见期在7月下旬;4～5龄蝗蝻于6月下旬始见,高峰期在7月上中旬,终见期在7月末;成虫于7月上旬始见,高峰期在7月中旬至8月下旬,终见期在9月上旬。应用最优分割法将亚洲小车蝗种群动态划分为3个阶段:(1)6月中旬,为蝗蝻开始出土期,数量稀少,空间格局为聚集分布或随机分布;(2)6月下旬至7月上中旬,为蝗蝻发生盛期,密度低时为随机分布,密度高时为聚集分布;(3)7月中下旬至9月上旬,为成虫发生期,空间格局为随机分布。     

火电厂周边不同生物结皮细菌群落特征差异及其影响因素

为探究大气降尘重金属污染对矿区周边不同类型生物结皮细菌群落结构的影响,利用高通量测序技术分析位于宁东能源化工基地典型火电厂周边的3类生物结皮(藻结皮ZB、混生结皮HB、苔藓结皮TB)和对照(CK,裸土)的细菌丰度和群落结构,并探讨了影响细菌群落结构的环境因子。结果表明: 不同类型生物结皮的理化性质和重金属含量存在差异,且由于生物结皮对大气降尘重金属的富集作用造成各类结皮均达重度污染级别。在相对丰度排名前10的优势细菌门中,芽单胞菌门、蓝细菌门在不同类型生物结皮之间差异显著。细菌群落α多样性由高到低排序依次为CK>TB>HB>ZB。非度量多维排序(NMDS)结果显示,裸土细菌群落与其他3种生物结皮存在明显差异。相关性分析表明,生物结皮演替对细菌群落组成具有显著影响,细菌多样性和组成与pH、养分、重金属含量等密切相关。放线菌门、绿弯菌门相对丰度与pH值呈显著正相关关系,而与全氮(TN)、全磷(TP)、Pb、Zn、Cd均呈显著负相关关系;冗余分析结果表明,TN、pH、TP、有机碳(SOC)是影响3种生物结皮细菌群落α多样性以及一些优势菌群相对丰度的主要土壤环境因子,而重金属Pb、Zn、Cd是影响细菌群落结构的主要重金属元素,对细菌群落数量和多样性有抑制或刺激作用。说明pH、重金属和养分是影响结皮细菌群落组成的关键因子。总体而言,长期的重金属富集作用会对生物结皮的细菌多样性和群落组成产生影响。