两类典型荒漠生物结皮覆盖土壤碳通量月变化特征及其影响因子

为明确荒漠生态系统生物结皮覆盖土壤碳通量的月变化特征及其关键影响因子,以裸沙作为对照,原位动态(生长期,6—11月)观测毛乌素沙地藓结皮(M)、藻结皮(AL)覆盖土壤的呼吸速率(DR)和净碳通量(NCF),并计算得到光合速率(Pn),同步记录相应环境指标数据。结果表明:(1)两类结皮DR与Pn均先升后降,DR在8月达峰值[M,AL分别为1.96,1.66μmol/(m^(2)·s)],Pn在9月达峰值[M,AL分别为2.75,1.39μmol/(m^(2)·s)];NCF先升后降再升,7月达峰值[M,AL分别为1.38,1.43μmol/(m^(2)·s)],9月达谷值[M,AL分别为-1.24,-0.18μmol/(m^(2)·s)]。(2)2,5,10 cm土壤温度与2,5 cm土壤含水量是藓结皮覆盖土壤碳通量关键影响因子,2,5,10 cm土壤温度、光照强度、近地表空气湿度是影响藻结皮覆盖土壤碳通量的关键影响因子。(3)藓结皮净碳固定土壤水分阈值(8.9%)低于藻结皮(11.4%),温度阈值(13.5℃)高于藻结皮(7.3℃)。以上结果表明,藓结皮与藻结皮覆盖土壤碳通量的月变化相似,但关键影响因子不同,在未来气候变化引起的增温减雨的背景下,藻结皮碳损失风险高于藓结皮。

外源添加物对沙地苔藓结皮扩繁发育的促进作用

人工苔藓结皮作为一种新型的防风固沙潜在途径而备受关注,为进一步优化现有的培育扩繁技术,采用4因素2水平正交试验设计,探讨了菌类(放线菌和巨大芽孢杆菌)、藻类(小球藻和具鞘微鞘藻)、沙蒿胶(有和无)和基质类型(沙土基质和配方基质)对沙地苔藓结皮室内发育扩繁的影响。结果表明:(1)4因素中仅基质类型显著影响了苔藓结皮的盖度和株密度(P<0.05),沙土基质处理的苔藓结皮盖度和株密度均值比配方基质处理分别提高61.04%和17.48株/cm^2;(2)藻类、菌类和基质类型显著影响了苔藓的生理特性(P<0.05),而沙蒿胶影响不显著。沙土基质、放线菌和小球藻的添加显著提高了苔藓的过氧化物酶(POD)活性和可溶性蛋白含量,降低了丙二醛(MDA)含量;(3)最适扩繁组合为“沙土基质+放线菌(1 g/kg基质)+小球藻(2 g/m^2)”,在30天内,上述组合在培养箱条件下(光照设定为6000 lx,光周期12 h/d,温度20℃,空气湿度75%),可将1 m^2野外苔藓种源培育为4 m^2盖度达97.14%的苔藓结皮,实现4倍扩繁。研究结果将为今后大规模工厂化高效扩繁苔藓种源提供技术支撑。

区域尺度生物结皮下伏土壤养分的空间分布特征——以毛乌素沙地为例

作为旱区广泛分布的活性地被物,生物结皮对荒漠生态系统的养分循环具有重要影响,目前有关区域尺度生物结皮养分效应的认识还非常有限。选取覆盖毛乌素沙地全域的146个样点,以地统计学结合多元统计分析方法,深入探讨了区域尺度上旱区荒漠生物结皮下伏土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的空间异质性、分布格局及其影响因素。结果表明:生物结皮提升了荒漠土壤养分含量,3种养分含量的变异系数(CV)中等,变异性大小顺序为CV_(TP)(60.5%)>CV_(SOC)(37.9%)>CV_(TN)(30.8%);不同养分的空间变异特征不同,TP最佳拟合模型为线性模型,空间自相关性强烈,SOC、TN为指数模型,空间自相关性中等;受到植被状况、地表水热平衡状况等因素的直接或间接影响,在区域尺度上生物结皮下伏土壤养分含量在研究区东部较高,西南部较低;TP含量自东向西递减,SOC、TN含量自东向西呈现高-低-高-低的带状分布特点,二者具有极显著正相关关系(r=0.818,P<0.01)。

藻类与微生物添加对高陡边坡生物结皮人工恢复的影响

[目的]研究微生物与藻类对生物结皮野外恢复的影响,优化黄土高陡边坡生物结皮防护技术,为区域生态修复提供新的思路和方法。[方法]利用完全试验,研究藻类(小球藻+硅藻复合藻液)、功能性微生物(胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌)两因素对人工恢复生物结皮发育状况的影响。[结果]①不同处理间发育差异明显,藻+巨大芽孢杆菌处理的生物结皮盖度中位数最大,均值为61.41%;,仅胶质芽孢杆菌处理的生物结皮厚度中位数最大,均值为2.58 mm;仅添加3 g藻处理的苔藓株高度中位数最大,均值为2.67 mm;②藻处理能够在不同添加水平下(1和3 g/m^2)显著解释(p<0.05)样方间生物结皮的盖度、厚度与株密度发育差异,其添加量以2~3 g/m^2为宜;③功能性微生物对生物结皮盖度、厚度及苔藓株高度影响不明显(p=0.91/0.93/0.49),且与藻类无明显交互作用。[结论]45°黄土边坡人工恢复生物结皮是可行的。在环境适宜的坡面喷洒藻液、接种苔藓茎段碎片,开展生物结皮恢复,能够有效构建具有一定覆盖度与厚度、发育良好的生物结皮防护层。

秦岭石生苔藓结皮的微生物群落组成和多样性特征

苔藓结皮是地表重要的活性覆盖物,具有改善土壤性状、固土持水、固碳固氮等多种生态功能,微生物群落是苔藓结皮发挥生态功能的主要成分。为了探究湿润区石生苔藓结皮的微生物群落组成及其多样性特征,揭示其发育形成机制以及功能机理,该研究以秦岭北麓的泥峪、车峪、骆峪5个样地的石生苔藓结皮为研究对象,利用高通量测序技术,分析了石生苔藓结皮层的微生物群落组成、丰度、多样性,并测定分析养分与微生物群落的关系,为裸露岩石创面的生态修复提供理论依据。结果表明:(1)秦岭石生苔藓结皮层的全氮和有机质含量在4.16~8.26 g/kg、89.44~131.05 g/kg之间,且样点间均差异显著;全磷和全钾含量较低,分别为0.88~1.21 g/kg和13.50~18.10 g/kg。(2)秦岭石生苔藓结皮层中细菌占微生物群落组成的80%以上,且细菌的多样性也远高于真菌;其中细菌优势菌群为变形菌门(Proteobateria)、拟杆菌门(Bateroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),真菌优势菌群为子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉菌门(Mortierellomycota)。(3)冗余分析(RDA)显示,全钾和有机质对优势细菌群落结构影响显著,变形菌和拟杆菌适宜生活在湿度大、营养状况良好的基质中;全磷和有机质对优势真菌群落结构影响显著,被孢霉菌门在低磷基质中更具生长优势。研究发现,细菌是秦岭石生苔藓结皮层的优势菌群,与旱区土生状况相比,秦岭石生苔藓结皮层的放线菌和酸杆菌的含量有所下降,而拟杆菌含量显著增加;对于真菌而言,子囊菌门和担子菌门的相对丰度明显减少,被孢菌门丰度显著增加;有机质是影响结皮层微生物群落组成最主要的养分因子,丰富的养分使湿润区石生苔藓结皮层的微生物群落结构更加复杂多样、物种组成更加丰富。

毛乌素沙地藓、藻结皮生态功能对比

生物结皮在荒漠生态系统中发挥着重要的生态功能,不同类型生物结皮有机体组成和比例不同,生态功能差异巨大。针对毛乌素沙地发育稳定阶段的藓、藻结皮,通过野外调查监测及室内指标测算,深入分析了两类生物结皮对土壤含水量、风蚀量和养分含量的影响尺度,并采用综合指标评价模型定量比较了二者的生态功能差异。结果表明:(1)两类生物结皮下土壤含水量随着土层深度呈现出先增大后波动下降的趋势,0-100 cm深度两类生物结皮下的土壤含水量差异显著(P<0.05),在0-80 cm深度,藓结皮的土壤含水量大于藻结皮,在90-100 cm则相反;(2)相比裸地,藓结皮和藻结皮影响下土壤风蚀量分别降低了156.0%和136.6%,但二者未达到显著差异;(3)两类结皮影响下土壤养分含量差异显著(P<0.05),表现为藓结皮下土壤全氮、全磷、有机质含量分别为藻结皮的3.3、3.5、2倍;(4)生物结皮生态功能综合得分藓结皮>藻结皮>裸地(1.60>-0.64>-9.78)。本研究证实了荒漠生态系统中不同类型生物结皮生态功能的差异及其在保持水土和营养物质循环方面贡献程度的优劣,突出了在生物结皮探索工作中关于其类型或组成精准细分的重要性。