毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿水分吸收的影响模拟

植物可利用水分是决定沙生灌木生长的主要因子,生物土壤结皮(简称生物结皮)在降雨期影响降水入渗,而在干旱期改变土壤蒸发,从而影响土壤水分分布,最终可能影响灌木水分吸收。然而,关于不同降水条件下生物结皮对灌木水分吸收和水分胁迫的影响机制认识不清。以油蒿为研究对象,基于试验数据和1990—2019年气象数据,采用数学模拟,定量研究了毛乌素沙地不同降水条件下生物结皮对土壤水分分布和油蒿水分吸收的影响,评价干旱期生物结皮对油蒿水分胁迫的影响。结果表明:与无结皮处理相比,生物结皮处理的土壤蒸发降低了5.1%;生物结皮改善了干旱期的土壤水分条件;生物结皮降低了植物水分胁迫的比例,平均降低比例为8.1%;生物结皮提高了植物水分吸收,平均增加比例为12.8%;生物结皮和对照植物水分吸收的比值随季节降水量的增加而降低,均值为1.13。综上,生物结皮的出现并未消极地影响沙生灌木的水分吸收。研究结果有助于理解生物结皮与灌木的共生或竞争关系。

荒漠冻融期积雪变化对生物结皮甲烷通量的影响

温带荒漠积雪覆盖是土壤含水量增加的重要方式,在冻融期带来丰富的水分变化。全球气候变化导致温带荒漠积雪深度时空格局发生改变,从而影响荒漠生态系统温室气体的通量。生物结皮在维持荒漠生态系统结构和功能的稳定具有非常重要的作用,但对环境的变化较为敏感,尤其是降水变化。然而,目前有关冻融期不同积雪条件下生物结皮温室气体通量的研究十分匮乏。CH4是重要的温室气体,选择古尔班通古特沙漠藓和地衣2种类型生物结皮为研究对象,以裸沙为对照,设置增雪、自然降雪(对照)和除雪三种处理,通过静态箱-气相色谱法,探究CH4通量在冻融期的变化特征。结果表明:冻融期多数情况下积雪处理和结皮类型对CH4通量影响不显著。荒漠生物结皮对CH4整体表现为吸收作用,是荒漠生态系统CH4重要的“汇”。两种结皮类型及裸沙CH4的吸收速率呈现为地衣结皮(-10.12μg m^(-2) h^(-1))>藓结皮(-1.73μg m^(-2) h^(-1))>裸沙(-1.69μg m^(-2) h^(-1))。CH4通量通常与土壤5 cm深处的温度和水分的相关性不显著,对其他土壤理化因子响应较弱。研究结果表明,积雪处理不会对冻融期生物结皮CH4通量产生显著影响,全球变化条件下温带荒漠积雪的改变可能对土壤CH4的产生和吸收影响较小。

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6cm,高3.5cm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。

生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤水分的影响

为进一步探究毛乌素沙地油蒿群落内结皮对土壤水分的影响,研究了结皮(地衣结皮和苔藓结皮)未受干扰和移除处理下的土壤水分入渗、蒸发及含水量状况。结果显示:1)两种结皮均对土壤水分入渗具有抑制作用,移除两种结皮后,土壤水分初渗速率、稳渗速率以及累积入渗量均显著增大(P<0.05);2)结皮对土壤蒸发的影响与结皮类型及蒸发阶段有关,地衣结皮对整个蒸发过程中日蒸发量及蒸发总量无显著影响(P>0.05),而苔藓结皮对土壤日蒸发量的影响在模拟蒸发前期表现为抑制(第1~5天),后期表现为促进(第6~15天),但对总蒸发量的影响不显著(P>0.05);3)总体来看,地衣结皮覆盖区0~40 cm土层含水量高于地衣结皮移除区,而苔藓样地规律则相反。从不同土层来看,相比于移除结皮,地衣结皮覆盖区40 cm深度以上各层土壤含水量均较高,苔藓结皮覆盖区土壤含水量在5和10 cm深度较高,20和40 cm较低。研究结果表明,地衣结皮提高了油蒿群落土壤水分有效性,应对其进行保护;苔藓结皮降低了油蒿种群土壤水分有效性,却提高了浅根系草本土壤水分有效性,这是驱动油蒿群落演替的重要因素之一。研究在为毛乌素沙地油蒿群落提供水分管理依据的同时,也从土壤水分方面为该群落的演替提供一定解释。

宁夏贺兰山东麓荒漠草原区地衣的物种多样性研究

地衣是宁夏贺兰山东麓荒漠草原区一类重要的生物资源,地衣结皮的形成为该区域景观的稳定作出了重要的贡献。该研究于2014~2019年在贺兰山东麓荒漠草原区开展了地衣的野外调查,利用表型特征和DNA序列分析且对采集的500余份标本进行了物种的鉴定,并分析了其物种组成及地理成分。结果显示:(1)共鉴定地衣19科41属74种,其中中国新记录25种,新种2个(待发表),新记录属11个,宁夏新记录56种。(2)研究区地衣物种区系地理成分以北温带成分为主(33.78%),其他主要区系成分包括欧亚成分和世界广布成分等,具有明显的北温带成分区系特征。(3)研究区地衣以壳状和鳞状地衣为主(81.1%),生长型体现了地衣对当地气候条件的适应特性。实地调查发现宁夏贺兰山东麓荒漠草原区地衣的生存环境非常脆弱。该研究结果有助于提高对该区域地衣物种多样性的认识并促进其保护。

干旱半干旱地区人工地衣集雨面营建潜力探析

简析了地衣生物学与生态学特性、地衣土壤结皮形成和特性及其对土壤水文过程的影响 ,探讨了人工地衣作为集雨材料用于干旱半干旱地区雨水收集的可行性。指出人工地衣可用于干旱半干旱地区集雨面的营建 ,且为极具潜力的绿色环保型集雨材料。

新疆准噶尔盆地南缘土壤生物结皮中地衣物种组成和分布

对新疆准噶尔盆地沙漠南缘土壤生物结皮中地衣种类及分布特征进行了初步研究。结果表明,该地区参与土壤生物结皮的有藓生双缘衣〔D iploschistes muscorum(Schreb.)Norm.〕、拟橙衣〔Fulgensia bracteata(Hoffm.)Raws.〕、丽石黄衣〔Xanthoria elegans(L ink)Th.Fr〕、准噶尔橙衣(Caloplaca songoricumA.Abbas)和磷网衣〔Psoradecipiens(Ehrh.)Hoffm.〕等13种地衣,分别属于5目10科。对其分布特征进行了分析,发现地衣的分布与苔藓有相关性;地衣的分布受到环境温度、太阳辐射强度和降水量等因素的影响。聚类分析结果表明,24个样方可分为3组,分别分布于沙丘底部、顶部和中部,其中分布于沙丘底部的样方地衣种类的多样性最高。

荒漠化地区生物结皮的研究进展

防沙、治沙和固沙一直以来是荒漠化生态环境建设的热点问题。作者从生物结皮对荒漠化地区生态环境的影响,以及在生态系统演替中起到的重要作用等方面进行了综述,指出了地衣在生物结皮中所占有的重要地位,展望了生物结皮研究与应用的前景。

生物土壤结皮对全球气候变化的响应

生物土壤结皮在干旱、半干旱区和极地、亚极地区等脆弱生态区广泛存在,生物土壤结皮对脆弱生态系统的稳定、碳氮循环和生态平衡等具有重要的生态意义。概述了脆弱生态区生物结皮的碳氮循环与气候变化关系,综合分析了脆弱生态区生物结皮对气候变暖、降水变化和UV-B增加的响应。分析认为应该加强区域尺度下干旱与半旱区生物结皮对气候变化响应研究。

新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤生物结皮中地衣植物物种组成和分布

本文对新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤生物结皮中地衣植物种类及分布特征进行了初步研究.结果表明,该地区参与土壤生物结皮的有13种地衣植物,即藓生双缘衣、拟橙衣、丽石黄衣、准葛尔橙衣、磷网衣、胶衣珊瑚变种、坚韧胶衣、金黄茶渍、碎茶渍、鳞饼衣、网衣、糙伏毛微孢衣、鳞核衣,分别属于5个目,10科.并分析了其分布特征,发现地衣植物的分布与苔藓植物有负相关关系,地衣的分布受到环境温度、太阳辐射强度、降水量等因素的影响.同时我们计算了三个组间的地衣多样性和相似性,发现组1的多样性最高,次为组3,组2的多样性最低.

干旱、半干旱区生物土壤结皮遥感光谱研究进展

介绍了生物土壤结皮遥感光谱特性和遥感监测方法研究进展。主要论述了生物土壤结皮光谱的变异性与土壤水分的关系,分析了生物结皮对区域植被遥感解译的影响。干湿生物结皮的光谱差异以及土壤浅表层水分的更替会造成植被动态的错误解译和生态系统生产力的过高估计,经研究得出,100%盖度的干湿苔藓结皮NDVI之差大约0.35(干苔藓结皮0.30,而湿苔藓结皮0.65),100%盖度干湿藻类结皮NDVI之差大约0.15(干藻类结皮0.15,而湿藻类结皮0.30),最大值合成法(max value composite,MVC)会使分布有相当盖度的苔藓结皮的区域的NDVI求解受降水的影响很大,会造成该区域短时间内NDVI不稳定性,而影响植被动态解译。综合国内外研究认为,生物结皮研究中,除了考虑不同土壤水分下生物结皮的光谱外,还应考虑生物结皮光谱的季节差异。

干旱半干旱区生物土壤结皮光合固碳研究进展

生物土壤结皮在干旱半干旱区广泛分布。由于结皮中的藻类、苔藓和地衣均能进行光合作用,因此其在全球碳循环过程中可能发挥重要作用。生物土壤结皮的形态适应特征,分析了水分和温度对其光合作用的调控,比较了不同类型生物土壤结皮的光合速率,最后对估算其碳固定量中存在的问题进行了讨论。

毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿群落土壤酶活性的影响

【目的】通过研究生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤酶活性的影响,探究半干旱区不同类型生物土壤结皮对土壤养分周转的作用,为认识生物土壤结皮对沙地植被恢复的影响提供理论参考。【方法】以宁夏盐池毛乌素沙地油蒿灌丛间的裸地、地衣结皮和苔藓结皮为研究对象,分析油蒿灌丛间裸地土壤(0~5 cm)、地衣结皮层和苔藓结皮层(0~1 cm)及其下层土壤(1~5 cm)的土壤理化性质和土壤酶活性的变化特征。【结果】(1)地衣结皮层和苔藓结皮层均显著改善油蒿灌木群落的土壤理化性质,且苔藓结皮层改善作用更为明显。地衣结皮层和苔藓结皮层相比油蒿灌丛间裸地,土壤有机碳含量(SOC)分别提高3.30倍和6.51倍,微生物量碳含量(MBC)分别显著提高2.79倍和6.58倍,微生物量氮含量(MBN)分别显著提高3.49倍和12.73倍,全氮含量(TN)分别提高2.67倍和4.46倍,全磷含量(TP)分别显著提高1.82倍和2.06倍。生物土壤结皮下层土壤与灌丛间裸地相比微生物量氮(MBN)、TN和TP之间无显著差异,MBC显著降低。(2)与油蒿灌丛间裸地相比,地衣结皮层和苔藓结皮层显著提高了土壤转化酶和脲酶活性,其中,地衣结皮层分别提高转化酶和脲酶活性3.58倍和2.80倍。苔藓结皮层显著提高转化酶活性4.23倍。碱性磷酸酶活性则无显著影响。另外,生物土壤结皮层下土壤3种酶活性均无显著提高。(3)土壤理化性质显著影响3种土壤酶活性。SOC、MBC、MBN、TN和TP与土壤转化酶活性呈显著正相关,pH与土壤转化酶活性显著负相关。SOC、MBN和TP与土壤脲酶活性显著正相关。pH与土壤碱性磷酸酶活性显著负相关。【结论】地衣结皮和苔藓结皮均能加速油蒿灌丛土壤碳素周转;氮素周转则主要由地衣结皮调控。另外,仅结皮层能提高油蒿群落养分周转。研究结果表明,生物土壤结皮可以加速油蒿群落间土壤养分的周转和提高土壤质量,促进该区域植被和荒漠生态系统的恢复。

荒漠化地区地衣结皮厚度分布特征研究

生物结皮是干旱、半干旱荒漠化地区生态环境变化的急先锋,能够很好地反映当地的生态环境改善情况。本研究于2010、2011年在宁夏盐池县沙泉湾国家生态定位站和内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县境内的中国林业科学研究院沙漠林业实验中心第一实验场设置试验地,通过野外调查,测量不同植被覆盖条件下的地衣结皮厚度分布特征,以期找出生物结皮厚度变化规律,为当地防护林建设提供数据支持。研究结果表明:在宁夏盐池县沙泉湾,不同植被覆盖下地衣结皮厚度大小表现为花棒>羊柴>油蒿,而在内蒙古磴口县,不同植被覆盖下地衣结皮厚度大小表现为柽柳>油蒿;比较两个地区油蒿覆盖下地衣结皮厚度大小表现为盐池沙泉湾>磴口沙林中心;以油蒿植被为例,离植株根部越近,地衣结皮厚度越大。

2种地衣共生蓝藻的分离鉴定及其形成藻结皮条件的研究

以2种地衣——地卷(Peltigera rufescens)和平盘软地卷(Peltigera elisabethae)为研究材料,分离培养地衣共生藻,通过形态特征的观察结合rDNA-ITS序列分析确定其分类地位,并对地衣共生藻在试验室模拟条件下形成人工藻结皮的优化条件进行分析,为地衣共生藻资源的开发和生产实际利用提供依据。结果表明:(1)从平盘软地卷和地卷分离的藻株I1b和L2均属于蓝藻,基于ITS序列构建的系统树分析结果显示,I1b与具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)的支持率高达100%,属于具鞘微鞘藻;L2与念珠藻(Nostoc sp.)的支持率为93%,属于念珠藻属。(2)试验室模拟荒漠极端环境中形成人工结皮的优化条件为:沙土含水量10%、接种3∶1混合藻(具鞘微鞘藻:念珠藻)、藻接种量10μg/cm2。

植被覆盖对科尔沁沙地土壤生物结皮及其下层土壤理化特性的影响

为了解不同植被覆盖对沙地土壤生物结皮及其下层土壤的影响,于2006年调查了科尔沁沙地冷蒿、小红柳、杨树和樟子松等植被封育区土壤生物结皮及结皮下0～5cm土壤的理化特性.结果表明:经过15年的封育保护和植被建设,科尔沁沙地天然植被和人工植被下流动沙地大部分被生物结皮所覆盖,其结皮覆盖度可达60%～80%,厚度1～2cm;在调查的几种植被中,小红柳植被区的土壤结皮厚度、硬度、粘粉粒、有机质和养分含量最高,其次是樟子松林地,杨树林地和冷蒿植被区相对较差;几种植被区的苔藓结皮的结皮厚度、硬度、粘粉粒、有机质和养分含量均优于地衣结皮;与流动沙地相比,结皮下0～5cm土壤的理化特性有明显改善,改善程度苔藓结皮强于地衣结皮,小红柳和樟子松植被区强于杨树林地和冷蒿群丛;土壤结皮及结皮下表土理化特性的变化既受植被覆盖类型的影响,也受制于土壤结皮的发育.由于枝叶繁茂的中、高植被有利于降风滞尘和产生较多的凋落物,因而更能促进沙地结皮发育和土壤改良,而苔藓结皮较地衣结皮更有利于其下层土壤理化特性的改善.

荒漠地衣结皮研究进展

微型生物结皮在干旱、半干旱荒漠地区广泛分布,对维持荒漠生态系统的稳定性具有重要作用。地衣结皮是微型生物结皮的重要组成部分及主要类型之一,在固沙、固碳和固氮能力方面独具优势。本文从区域尺度和局部尺度综述了国内外荒漠地衣分布、群落组成及其影响因素,从微尺度探讨了荒漠地衣在形成过程中可能相关的生物因子的作用与功能。虽已有研究发现气候类型、降水量、土壤理化性质、微地形和温度会对荒漠地衣生长型、种类、丰度及盖度产生影响,来自地衣体、地衣结皮和地衣结皮土壤中的生物因素与维持地衣正常生命活动及分布之间存在相关关系,但上述结论尚具有一定的局限性,主要表现在区域尺度仍缺乏专门对荒漠地衣的研究,微尺度缺乏对地衣相关生物功能的实验性探索及验证。上述局限在一定程度上限制了通过人工手段大规模应用荒漠地衣结皮的研究。本文基于国内外研究进展及存在问题,对荒漠地衣结皮应用进行了展望,以期为人工构建荒漠地衣结皮和干旱、半干旱荒漠治理及生态恢复提供新的思路和参考。

荒漠地衣对沙坡头人工植被固沙区的生态影响

腾格里沙漠东南缘沙坡头地区所形成的微型生物结皮(microbiotic crust)占优势的生态格局是荒漠地区天然植被中特有的生态景观之一。荒漠地衣作为微型生物结皮中重要的组成部分,在影响生态变化方面扮演着不可或缺的角色。本研究调查了不同建立年代的人工植被固沙区中的维管植物和微型生物结皮中地衣的物种组成和盖度,测定了结皮土壤的主要养分含量。结果显示:微型生物结皮中地衣以胶衣Collema和石果衣Endocarpon两属为优势类群;随人工植被建立时间的延长,维管植物和微型生物结皮盖度、结皮厚度与土壤养分含量呈增高趋势,并基本呈显著的正相关关系。维管植物、微型生物结皮、地衣和土壤养分基本一致的变化规律表明,微型生物结皮对固沙区中浅根系植被发育和土壤恢复具有正效应,为人工高效治沙及全面实施"沙漠生物地毯工程"提供了必要的理论基础。