库布齐沙漠蓝藻结皮早期发育过程净光合速率变化特征及其影响因素

将具鞘微鞘藻和爪哇伪枝藻进行原种培养和大量培养,野外接种蓝藻培养物于沙漠地表形成蓝藻结皮,每天测定蓝藻结皮生物量(用叶绿素a表示)以及结皮净光合速率的变化,并每隔2 h测定结皮净光合速率的日进程变化.结果表明,早期发育过程中蓝藻结皮生物量与结皮净光合速率均呈现同步波动性变化,且二者之间呈极显著性相关(r=0.92,P<0.0001),降雨有利于结皮生物量和净光合速率的显著提高.蓝藻结皮净光合速率的日变化进程为双峰型,最大净光合速率为3.78 mg.mg-1.h-1,最小净光合速率为-4.16 mg.mg-1.h-1.相关分析表明,对蓝藻结皮净光合速率日变化影响最大的生态因子是光合有效辐射,其次是结皮表面温度.

人工蓝藻结皮对沙区表层土壤酶活性及其恢复速率的影响

土壤酶是土壤养分循环的重要参与者,也是反映土壤功能的重要指标之一。人工生物土壤结皮(Biological Soil Crusts, BSCs)是近年来新型的固沙技术之一,能够显著促进荒漠生态系统功能的恢复。然而,目前关于人工BSCs如何影响沙区土壤酶活性及恢复速率的研究仍鲜见报道。通过对腾格里沙漠东南缘人工培育以及自然发育的蓝藻结皮和流沙表层(0—2 cm)土壤酶活性(蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、过氧化氢酶)以及BSCs的基本特征(叶绿素a和胞外多糖)进行测定,探讨了人工蓝藻结皮表层土壤酶活性的变化与恢复速率以及土壤酶活性与人工蓝藻结皮基本特征的关系。结果表明:人工蓝藻结皮表层土壤蔗糖酶(13.03—20.51 mg d^(-1)g^(-1))、纤维素酶(45.60—47.20 mg d^(-1)g^(-1))、过氧化氢酶(12.43—23.31μmol d^(-1)g^(-1))和淀粉酶活性(91.04—153.93 mg d^(-1)g^(-1)),显著高于流沙表层4种土壤酶活性(1.52 mg d^(-1)g^(-1)、43.05 mg d^(-1)g^(-1)、7.08μmol d^(-1)g^(-1)和64.77 mg d^(-1)g^(-1);P<0.05);相比自然发育的蓝藻结皮(17.60 mg d^(-1)g^(-1)、46.70 mg d^(-1)g^(-1)、23.87μmol d^(-1)g^(-1)和246.22 mg d^(-1)g^(-1)),人工蓝藻结皮加快了土壤酶的恢复,土壤蔗糖酶与纤维素酶活性恢复最快(100.0%),土壤过氧化氢酶次之(61.7%),土壤淀粉酶恢复速率最慢(24.9%)。回归分析结果显示,人工蓝藻结皮的基本特征与4种土壤酶活性呈显著正相关(P<0.05)。以上结果表明人工蓝藻结皮的形成与发育显著促进了表层土壤酶活性的增加,加快了土壤酶活性的恢复速率,为评估人工蓝藻结皮在荒漠生态系统恢复中的作用提供了重要依据。

实验室条件下蓝藻结皮对低温光照胁迫的响应与微结构变化

低温光照是荒漠化地区蓝藻结皮经常面临的环境条件之一.报道了实验室条件下低温光照处理对蓝藻结皮形态、生理特性和超微结构的影响.本研究中,首先通过接种具鞘微鞘藻和爪哇伪枝藻形成人工蓝藻结皮,接着以人工蓝藻结皮为材料进行低温光照处理:28℃+60μE.(m2.s)-1(对照)、10℃+60μE.(m2.s)-1、2℃+60μE.(m2.s)-1和2℃+黑暗.在不同低温光照处理的第0、5和12 d分别测定蓝藻结皮光合活性(Fv/Fm)、叶绿素a、胞外多糖、伪枝藻素、类胡萝卜素和藻蓝蛋白的含量及藻蓝蛋白/叶绿素比值,同时采用扫描电镜观察低温光照处理下蓝藻结皮的微结构变化.此外,对结皮的表观形态特征如结皮颜色、厚度和干重等进行了测定.与对照结皮相比,低温光照下结皮的表观形态受到不利影响,所测定的结皮各项生理指标均呈现显著下降(P<0.05).在2℃+60μE.(m2.s)-1处理12 d时,结皮生物量、光合活性、胞外多糖含量、伪枝藻素含量、类胡萝卜素含量和藻蓝蛋白含量分别比同期对照结皮下降了61.48%、94.89%、66.37%、31.01%、59.38%和65.91%.电镜观察表明,低温光照导致蓝藻结皮的超微结构受到明显破坏,表现为结皮层出现大量蜂窝状空隙,藻丝体数量减少,呈网格状分布,对沙粒的束缚能力减弱等.研究表明低温光照对蓝藻结皮的形态和生理活性具有明显的抑制效应,而低温黑暗能较好地促进蓝藻结皮生理活性和结皮表观形态的恢复.本研究初步探索了蓝藻结皮对低温光照胁迫的耐受性,同时对于了解蓝藻结皮在野外极端环境条件下的生存状况具有一定的理论意义.

温室条件下UV-B辐射对蓝藻结皮生长和超微结构的影响

UV-B辐射是野外蓝藻结皮经常面临的一种环境胁迫因子.报道了温室条件下UV-B辐射对蓝藻结皮形态、生理和超微结构特征的影响.在本研究中,首先通过接种具鞘微鞘藻和爪哇伪枝藻形成初始蓝藻结皮,接着以初始蓝藻结皮为材料进行3种辐射处理:光合有效辐射、UV-B辐射+光合有效辐射和N-乙酰半胱氨酸+UV-B辐射+光合有效辐射.在各种辐射处理的第0、1、3、6、9和20天分别测定蓝藻结皮的光合活性(Fv/Fm)、叶绿素a、伪枝藻素和胞外多糖含量.同时采用扫描电镜观察辐射处理下结皮的超微结构特征.此外,对结皮的表观形态如结皮颜色、厚度、干重等进行了测定.结果表明UV-B辐射对蓝藻结皮具有持续而明显的负面效应.与对照结皮相比,UV-B辐射下结皮的表观形态受到不利影响,结皮Fv/Fm被完全抑制,单位重量的叶绿素a含量和胞外多糖含量显著降低,而伪枝藻素含量并未受到UV-B辐射抑制,其含量则出现大量增加.电镜观察表明,UV-B辐射导致蓝藻结皮的超微结构遭到明显破坏,表现为藻丝体数量减少,缢缩成条索状,对沙粒的缠绕减弱等.研究还表明,N-乙酰半胱氨酸能够较好地保护UV-B辐射下结皮的光合活性,增加结皮的叶绿素a含量和胞外多糖含量,并有利于结皮表观形态的恢复.本研究探索了蓝藻结皮对UV-B辐射的响应,对于进一步理解蓝藻结皮对UV-B辐射的耐受限度以及应用蓝藻结皮进行荒漠化治理具有重要的理论与实际意义.

人工培育生物结皮形成和发育对单次降雨量变化的响应

人工生物土壤结皮(BSCs)是目前沙化土地治理的新方法和新模式,播撒天然BSCs碎片是培养人工BSCs的有效方法之一。降雨显著影响人工BSCs的拓殖和发育,已有的研究多集中于探讨降雨总量和频次对单一类别的人工BSCs的影响。而单次降雨量如何影响不同类别的人工BSCs生长发育,仍鲜见报道。以腾格里沙漠东南缘的天然藓类(N-M)、天然蓝藻-地衣(N-CL)、天然蓝藻(N-C)和人工蓝藻(A-C)结皮碎片作为培养人工BSCs的材料,探讨了1 mm、2 mm和5 mm的单次降雨量与不同类别BSCs碎片对人工BSCs的影响。结果表明,在3种单次降雨量处理下使用3种天然BSCs碎片和A-C结皮碎片均可成功培养人工BSCs,2 mm单次降雨量处理下人工BSCs的发育效果最好,而N-C和A-C较其他类别在培养早期具有较高的盖度(32.5%)和叶绿素a含量(11.39μg/cm2)。回归分析发现,人工BSCs的盖度与单次降雨量呈二项式相关;N-M和N-CL的厚度与单次降雨量呈二项式相关,N-C和A-C与单次降雨量呈对数相关;N-C的叶绿素a含量和单次降雨量呈线性正相关;N-M的松散结合胞外多糖含量和单次降雨量呈线性负相关;N-M和A-C的紧密结合胞外多糖含量和单次降雨量分别呈线性负相关和指数相关(P<0.05)。研究证明了单次降雨量和BSCs类别显著影响人工BSCs的拓殖和发育。同时发现A-C较N-C发育更稳定。因此,建议在使用人工BSCs进行大规模生态恢复时,应选择适宜的BSCs类别并优先选择人工BSCs碎片作为培养材料。

土壤基质中细物质含量对人工蓝藻结皮形成的影响

利用人工蓝藻结皮进行生态修复是防治沙漠化的有效方法之一,土壤细物质是限制人工蓝藻结皮拓殖和发育的重要因子之一。流沙中细物质含量较低,为了促进人工蓝藻结皮在流沙中的发育,本研究设置细物质和流沙体积比为0∶1、1∶1、2∶1、4∶1和1∶0共5个处理,比较了不同细物质含量人工蓝藻结皮的生长状况。结果表明:随着细物质含量的增加,人工蓝藻结皮的盖度逐渐增大,叶绿素a含量和胞外多糖含量先增大后略有下降。土壤细物质和流沙体积比为4∶1处理下人工蓝藻结皮发育最好,该处理下培养60 d后,人工蓝藻结皮的盖度为70%,叶绿素a含量为17.5μg·cm^(-2),松散结合胞外多糖含量为70.0μg·cm^(-2),紧密结合胞外多糖含量为175.0μg·cm^(-2),糖被胞外多糖含量为200.0μg·cm^(-2)。在细物质含量较低的条件下增加蓝藻添加量可以促进人工蓝藻结皮的形成和发育(每个培养皿添加0.5 g蓝藻为最优处理)。本研究为人工蓝藻结皮接种体规模化培养提供了新思路。

中国人工蓝藻结皮研究进展

沙漠化是中国面临的主要生态环境问题之一。持续遏制沙漠化、修复沙化土地是中国生态建设的紧迫任务。通过人工植被种植、机械固沙、化学固沙和工程固沙的方式进行生态恢复和沙漠化防治是中国主要的治沙方法和途径,但也存在一定的局限性,如水分限制和环境污染等。在生态文明建设和绿色发展的背景下,对固沙和沙化土地治理方法提出了更高的要求。生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)广泛分布在中国沙区,能够在气候干旱、辐射强、降水量极低的沙漠地区生长,不仅能够减少沙面的侵蚀,还能增加土壤肥力,提高土地质量,控制沙面径流入渗平衡。蓝藻是BSCs形成的先锋物种,并在BSCs发育后期的物种形成和演替中发挥着重要作用。然而,自然条件下BSCs形成往往需要10~20 a,因此通过人工培育加速BSCs形成,即人工生物土壤结皮固沙技术,可显著缩短固沙时间、加速生态恢复速率。基于近年来中国学者对人工BSCs,尤其是人工蓝藻结皮的研究,从固沙蓝藻种选择、培养方式/模式、人工蓝藻结皮属性、影响因子以及其应用进行综述,分析当前研究的主要进展,并展望未来人工蓝藻结皮的研究方向,以期为中国人工BSCs的研究提供依据。

半干旱黄土区蓝藻液体培养条件研究

以半干旱黄土区藻类结皮中的蓝藻为研究对象,对其室内液体培养所需营养、光照及温度条件进行研究,揭示不同条件下蓝藻生长的规律。结果表明:N、P浓度不同藻种生长情况不同,N10、P1浓度下藻种生物量最大;不同光照时间对比研究发现,光照12h藻种生长稳定,而且生物量高峰值最大,长时间光照16h繁殖快衰亡也快,生长不稳定;温度也是影响藻种生长的重要条件,15℃、室温和20℃时,藻种生长均比较稳定,但15℃藻种生物量一直比较低,35℃条件下,藻种生长不稳定。

“黑科技”丰富中国治沙工具箱

刷状网绳式草方格的生产效率比过去人工扎设草方格提高了60%以上,能够有效降低防沙治沙的工程成本;其耐用性也比人工扎设的高,使用寿命由3年延长至6年,且可以重复使用“以前,熟练的林业工人三四分钟才能挖出一个树坑,现在用‘电动植苗器’,不到10秒钟可以栽下一棵树。”固沙效果神奇的生物土壤结皮在自然条件下形成需要10~20年时间,如今,人工生物土壤结皮技术已被“解锁”,两三年时间便可形成稳定的蓝藻结皮层。

生物型凹凸棒基高分子固沙材料的复配效果

由于具有提高沙土的稳定性和保水性等特征,复合高吸水性固沙材料在荒漠化土地治理方面具有一定的潜力和应用前景。研究了蓝藻结皮在不同比例凹凸棒基高分子固沙材料中的生长状态和生理特性。结果表明:蓝藻结皮与经4mol·L^(-1)硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料以1∶3质量比配比生长情况最佳;比较了复配材料喷洒量为400、500g·m^(-2)处理下蓝藻叶绿素a、丙二醛、可溶性蛋白及可溶性糖含量等生理指标,喷洒量为500g·m^(-2)的蓝藻结皮与经4mol·L^(-1)硫酸改性后的凹凸棒基高分子固沙材料生理特性较好。