生物结皮的发育演替与微生物生物量变化

生物结皮在荒漠地区的生态恢复中具有重要的生态学意义,且不同发育演替阶段的结皮具有不同的生态功能.通过野外调查、显微观察结合微生物定量分析对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区生物结皮的发育演替进行了研究.结果表明该地区的生物结皮一般按照"藻结皮→地衣结皮→藓结皮"的模式发育演替.随着结皮的发育演替,光合生物生物量逐渐增加,微藻生物量却呈现先增加后减少的趋势.其中,具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)作为结皮藻类中的第一优势种,在藻结皮中生物量最大,达到0.33 mm3·g-1,而爪哇伪枝藻(Scytonema javanicum)和(一种)念珠藻(Nostoc sp.)在晚期的地衣结皮中生物量达到最大.另外,研究发现异养微生物生物量在藻结皮中开始增加,但在地衣结皮中呈下降的趋势,最后在藓结皮中异养微生物生物量再次增加并达到最大.其中细菌数量的增加与结皮有机碳、Na+含量的增加显著相关(P<0.05),真菌数量的增加与K+、Na+含量的增加显著相关(P<0.05).本研究观察了沙坡头地区生物结皮发育演替的模式,并从环境适应与功能需求的角度探讨了生物结皮发育演替过程中微生物生物量的变化特征,对于理解结皮的发育演替以及荒漠化地区生态恢复过程中结皮的维护管理具有重要的理论与实践意义.     

黄土丘陵区生物结皮对土壤物理属性的影响

生物结皮在干旱、半干旱地区广泛发育。迄今,有关生物结皮发育过程中土壤物理属性的响应仍不明确。论文采用野外调查与室内分析相结合的方法,定量研究不同生物量生物结皮对土壤物理属性的影响。结果表明:①生物结皮的发育能够细化土壤,当生物结皮由初期藻结皮演替至60%~80%苔藓结皮时(5等级),生物结皮层粗砂粒含量降低了86%;②随着生物结皮生物量的增加,生物结皮层土壤容重和硬度较初期分别降低了15%和68%,田间持水量和孔隙度分别增加了36%和14%;生物结皮层粘结力是下层土壤的6~7倍;③生物结皮的发育对土壤物理属性的影响与生物量有关,当苔藓生物量达2.91±0.12 g/dm²时,其土壤物理属性基本稳定。研究结果为揭示生物结皮抗侵蚀机理提供了科学参考。     

科尔沁沙地沙丘恢复过程中典型灌丛下结皮发育特征及表层土壤特性

通过野外取样和室内分析相结合,对科尔沁沙地不同沙丘典型灌丛下结皮发育及结皮下表层土壤特性进行了初步研究.结果表明,半流动沙丘的差巴嘎蒿、半固定沙丘的小叶锦鸡儿、固定沙丘的冷蒿以及固定沙丘丘底的小红柳灌丛下分别发育了物理结皮、藻、地衣及苔藓结皮,结皮的厚度、硬度、水分、＜0.05 mm粘粉粒含量、有机质、全N、全P、速效N和速效P等指标在沙丘生境中为半流动沙丘＜半固定沙丘＜固定沙丘＜固定沙丘丘底,在结皮类型中为物理结皮＜藻结皮＜地衣结皮＜苔藓结皮,各结皮间养分含量和粒径分布差异极显著(P＜0.01).结皮下层土壤的养分及细颗粒含量随结皮发育进展呈增长趋势.同一沙丘结皮下0～5 cm范围内土壤容重、粘粉粒、养分含量由表及里呈递减趋势,且均高于同层流动风沙土.在4种灌丛的7类结皮中,固定沙丘丘底的小红柳灌丛下发育的苔藓结皮及其表土的养分、细颗粒含量明显高于其它沙丘灌丛下的结皮.     

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.     

陕北水蚀风蚀交错区生物结皮的形成过程与发育特征

生物结皮的形成发育具有明显的时空分异性,荒漠地区的诸多研究结果不能直接推演至黄土高原地区。研究黄土高原生物结皮的形成过程与发育特征,是对全球生物结皮认知的重要补充,也是揭示其生态功能的基础。论文选择陕北黄土高原水蚀风蚀交错区的典型小流域,通过定位动态观察和全面调查测算,探讨生物结皮的发育过程。结果表明：①流域内生物结皮经历了由退耕裸地—物理结皮—生物结皮的发育阶段。退耕撂荒的第1 年,物理结皮便迅速形成;第2 年,土表颜色明显变深,藓结皮开始发育。流域内藓结皮占绝对优势,发育稳定后（15 a）覆盖度可达90%。②不同发育年限生物结皮的物种组成及种数差异很大。发育初期（<6 a）发现苔藓植物2 科4 属5 种,其中芦荟藓（Aloina rigida (Hedw.) Limpr.）和短喙芦荟藓（A. brevirostris (Hook. & Grev.) Kindb.）为先锋优势种。发育稳定的生物结皮（15 a）鉴定出苔藓植物2 科8 属13 种。其中,丛藓科占6 属8 种,以对齿藓属（Didymodon）的尖叶对齿藓（D. constrictus (Mitt.) Saito）、黑对齿藓（D. nigrescens (Mitt.) Saito）、硬叶对齿藓尖叶变种（D. rigidulus Headw. var. ditrichoides (Hedw.) Zand.）所占种数最多。不同阶段的藓结皮均有藻类伴生,发育初期（<6 a）的藓结皮中鉴定出藻类植物26 科35 属50 种。③水热同期的雨季是生物结皮形成的关键时期。发育2 a 的生物结皮厚度达到6.3 mm,超过稳定结皮厚度（9.8~11.8 mm）的50%,抗剪强度约30 kPa。发育初期（<6 a）,容重无明显变化（1.40~1.43 g·cm^-3）,发育稳定（15 a）后容重下降到1.0~1.3 g·cm^-3。该区生物结皮的形成过程同荒漠区类似,但表现出发育速度快、稳定周期短的特点;藻类、苔藓组成及其优势种[坑形细鞘丝藻（Leptolyngbya foveolara）、尖叶对齿藓]与荒漠区明显不同。     

藻类结皮改良尾矿基质的实验研究

藻类结皮的形成和发育对尾矿库生态系统重建过程有重要影响。以歪头山铁尾矿库尾矿砂为实验对象,研究衣藻、念珠藻和具鞘微鞘藻结皮发育对不同尾矿土基质表层结皮的盖度和厚度、土壤的理化性质的影响。研究表明:藻类在尾矿基质表面可以形成明显的结皮,但纯尾矿基质中藻类结皮较差,经改良后的尾矿砂基质中藻类快速生长并结皮;在相同尾矿基质条件下,结皮盖度、厚度表现为念珠藻衣藻具鞘微鞘藻;藻类结皮对土壤pH的影响较小;藻类结皮降低尾矿基质中的全氮含量,增加磷和钾含量。总体上,藻类结皮改善了尾矿基质的土壤结构,能在一定程度上固定流沙、防止扬尘、提高土壤抗侵蚀能力。     

围栏封育对巴音布鲁克草原土壤理化性质的影响

为明确长期围栏封育对新疆亚高山草原土壤理化性质的影响,本研究以巴音布鲁克草原围封26年的高寒草甸、高寒草甸草原和高寒草原为研究对象,对三种类型草地围栏内外土壤理化性质进行对比分析,结果表明:(1)高寒草甸和高寒草原围栏内表层土壤饱和含水量、田间持水量和土壤含水量均高于围栏外样地,而土壤容重均低于围栏外,其中高寒草甸围栏内外的田间持水量、土壤含水量和土壤容重的差异达到显著水平;(2)高寒草甸围栏内表层土壤有机质含量显著高于围栏外,全氮则显著低于围栏外;三种类型草地围栏内表层土壤全磷含量均低于围栏外;(3)相关性分析表明,土壤含水量高的草地,其饱和含水量和田间持水量也较高,土壤容重较小;土壤容重高的草地其有机质含量较低;速效钾含量高的草地,其全磷含量也较高。围栏封育有利于草地土壤理化性质的恢复,但长时间围封会降低土壤磷素含量,需要通过施肥等管理措施补充以促进草地生态系统保持良性状态,本研究对草地土壤质量调控和退化草地恢复研究具有参考意义。     

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...     

陕北水蚀风蚀交错区小流域苔藓结皮的空间特征及其影响因子

生物结皮是旱区普遍存在的活性地被物,在生态系统中发挥重要的生态功能,研究其发育特征与形成机理是有效管理和利用该资源的基础。退耕还林（草）工程实施以来,黄土高原地区生物结皮大面积发育,但相比荒漠地区,相关的研究工作还较薄弱。生物结皮的发育具有过程的复杂性和空间的分异性,诸多荒漠地区的研究结果不能直接外推至黄土高原地区。鉴于此,论文选择黄土高原典型小流域,通过全面调查和测算分析,应用GIS 软件,探讨了生物结皮的空间特征及其影响因子。结果表明：①流域内藓类共有2 科8 属13 种,狭网真藓、真藓、尖叶对齿藓分布最广;②苔藓结皮占绝对优势,面积为4.18 km²,占流域面积的60.7%,主要分布在干扰少、侵蚀弱、水分好的梁峁坡或梁峁顶上;③土壤、植被、坡向均对苔藓结皮的发育有显著影响。同黄土地相比,沙地苔藓结皮的覆盖度高、呈连片分布。乔、灌植被下的生物结皮发育优于草本群落,植被盖度对苔藓结皮产生先促进后抑制的作用（拐点约在覆盖度30%处）。总体上,阴坡生物结皮的覆盖度、厚度均高于阳坡。     

旅游和环境污染对广州城市公园森林植物和土壤的影响

研究了旅游和环境污染对广州城市公园森林群落土壤理化性质、植物种类多样性、群落结构和演替以及环境质量的影响.结果表明,由于旅游干扰,城市公园森林土壤的容重增加,而表土的物理性黏粒（＜0.01mm）、有机质和总氮含量降低.植物种类数目及多样性也随旅游强度的增加而降低.由于人为干扰,群落的结构变得简单,群落演替缓慢或停止.此外,环境污染也影响着城市公园植被,公园内植物叶中的硫和重金属含量明显高于远离污染源的中山大学校园树叶中的硫和重金属含量．     

不同类型生物结皮对坡面产流特征的影响

生物结皮是黄土高原地区坡面水土流失不可忽略的影响因素,目前生物结皮对坡面产流特征的影响仍不明确.在陕北神木县六道沟小流域通过径流小区放水试验,以裸地为对照,研究了浅色藻结皮、深色藻结皮、混合结皮(藻+藓)以及藓结皮4 种类型生物结皮对坡面产流特征的影响.结果表明:① 浅色藻结皮、深色藻结皮和混合结皮较裸地显著降低了初始产流时间,三者的初始产流时间较裸地分别减少89.0%、96.2%和96.0%;而藓结皮则较裸地显著增加了初始产流时间.② 浅色藻结皮和混合结皮较裸地显著延长了退水持续时间,其退水持续时间分别是裸地小区的2.28和2.13倍;而深色藻结皮的退水持续时间与裸地差异不显著.③ 深色藻结皮和藓结皮的径流流速较裸地分别降低了29.1%和67.3%;藓结皮的径流流速显著低于其他生物结皮小区;各生物结皮小区的径流深与裸地均无显著差异;浅色藻结皮的径流深显著高于深色藻结皮.④ 不同类型的生物结皮较裸地明显改变了坡面产流过程和径流量;浅色藻结皮小区的径流系数显著高于裸地,深色藻结皮和混合结皮小区的径流系数较裸地差异不显著;浅色藻结皮小区的径流系数是深色藻结皮小区的2.44 倍,差异显著;放水时段内,藓结皮小区没有径流流出.以上结果表明,生物结皮是坡面产流特征的重要影响因素,影响程度与生物结皮的发育阶段和生物组成有关.     

半干旱黄土丘陵区土壤结皮的地表水文效应

黄土高原广泛分布的土壤结皮对地表水文过程有重要影响.以定西黄土丘陵区安家沟小流域内的土壤结皮为研究对象,基于野外采样和水文模拟实验等技术,探讨不同土壤结皮类型对地表水文过程的影响.结果表明:①与裸地相比,有结皮覆盖的地表土壤容重较小,土壤持水能力显著增强,其增加幅度为裸地的1.4～1.9倍;②土壤结皮可有效拦截降雨,以苔藓结皮的拦截能力最强,其次为混生结皮和地衣结皮,无结皮覆盖的裸地抵御降雨冲击的能力最差;③模拟实验显示,土壤结皮能在一定程度上增加水分入渗速率及总入渗量.有结皮覆盖的平均地表入渗速率是裸地的近2倍,而其累计入渗总量也远远高于裸地.     

植被恢复对旱区表土颗粒中有机碳和氮分布的影响

采用物理分离的方法,获得植被恢复过程中不同土壤粒径的组分,并进行了各组分中有机碳和全氮含量的测定.结果表明,黏粉粒(<0.05mm)含量的增加和沙粒(0.25～0.1mm)含量的减少,共同导致表层土壤质地细粒化.土壤质地的细粒化伴随着有机碳和氮的固存效应,该效应在固沙20年以后效果显著(P<0.05).沙粒(>0.1mm)含量与有机碳和氮含量呈显著负相关(P<0.001),而极细沙(0.1～0.05mm)和黏粉粒(<0.05mm)含量与有机碳和氮含量均呈显著正相关(P<0.001).产生上述结果的原因是,表层土壤颗粒组成中各粒径结合的有机碳和氮含量均增加相关,其贡献程度为黏粉粒>极细沙>沙粒.植被恢复过程中,表层土壤中黏粉粒含量的增加对维持有机碳和氮固存起着主要的作用,土壤的物理稳定也因为土壤中有机质和黏粉粒含量的增加而增大.     

古尔班通古特沙漠1970-2000年代生物结皮覆盖变化研究

生物结皮是古尔班通古特沙漠主要的地表覆盖类型,也是维持其地表稳定的重要生物因子。论文利用20世纪70年代中期、80年代末期及21世纪初的遥感影像,通过生物结皮指数提取了古尔班通古特沙漠在相应时期内的生物结皮空间分布。在此基础上,分析了研究区近30年来生物结皮空间分布的变化特征;利用景观分析软件Fragstats计算了各个时期内结皮覆盖的景观指数熏并对其变化特征进行了分析。结果表明:由于新疆气候增湿、增暖明显,近30年来结皮发育良好。但由于油田开采、水利工程建设、牲畜放牧等人类活动的加强,结皮发育受到较为严重的干扰,区域内结皮斑块破碎化程度加大。     

基于光谱分析的生物结皮提取研究——以毛乌素沙地为例

利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7-9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×10⁴ km²,占研究区总面积的6.43%.     

土壤质地和湿度对SVE技术修复苯污染土壤的影响

土壤蒸汽抽提技术(soil vapor extraction,SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于包气带土壤中挥发性有机污染物的去除.本研究选取有机污染物苯为对象,通过一维土柱通风模拟,分析了土壤质地(壤砂土、粉壤土和黏土)和湿度(0%、10%和20%)对SVE技术修复苯污染土壤的影响.结果表明,由于受到粉壤土有机质和黏土的通透性影响,这两组实验的SVE修复效率(68.3%和43.4%)小于壤砂土实验组(98.5%);此外,20%和10%湿度条件下的壤砂土土柱模拟实验会出现拖尾现象,而且湿度越大,SVE的修复效率越低.