黄土丘陵区不同土地利用类型下生物土壤结皮的入渗效应

为揭示黄土丘陵区BSCs(生物土壤结皮)的入渗特征,以甘肃省定西市安家沟小流域为例,选择荒草地、沙棘灌丛和油松林3种典型土地利用类型进行采样,采用环刀模拟法研究不同土地利用类型下苔藓结皮和地衣结皮对水分入渗的影响. 结果表明:①不同土地利用类型下的2种BSCs均明显减少初渗速率和达到稳渗所需时间,初渗速率降幅最小值、最大值分别出现在油松林、荒草地下地衣结皮;荒草地、沙棘灌丛苔藓结皮稳渗速率相对裸土分别增加2.4%、10.0%,而二者地衣结皮明显降低稳渗速率,降幅分别为45.2%和55.0%,油松林下苔藓结皮和地衣结皮稳渗速率均增幅为18.2%. ②苔藓结皮在3种土地利用类型下均促进土壤水分入渗,其入渗量调控率在荒草地、沙棘灌丛和油松林下分别是1.0%、10.0%和0.7%;而地衣结皮在荒草地和沙棘灌丛下明显阻碍水分入渗,其入渗量调控率的绝对值分别为43.9%和50.0%,在油松林下的入渗量调控率则为16.5%. ③Horton模型对生物土壤结皮入渗过程拟合效果最好,较适于描述本区具有生物结皮覆盖的土壤入渗特征.      

锰促进稻田生物结皮固定灌溉水中镉

为了解在不同浓度的锰盐作用下生物土壤结皮对稻田灌溉水中镉的固定作用及机制,将不同浓度的硫酸锰、镉溶液与稻田生物土壤结皮混合,并在实验室内培养15 d.通过分析生物土壤结皮中不同形态的锰、镉的量,探究不同浓度锰盐对土壤结皮中镉的固定及分布的影响.结果表明:锰盐能有效地促进生物土壤结皮固定镉,随着锰盐浓度的增加,生物土壤结皮对镉的去除效率增加.在20.00 mg·L~(-1)硫酸锰条件下,生物土壤结皮对水中镉离子去除率达到98.20%,镉主要以非乙二胺四乙酸可提取的矿物形态存在.通过扫描电子显微镜-电子散射能谱及X射线光电子能谱分析,锰被锰氧化菌氧化成类似水钠锰矿的多孔海绵状物质,镉富集固定在晶格中.本研究对利用生物土壤结皮净化镉污染灌溉水提供了新的思路.     

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.     

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.     

汞胁迫对齿肋赤藓生物结皮细胞超微结构的影响

细胞器结构是生物细胞功能的基础,而重金属会对细胞器结构产生毒害效应,进而破坏生物的组织器官完整性及生理代谢功能,汞对生物结皮细胞器超微结构的影响尚未见报道。为探究汞胁迫对齿肋赤藓生物结皮叶肉细胞超微结构的影响,将叶肉细胞暴露于不同浓度的汞溶液中(0、10、20、30、40、50和60 mmol·L~(-1)),连续培养7 d,采用透射电镜技术观察叶肉细胞的变化。与对照组相比,汞浓度在20～60 mmol·L~(-1)时,齿肋赤藓生物结皮的细胞器超微结构随汞浓度增加逐渐发生变化,细胞壁逐渐模糊,出现质壁分离现象,液泡出现一定的空泡化,叶绿体膜破损,类囊体、基粒及基质片层消失,细胞核解体及核仁消失。综上所述,齿肋赤藓生物结皮在低汞浓度时可维持有机体免受毒害,表明齿肋赤藓生物结皮有一定的重金属胁迫耐性,但超过阈值(20 mmol·L~(-1))时,出现汞胁迫伤害,且随汞浓度增加,胁迫毒害效应加剧。本研究结果可为干旱区非维管植物(齿肋赤藓)适应重金属胁迫环境理论及抗性物种培养提供参考。     

人工BSCs对稀土尾砂理化性质及抗蚀性的影响

以赣州市定南县岭北镇一座离子型稀土矿尾砂为研究对象,通过采集现场生物土壤结皮与尾砂,采用碎皮接种法在尾砂上培育人工生物土壤结皮(BSCs),以不接种BSCs的尾砂作为对照组,对比分析人工BSCs对离子型稀土矿尾砂的改良作用.在结皮发育300d后,分析了结皮下层尾砂的pH值,容重,有机质含量,全量和速效养分含量,机械组成等基本理化性质,以及土壤侵蚀,土壤径流,保水性能等水文性质.结果表明,碎皮接种法可在短期内快速培育出人工BSCs,且人工BSCs的发育对离子型稀土矿尾砂的理化和水文性质都具有积极影响,与对照相比pH值从5.88提高至6.28,提高了6.8%,土壤酸性减弱;容重降低了11.6%,有机质,全氮,速效氮,全磷,速效磷,全钾,速效钾分别提高了294%,21.6%,81.8%,100%,260%,8.9%和52.4%;粉粒和粘粒的组成有少量提高,土壤被粘化;土壤抗侵蚀能力和保水性能均有显著提高.研究表明适宜的人工生物土壤结皮技术是稀土矿山生态修复的有效选择之一.