毛乌素沙地藓、藻结皮生态功能对比

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2020.00101

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 生物结皮, 土壤含水量, 土壤风蚀量, 土壤养分, 综合评价模型

Abstract:

Biological soil crust plays an important ecological function in desert ecosystems， but different types of biological soil crust have great differences in ecological functions due to their different compositions and proportions of organisms. This article is intended for the development of stable moss and algae crust in Mu Us Sandy Land， through field survey monitoring and indoor index determination， in-depth analysis of the influence scale of two types of biological crust on soil water content， wind erosion， nutrient content， and establishing a comprehensive evaluation model quantitatively contrasts the ecological function differences between the two. The results show that：（1） the soil water content of the two types of the biological soil crust increases first and then decreases fluctuating with the increase of soil depth. There is a significant（P<0.05） difference in soil water content between the two biological soil crusts， which indicates that the soil water content of moss crust is greater than that of algae crust in the depth range of 0-80 cm， and the opposite is true in the depth range between 90-100 cm；（2）compared with bare land， the soil wind erosion under the influence of moss crust and algae crust decreased by 156.0% and 136.6%， respectively， but there is no significant difference between them；（3） the soil nutrient content under the influence of the two types of crust is significantly different （P<0.05）， showing that the total nitrogen， total phosphorus， and organic matter content of the soil under the moss crust are 3.3 times， 3.5 times， and 2 times of the algal crust， respectively；（4）the comprehensive scoring order of ecological functions of different types of biological crust is： moss crust>algal crust>bare land （1.60>-0.64>-9.78）. This study confirmed the differences in the ecological functions of different types of biological soil crust in desert ecosystems， and their contribution to maintaining the circulation of soil， water and nutrients， highlighting the accurate classification of their types or compositions in exploring the importance of biological soil crust.

Key words: biological soil crusts, soil water content, soil wind erosion, soil nutrients, comprehensive evaluation model

中图分类号:

Q948.1

李亚红, 卜崇峰, 郭琦, 韦应欣. 毛乌素沙地藓、藻结皮生态功能对比[J]. 中国沙漠, 2021, 41(2): 138-144.

Yahong Li, Chongfeng Bu, Qi Guo, Yingxin Wei. Ecological functions comparison of moss crust and algae crust in the Mu Us Sand Land[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(2): 138-144.

图/表 6

表1 样地基本情况

Table 1 Plot description

结皮类型	盖度 /%	厚度 /mm	土壤容重 /(g·cm^-3)	土壤 pH值
藻结皮	14.17±6.4	7.67±3.4	1.41±0.0	8.30±0.3
藓结皮	38.83±7.8	11.00±1.4	1.42±0.0	8.01±0.2
裸地	—	—	1.60±0.0	8.26±0.3

图1 两类生物结皮土壤含水量

Fig.1 Soil water content of two types of biological soil crusts

图2 两类生物结皮影响下土壤风蚀量不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)

Fig.2 Soil wind erosion under the influence of two types of biological soil crusts

表2 监测期间风蚀、风积频率

Table 2 Wind erosion and wind accumulation frequency during monitoring

结皮类型	风蚀总量 /（t·hm^-2）	风蚀频率 /%	风积频率 /%
裸地	31.52	72.7	18.2
藻结皮	-11.54	18.2	81.8
藓结皮	-17.64	18.2	72.7

图3 两类结皮影响下土壤养分含量不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)

Fig.3 Soil nutrient content under the influence of two types of crusts

表3 两类生物结皮生态功能综合评价

Table 3 Comprehensive evaluation of ecological functions of two types of biological soil crusts

结皮类型	全氮/（g·kg^-1）	全磷/（g·kg^-1）	有机质/（g·kg^-1）	含水量/%	风蚀量/（t·hm^-2）	综合得分/Y	优化排序
藓结皮	0.06±0.01	0.03±0.00	1.18±0.18	8.84±0.35	-17.64±4.67	1.60	1
藻结皮	0.02±0.00	0.01±0.00	0.34±0.08	6.57±0.30	-11.54±4.23	-0.64	2
裸地	0.03±0.00	0.02±0.00	0.56±0.07	6.07±0.29	31.52±6.66	-9.78	3

参考文献 34

1	黄永诚.2000-2010年毛乌素沙地植被覆盖度和土地利用变化研究［D］.兰州：兰州交通大学，2014.
2	雷金银，吴发启，马璠，等.毛乌素沙地土壤风蚀的气候因子分析［J］.水土保持研究，2007（2）：104-105.
3	Rodríguez-Caballero E，Castro A J，Chamizo S，et al.Ecosystem services provided by biocrusts：from ecosystem functions to social values［J］.Journal of Arid Environments，2018，159：45-53.
4	包艳丽，刘左军.生物土壤结皮的研究进展［J］.安徽农业科学，2011，39（8）：4667-4668.
5	闫德仁，薛英英，赵春光.沙漠生物结皮国内研究现状［J］.内蒙古林业科技，2007（3）：28-32.
6	吴玉环，高谦，程国栋.生物土壤结皮的生态功能［J］.生态学杂志，2002（4）：41-45.
7	卜崇峰，杨建振，张兴昌.毛乌素沙地生物结皮层藓类植物培育试验研究［J］.中国沙漠， 2011，31（4）：937-941.
8	王雪芹，张元明，张伟民，等.生物结皮粗糙特征：以古尔班通古特沙漠为例［J］.生态学报，2011，31（14）：4153-4160.
9	Li B，Gao J，Wang X，et al.Effects of biological soil crusts on water infiltration and evaporation in Yanchi，Ningxia，Maowusu Desert，China［J］.International Journal of Sediment Research，2016，31（4）：311-323.
10	Li X R，Zhang P，Su Y G，et al.Carbon fixation by biological soil crusts following revegetation of sand dunes in arid desert regions of China：a four-year field study［J］.Catena，2016，31（4）：311-323.
11	West N E.Structure and function of microphytic soil crusts in wildland ecosystems of arid to semi-arid regions［J］.Advances in Ecological Research，1990，20：179-223.
12	Eldridge D J，Greene R.Microbiotic soil crusts：a review of their roles in soil and ecological processes in the rangelands of australia［J］.Australian Journal of Soil Research，1994，32（3）：389-415.
13	戴黎聪，柯浔，曹莹芳，等.关于生态功能与管理的生物土壤结皮研究［J］.草地学报，2018，26（1）：22-29.
14	赵思金.北方地区两种主要类型裸露坡面植被恢复及生态功能评价研究［D］.北京：北京林业大学，2008.
15	熊席珍.最优综合评价模型的原理［J］.系统工程理论与实践，1992（6）：74-77.
16	焦彩霞.榆阳区土地利用动态变化过程及驱动力研究［D］.西安：陕西师范大学，2003.
17	Li X R，Zhu M.Micro-geomorphology determines community structure of biological soil crusts at small scales［J］.Earth Surface Processes & Landforms，2010，35（8）：932-940.
18	李新荣. 荒漠生物土壤结皮生态与水文学研究［M］.北京：高等教育出版社，2012.
19	吴玉环，程国栋，高谦.苔藓植物的生态功能及在植被恢复与重建中的作用［J］.中国沙漠，2003，23（3）：9-14.
20	李新凯.毛乌素沙地生物结皮的空间分布及多种生态功能研究［D］.北京：中国科学院大学，2018.
21	严鸿和，陈玉祥，许昭明，等.专家评分机理与最优综合评价模型［J］.系统工程理论与实践，1989（2）：19-23.
22	熊好琴，段金跃，王妍，等.毛乌素沙地生物结皮对水分入渗和再分配的影响［J］.水土保持研究，2011，18（4）：82-87.
23	何凌仙子.青海共和盆地典型固沙植物根系特征及功能研究［D］.北京：中国林业科学研究院，2018.
24	杨永胜，邱永利，周小泉，等.毛乌素沙地人为干扰苔藓结皮的土壤水分和风蚀效应［J］.水土保持通报，2015，35（1）：20-24.
25	Belnap J.The potential roles of biological soil crusts in dryland hydrologic cycles［J］.Hydrological Processes，2010，20（15）：3159-3178.
26	Williams A J，Buck B J，Beyene M A.Biological soil crusts in the Mojave Desert，USA：micromorphology and pedogenesis［J］.Soil Science Society of America Journal，2012，76（5）：1685-1695.
27	王雪芹，张元明，张伟民，等.古尔班通古特沙漠生物结皮对地表风蚀作用影响的风洞实验［J］.冰川冻土，2004（5）：632-638.
28	张元明，王雪芹.荒漠地表生物土壤结皮形成与演替特征概述［J］.生态学报，2010，30（16）：4484-4492.
29	张鹏，李新荣，胡宜刚，等.湿润持续时间对生物土壤结皮固氮活性的影响［J］.生态学报，2011，31（20）：6116-6124.
30	何明珠，李新荣，张景光，等.土壤生物结皮蒸散特征研究［J］.中国沙漠，2006，26（2）：159-164.
31	张元明，王雪芹.荒漠地表生物土壤结皮形成与演替特征概述［J］.生态学报，2010，30（16）：4484-4492.
32	王雪芹，张元明，张伟民，等.生物结皮粗糙特征：以古尔班通古特沙漠为例［J］.生态学报，2011，31（14）：4153-4160.
33	张丙昌，张元明，赵建成.古尔班通古特沙漠生物结皮藻类的组成和生态分布研究［J］.西北植物学报，2005（10）：2048-2055.
34	谢作明，陈兰洲，李敦海，等.土壤丝状蓝藻在荒漠治理中的作用研究［J］.水生生物学报，2007（6）：886-890.

[1]	马赟花, 冯图, 李仰征, 金青青. 沙棘（*Hippophae rhamnoides*）对经客土改良石漠化土壤的适应性[J]. 中国沙漠, 2021, 41(1): 228-233.
[2]	张维军, 聂庆华, 何兴东. 宁夏哈巴湖国家级自然保护区土壤养分5年变化[J]. 中国沙漠, 2020, 40(3): 27-32.
[3]	张克海, 胡广录, 方桥, 张钰佳, 李浩然. 黑河中游荒漠绿洲过渡带固沙植被根区土壤含水量[J]. 中国沙漠, 2020, 40(3): 33-42.
[4]	赵雅姣, 刘晓静, 吴勇, 童长春. 豆禾牧草间作根际土壤养分、酶活性及微生物群落特征[J]. 中国沙漠, 2020, 40(3): 219-228.
[5]	王国华, 任亦君, 缑倩倩. 河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 222-231.
[6]	李敏岚, 屈建军, 唐希明, 顿耀权, 陈晓莹, 吴婷, 宋乃平. 高密度聚乙烯(HDPE)蜂巢式沙障对土壤水分的影响[J]. 中国沙漠, 2020, 40(1): 136-144.
[7]	王逸敏, 刘康, 屈建军. 沙障对流沙地植被和土壤养分的影响[J]. 中国沙漠, 2019, 39(3): 56-65.
[8]	包天莉, 赵允格, 高丽倩, 石亚芳. 踩踏干扰下生物结皮土壤可培养微生物数量[J]. 中国沙漠, 2019, 39(1): 119-126.
[9]	孟阳阳, 刘冰, 刘婵. 荒漠绿洲湿地土壤水热盐动态过程及其影响机制[J]. 中国沙漠, 2019, 39(1): 149-160.
[10]	王晓光, 乌云娜, 霍光伟, 宋彦涛, 张凤杰. 放牧对呼伦贝尔典型草原植物生物量分配及土壤养分含量的影响[J]. 中国沙漠, 2018, 38(6): 1230-1236.
[11]	赵鹏, 屈建军, 韩庆杰, 徐先英, 姜生秀, 付贵全. 敦煌绿洲边缘植物群落与土壤养分互馈关系[J]. 中国沙漠, 2018, 38(4): 791-799.
[12]	吴永胜, 尹瑞平, 田秀民, 哈斯. 毛乌素沙地南缘人工植被区生物结皮发育特征[J]. 中国沙漠, 2018, 38(2): 339-344.
[13]	罗维成, 赵文智, 孙程鹏, 闫加亮. 科尔沁沙地樟子松(Pinus sylvestris)人工固沙林演变过程中物种多样性和土壤水分特征[J]. 中国沙漠, 2018, 38(1): 126-132.
[14]	朱阳春, 张振华, 赵学勇, 连杰, 陈敏, 刘良旭. 河套永济灌域土壤酸碱性与养分元素的关系[J]. 中国沙漠, 2017, 37(4): 742-748.
[15]	陶冶, 吴甘霖, 刘耀斌, 张元明. 古尔班通古特沙漠典型灌木群落土壤化学计量特征及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2017, 37(2): 305-314.