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Long-term light grazing does not change soil organic carbon stability and stock in biocrust layer in the hilly regions of drylands 被引量:2
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作者 MA Xinxin ZHAO Yunge +4 位作者 YANG Kai MING Jiao QIAO Yu XU Mingxiang PAN Xinghui 《Journal of Arid Land》 SCIE CSCD 2023年第8期940-959,共20页
Livestock grazing is the most extensive land use in global drylands and one of the most extensive stressors of biological soil crusts(biocrusts).Despite widespread concern about the importance of biocrusts for global ... Livestock grazing is the most extensive land use in global drylands and one of the most extensive stressors of biological soil crusts(biocrusts).Despite widespread concern about the importance of biocrusts for global carbon(C)cycling,little is known about whether and how long-term grazing alters soil organic carbon(SOC)stability and stock in the biocrust layer.To assess the responses of SOC stability and stock in the biocrust layer to grazing,from June to September 2020,we carried out a large scale field survey in the restored grasslands under long-term grazing with different grazing intensities(represented by the number of goat dung per square meter)and in the grasslands strictly excluded from grazing in four regions(Dingbian County,Shenmu City,Guyuan City and Ansai District)along precipitation gradient in the hilly Loess Plateau,China.In total,51 representative grassland sites were identified as the study sampling sites in this study,including 11 sites in Guyuan City,16 sites in Dingbian County,15 sites in Shenmu City and 9 sites in Ansai District.Combined with extensive laboratory analysis and statistical analysis,at each sampling site,we obtained data on biocrust attributes(cover,community structure,biomass and thickness),soil physical-chemical properties(soil porosity and soil carbon-to-nitrogen ratio(C/N ratio)),and environmental factors(mean annual precipitation,mean annual temperature,altitude,plant cover,litter cover,soil particle-size distribution(the ratio of soil clay and silt content to sand content)),SOC stability index(SI)and SOC stock(SOCS)in the biocrust layer,to conduct this study.Our results revealed that grazing did not change total biocrust cover but markedly altered biocrust community structure by reducing plant cover,with a considerable increase in the relative cover of cyanobacteria(23.1%)while a decrease in the relative cover of mosses(42.2%).Soil porosity and soil C/N ratio in the biocrust layer under grazing decreased significantly by 4.1%–7.2%and 7.2%–13.3%,respectively,compared with those under grazing exclusion.The shifted biocrust community structure ultimately resulted in an average reduction of 15.5%in SOCS in the biocrust layer under grazing.However,compared with higher grazing(intensity of more than 10.00 goat dung/m2),light grazing(intensity of 0.00–10.00 goat dung/m2 or approximately 1.20–2.60 goat/(hm2•a))had no adverse effect on SOCS.SOC stability in the biocrust layer remained unchanged under long-term grazing due to the offset between the positive effect of the decreased soil porosity and the negative effect of the decreased soil C/N ratio on the SOC resistance to decomposition.Mean annual precipitation and soil particle-size distribution also regulated SOC stability indirectly by influencing soil porosity through plant cover and biocrust community structure.These findings suggest that proper grazing might not increase the CO_(2) release potential or adversely affect SOCS in the biocrust layer.This research provides some guidance for proper grazing management in the sustainable utilization of grassland resources and C sequestration in biocrusts in the hilly regions of drylands. 展开更多
关键词 biological soil crusts livestock grazing soil organic carbon biocrust community structure soil carbon-to-nitrogen ratio dryland ecosystems Loess Plateau
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Influence of surface roughness on the development of moss-dominated biocrusts on mountainous rock-cut slopes in West Sichuan,China 被引量:1
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作者 ZHAO Xin-yue ZHAO Mao-qiang +3 位作者 WANG Pan-pan DAI Yu-quan PU Wan-qiu HUANG Cheng-min 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2023年第8期2181-2196,共16页
Since natural restoration combined with artificial auxiliary measures may achieve a relatively rapid restoration effect at a lower cost,it has become an essential measure for the ecological restoration of rock slopes.... Since natural restoration combined with artificial auxiliary measures may achieve a relatively rapid restoration effect at a lower cost,it has become an essential measure for the ecological restoration of rock slopes.Previous studies have focused heavily on the relationship between substrate nutrients and water conditions and the development of mosses on the rock surface,but quantitative characterization of substantial effect of rock surface texture(e.g.,microrelief)on moss growth is absent.The undulating microrelief on the rock surface can increase the heterogeneity of the microhabitat,which may be an important factor affecting the development of mossdominated biocrusts.In this study,the roughness of rock surfaces,moss coverage and biomass,weight and major nutrient contents of soils within the biocrusts were measured in the western mountainous area of Sichuan Province,Southwest China to further examine the role of rock surface microrelief in the biocrusts.The results showed that three main factors affecting the development of the biocrusts were bryophyte emergence,soil accumulation,and lithology.The presence of moss accelerates soil formation on rock surfaces and lead to the accumulation of nutrients so that all parts of the moss-dominated biocrusts system can develop synergistically.It was found that a microrelief structure with a roughness between 1.5 and 2.5 could gather soil and bryophyte propagules effectively,which may have a strong relationship with the angle of repose.When the roughness is 1.5,the corresponding undulation angle is very close to the theoretical minimum value of the undulation angle calculated according to the relationships between the undulation angle of the protrusion,slope and angle of repose. 展开更多
关键词 biocrusts MOSS Natural restoration Repose angle Rock slope ROUGHNESS
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The role of biocrusts in nitrogen cycling on the tropical reef islands,South China Sea
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作者 Lin Wang Si Zhang Jie Li 《Acta Oceanologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2021年第4期116-126,共11页
Harboring polyextremotolerant microbial topsoil communities,biological soil crusts(biocrusts)occur across various climatic zones,and have been well studied in the terrestrial drylands.However,little is known about the... Harboring polyextremotolerant microbial topsoil communities,biological soil crusts(biocrusts)occur across various climatic zones,and have been well studied in the terrestrial drylands.However,little is known about the functional metabolic potential of microbial communities involved in the biogeochemical processes during the early succession of biocrusts on the tropical reef islands.We collected 26 biocrusts and bare soil samples from the Xisha Islands and Nansha Islands,and applied a functional gene array(GeoChip 5.0)to reveal nitrogen(N)cycling processes involved in these samples.Both physicochemical measurement and enzyme activity assay were utilized to characterize the soil properties.Results revealed the composition of N-cycling functional genes in biocrusts was distinct from that in bare soil.Additionally,microorganisms in biocrusts showed lower functional potential related to ammonification,denitrification,N assimilation,nitrification,N fixation,and dissimilatory nitrate reduction to ammonium compared to bare soils.Although the abundance of nifH gene was lower in biocrusts,nitrogenase activity was significantly higher compared to that in bare soils.Precipitation,soil physicochemical properties(i.e.,soil available copper,soil ammonia N and pH)and soil biological properties(i.e.,β-glucosidase,fluorescein diacetate hydrolase,alkaline protease,urease,alkaline phosphatase,catalase and chlorophyll a)correlated to the N-cycling functional genes structure.Nitrate N and ammonia N were more abundant in biocrusts than bare soil,while pH value was higher in bare soil.Our results suggested biocrusts play an important role in N-cycling in coral sand soil,and will be helpful in understanding the development and ecological functions of biocrusts on tropical reef islands. 展开更多
关键词 biocrusts microbial functional structure metabolic potential nitrogen cycling tropical reef islands
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Biocrusts impact soil properties and ecological stoichiometry characteristics in frozen ground regions on the Qinghai-Tibet Plateau
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作者 Jiao Ming Yunge Zhao +1 位作者 Yingying Sun Zhe Liu 《Soil Ecology Letters》 CSCD 2024年第3期151-162,共12页
Biocrusts(BSCs)are widely distributed in frozen ground regions on the Qinghai-Tibet Plateau,and they are considered an important component of cold ecosystems.However,the specific impacts of BSCs on frozen soil remains... Biocrusts(BSCs)are widely distributed in frozen ground regions on the Qinghai-Tibet Plateau,and they are considered an important component of cold ecosystems.However,the specific impacts of BSCs on frozen soil remains relatively unclear.The aim of our study was to clarify the influence of BSCs(light BSCs and dark BSCs in two different succession stages)on the physical properties and ecological stoichiometry characteristics of frozen soil.Our results showed that BSCs increased the silt particle content in 20–40 cm soil layer,leading to a decrease in soil bulk density.And the field water capacity increased about 10%–40%compared to bare land.Additionally,BSCs significantly increased the contents of soil organic carbon(SOC,22.6–30.8 g kg^(-1))and total nitrogen(TN,2.1–2.8 g kg^(-1))in the upper 40 cm soil layer,both of them were approximately 1.3–2.0 and 1.3–4.0 times higher than those observed in bare land.However,BSCs did not have significant influence on soil total phosphorus(TP).BSCs had a significant impact on the stoichiometric ratios within 40 cm.The C/N ratios of the two types of BSCs ranged from 8.8 to 13.5,the C/P ratios ranged from 6.6 to 13.8,and the N/P ratios ranged from 0.6 to 1.2,which were all higher than those of the bare land.There were no significant differences among the C/N,C/P,and N/P ratios between two types of BSCs.However,the increment of C/P and N/P ratios of dark BSCs were significantly higher than those of light BSCs within 0–30 cm,which indicated that a reduction in the availability of phosphorus during the later stages of BSCs succession.These findings provided a theoretical basis for further research on the ecological functions of BSCs in frozen ground regions. 展开更多
关键词 biocrusts frozen soil soil properties stoichiometry characteristics Qinghai-Tibet Plateau
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降水短期增减对藓结皮微生物组氮循环功能的影响
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作者 李靖宇 曹梓渝 +4 位作者 李佳佳 刘建利 王颖 张蓉 魏淑花 《生态学报》 北大核心 2025年第9期4417-4430,共14页
生物土壤结皮在中国西北干旱半干旱地区生态系统氮循环过程中发挥着至关重要的作用。气候模型预测西北地区未来将会经历降水模式的显著变化,而氮循环对这些变化特别敏感。然而,降水量的增加或减少会对生物土壤结皮氮循环过程产生哪些影... 生物土壤结皮在中国西北干旱半干旱地区生态系统氮循环过程中发挥着至关重要的作用。气候模型预测西北地区未来将会经历降水模式的显著变化,而氮循环对这些变化特别敏感。然而,降水量的增加或减少会对生物土壤结皮氮循环过程产生哪些影响仍然不是很清楚。在宁夏荒漠草原生态修复野外定位观测研究区内,采用单因素完全随机试验设置降水量增减观测样地,借助宏基因组测序方法,对自然降水(CK)、减水50%(DW)、增水50%(AW)这3种处理条件下参与氮循环的微生物群落结构以及功能基因多样性对降水量变化的响应机制进行了分析。结果表明,藓结皮土壤参与氮循环的微生物群落结构组成主要包括细菌域的放线菌门(Actinomycetota)和假单胞菌门(Pseudomonadota)以及属于古菌域的亚硝化球菌门(Nitrososphaerota)。NMDS分析结果表明,不同降水条件下藓结皮土壤中参与氮循环的微生物类群存在显著差异,与氮循环相关的功能基因多样性也存在显著差异。narB基因的相对多度在AW条件下显著高于CK和DW,nasB基因的相对多度在AW条件下显著高于DW,nrfA基因的相对多度在DW条件下显著低于CK,pmoB/amoB基因的相对多度不论在DW还是AW条件下均显著高于CK。PERMANOVA分析结果表明,不同降水处理以及土壤有机质(SOM)可以分别解释参与氮循环微生物属水平组成差异的20.25%和14.12%以及参与氮循环功能基因多样性组成差异的26.23%和19.33%。藓结皮土壤微生物参与氮循环的过程中,受到降水量的显著影响,在未来降水量增加的背景下,藓结皮土壤中的化学性质能够保持动态平衡,同化性硝酸盐还原过程会增强。未来出现降水量减少的趋势,可能会导致藓结皮土壤中NH_(4)^(+)-N含量的增加,同时会限制异化性硝酸盐还原过程。无论减水还是增水条件下,都会促进氨氧化过程的增强。藓结皮微生物组响应降水量变化的过程中,其功能基因多样性的差异表明了微生物在氮循环功能方面的适应性调整。 展开更多
关键词 藓结皮 氮循环 降水 土壤化学性质 宏基因组
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Biochar and polyvinyl alcohol(PVA)application improves desert soil pH and water-holding characteristics and enhances Microcoleus vaginatus growth
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作者 Gift G.MOYO Zhiquan HU +3 位作者 Bingtang LI Long CHENG Xun WANG Bo XIAO 《Pedosphere》 2025年第3期490-503,共14页
Despite the promising outcomes observed in individual applications of biochar and polyvinyl alcohol(PVA)in soil,the impact of their combined usage remains inadequately understood.This study systematically explores the... Despite the promising outcomes observed in individual applications of biochar and polyvinyl alcohol(PVA)in soil,the impact of their combined usage remains inadequately understood.This study systematically explores the effects of concurrent biochar and PVA application on key soil parameters,including pH,water-holding capacity(WHC),and dynamic moisture content(MC),and the photosynthetic resilience and growth of the cyanobacterium Microcoleus vaginatus in a desert soil.Biochars,generated at different pyrolysis temperatures(300-600℃),were applied to the soil at varying rates(1%-6%),while PVA was introduced at a mass percentage of 0.05%.The photosynthetic resilience and biomass accumulation of M.vaginatus in different treatments were examined every 7 d during the 28-d exposure to dry conditions after 60-d water supply.The combined application of biochar and PVA resulted in a reduction of soil pH,coupled with significant improvements in WHC and dynamic MC.Moreover,this combined approach exhibited superior effects on the photosynthetic resilience and crust thickness(0.9-3.5 mm)of M.vaginatus compared to the application of biochar and PVA in isolation.Incremental increase in biochar application rate from 0% to 6% demonstrated a notable enhancement in the chlorophyll a content of M.vaginatus.Cyanobacterial crust thickness and exopolysaccharide content exhibited positive correlations with biochar application rate.Thus,combined application of biochar and PVA is cost-effective for enhancing soil properties and cyanobacterial biomass,which is of significance for combating desertification. 展开更多
关键词 biocrust CYANOBACTERIUM DESERTIFICATION photosynthetic resilience soil amendment
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暴雨条件下黄土高原坡面灌草植被与生物结皮对水土流失和水动力特征的影响 被引量:2
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作者 淡晨希 张琼 +1 位作者 刘刚 夏小林 《应用生态学报》 北大核心 2025年第4期1091-1098,共8页
在黄土高原植被恢复初期,灌草植被显著降低了强降雨引起的水土流失,生物结皮与植被共同影响产流产沙过程,但它们的综合影响常被忽略。本研究通过室内人工模拟短历时、高强度的降雨试验,设置对照(无植被无生物结皮裸地)、草地、灌木、20... 在黄土高原植被恢复初期,灌草植被显著降低了强降雨引起的水土流失,生物结皮与植被共同影响产流产沙过程,但它们的综合影响常被忽略。本研究通过室内人工模拟短历时、高强度的降雨试验,设置对照(无植被无生物结皮裸地)、草地、灌木、20%覆盖度生物结皮、草地+20%覆盖度生物结皮、灌木+20%覆盖度生物结皮、40%覆盖度生物结皮、草地+40%覆盖度生物结皮和灌木+40%覆盖度生物结皮9个处理,探究灌草植被和生物结皮对产流产沙过程的影响,并揭示其侵蚀动力机制。结果表明:1)在降雨时间内对照组的产沙量始终最大,灌木、草本和生物结皮都具有良好的减蚀效益。2)灌木和草本植物处理产流量较对照组分别减少了21.9%和18.2%,具有促进土壤水分入渗的作用,而20%和40%盖度生物结皮处理的产流量分别增加了9.5%和17.4%,表现出抑制土壤水分入渗的作用,植被+生物结皮条件下,植被促进土壤水分入渗的作用大于生物结皮抑制土壤水分入渗的作用。3)草地+20%盖度生物结皮处理和所有40%盖度生物结皮处理的径流为缓流,其余处理为急流;各处理平均径流流速和径流动能显著小于对照组,而径流剪切力和阻力系数显著大于对照组,其中草地+40%盖度生物结皮处理的径流剪切力和阻力系数最大,较对照组分别增加了164.5%和213.8%,径流动能最小,较对照组减少了91.9%。综上,在植被生长恢复初期,保留适量生物结皮有益于防治水土流失和维持生态系统稳定,本试验条件下草地+40%盖度生物结皮处理的减蚀效果最好。 展开更多
关键词 土壤侵蚀 径流 水土流失 生物结皮 植被
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Properties,challenges,and opportunities of the loess plains in the northern Negev Desert:A review
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作者 Ilan STAVI Gal KAGAN Sivan ISAACSON 《Journal of Arid Land》 2025年第6期715-734,共20页
The loess plains cover approximately 2000.00 km2 of the northern Negev Desert,accounting for about 9%of Israel's total land area.As elsewhere,the loess in the Negev Desert is composed of wind-transported dust and ... The loess plains cover approximately 2000.00 km2 of the northern Negev Desert,accounting for about 9%of Israel's total land area.As elsewhere,the loess in the Negev Desert is composed of wind-transported dust and sand particles that have been deposited in sink sites.The loess deposits are characteristically covered by biocrusts,which constitute a substantial share of the region's primary productivity.The biocrusts regulate the vascular vegetation communities,including herbaceous and woody plants,many of which are endemic and/or endangered plant species.Throughout history,the region's main land-uses have been based on extensive livestock grazing and runoff-harvesting agriculture,which both still exist to some extent.These land-uses did not challenge the sustainability of the geo-ecosystems over centuries and millennia.At present,predominant land-uses include intensive rangelands(1016.81 km2,encompassing 51%of the loess plains'area),croplands(encompassing both rainfed and irrigated cropping systems:930.92 km2,47%of the loess plains'area),and afforestation lands(158.75 km2).These current land-uses impose substantial challenges to the functioning of the loess plains.Further,urban and rural settlements have expanded considerably in the last decades(158.45 km2),accompanied by mass construction of infrastructures.Altogether,these new land-uses have caused widespread soil erosion,soil structure deformation,depletion of soil organic carbon,environmental contamination,native vegetation removal,invasion of plant species,and habitat fragmentation.Recent climate change has intensified these stressors,exacerbating adverse impacts and forming feedback loops that intensify land degradation and desertification.The declining ecosystem functioning over recent decades emphasizes the urgent need for passive and active restoration schemes.While some of these efforts have proven to be successful,other have failed.Therefore,proactive policy making and environmental legislation are needed to plan and develop schemes aimed at halting land degradation,while simultaneously maximizing nature conservation and restoration of degraded lands across the loess plains.Such actions are expected to increase the regions'capacity for climate change mitigation and adaptation. 展开更多
关键词 biocrusts climate change DESERTIFICATION land degradation land-use and land-use change(LULUC) loess plains Negev Desert
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荒漠灌丛对生物土壤结皮下土壤养分的影响 被引量:1
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作者 安乐 何静 +3 位作者 刘艳梅 索凯 赵紫娟 王凯亮 《水土保持研究》 北大核心 2025年第2期83-90,共8页
[目的]揭示荒漠灌丛对生物土壤结皮下土壤养分的影响,为干旱沙区荒漠生态系统的修复与管理提供理论基础和科学依据。[方法]采集腾格里沙漠东南缘红卫天然植被区的无灌丛生物土壤结皮(对照地)和白滨藜、柠条、狭叶锦鸡儿、油蒿4种典型灌... [目的]揭示荒漠灌丛对生物土壤结皮下土壤养分的影响,为干旱沙区荒漠生态系统的修复与管理提供理论基础和科学依据。[方法]采集腾格里沙漠东南缘红卫天然植被区的无灌丛生物土壤结皮(对照地)和白滨藜、柠条、狭叶锦鸡儿、油蒿4种典型灌丛+生物土壤结皮下0—10 cm,10—20 cm和20—30 cm土样,分别测定土壤有机质(SOM)、含水量(SWC)、pH值、全氮(TN)、速效氮(AN)、全磷(TP)、速效磷(AP)、全钾(TK)、速效钾(AK)的含量,通过土壤养分变化表征灌丛与生物土壤结皮互作对荒漠区土壤质量的影响。[结果](1)相较于对照地,灌丛与生物土壤结皮互作影响土壤养分,提高土壤TN,TK,AK,AN,SOM,AP和藻-地衣结皮TP含量,降低藓类结皮TP含量。(2)土层深度变化、灌丛和结皮类型对土壤养分有显著影响,每二者交互都对TP影响不显著,三者间交互除AN和AP外,对其余养分指标都有显著影响(p<0.05)。(3)同土层灌丛+藓类结皮下土壤TN,TP,AK,SOM的含量高于灌丛+藻-地衣结皮。(4)4种灌丛+生物土壤结皮下土壤养分富集于0—10 cm土层,表聚效应明显,灌丛、生物土壤结皮和土层深度三者间互作对土壤养分的富集能力有差异性。[结论]灌丛与生物土壤结皮互作能增加土壤肥力,改良土壤质量,对维持稳定的荒漠生态系统有重要作用。 展开更多
关键词 荒漠 灌丛 生物土壤结皮 土壤养分
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黄土高原衰退柠条(Caragana korshinskii)林近自然修复技术模式 被引量:1
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作者 宋鑫洋 牟梦宇 +4 位作者 赵晨光 王嘉铮 火彦君 赵长明 管超 《中国沙漠》 北大核心 2025年第3期283-290,共8页
柠条(Caragana korshinskii)作为“三北”防护林体系的核心灌木树种,长期高密度纯林经营导致林分衰退,生长势减弱,自然更新能力下降,严重制约其生态屏障功能。针对传统修复技术忽视自然演替规律,生物多样性恢复不足以及技术手段单一,不... 柠条(Caragana korshinskii)作为“三北”防护林体系的核心灌木树种,长期高密度纯林经营导致林分衰退,生长势减弱,自然更新能力下降,严重制约其生态屏障功能。针对传统修复技术忽视自然演替规律,生物多样性恢复不足以及技术手段单一,不能进行精准修复的问题,本研究以榆中县贡井林场衰退柠条林为对象,通过构建平茬-混交-接种结皮的近自然修复技术模式,分析不同措施对林分生长状况的影响,以明确不同衰退程度下柠条林的最适修复模式。结果表明:50%平茬强度、10 cm留茬高度的近自然平茬模式显著提升了柠条生长特性和林地植被覆盖率,为最优平茬模式。针对轻度衰退柠条林,采用近自然平茬技术进行修复,具体技术参数为:平茬强度50%、留茬高度10 cm;针对中度衰退柠条林,采用近自然平茬技术与混交小灌木技术相结合进行修复,具体技术参数为:平茬强度50%、留茬高度10 cm,柠条与毛刺锦鸡儿(Caragana tibetica)的混交比例为2∶1;针对重度衰退柠条林,采用近自然平茬技术、混交小灌木技术与结皮接种技术相结合进行修复,具体技术参数为:平茬强度50%、留茬高度10 cm,柠条与毛刺锦鸡儿的混交比例为1∶1,结皮接种盖度大于60%。 展开更多
关键词 黄土高原 柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii) 平茬 混交 结皮
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生态水文视角下的旱区生物土壤结皮-维管植物共存模式
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作者 马亚丽 马莉 +3 位作者 杨丽萍 王思晴 赵长明 陈宁 《中国沙漠》 北大核心 2025年第3期121-130,共10页
维管植物在旱区生态系统占据主导地位而被广泛关注,旱区生态系统的另一独特生物组分——生物土壤结皮,提供了一系列生态功能与服务,但受到的关注较少。以往的研究常单独探讨维管植物或生物土壤结皮在旱区生态系统中的作用与影响,忽视了... 维管植物在旱区生态系统占据主导地位而被广泛关注,旱区生态系统的另一独特生物组分——生物土壤结皮,提供了一系列生态功能与服务,但受到的关注较少。以往的研究常单独探讨维管植物或生物土壤结皮在旱区生态系统中的作用与影响,忽视了二者共存问题,对其共存机制的研究更匮乏。鉴于水分是旱区生态系统的关键限制因素,研究生态水文过程影响生物土壤结皮与维管植物的共存具有重要意义。本文首先综述了旱区生态系统中生物土壤结皮与维管植物的共存模式,接着探讨了主要生态水文过程(降水、径流、入渗等)对共存模式的影响,最终阐明了共存模式的生态水文机制,为旱区植被恢复与荒漠化防治提供了理论支撑。 展开更多
关键词 生物土壤结皮 共存模式 降水 土壤水分 旱区
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毛乌素沙地生物结皮覆盖土壤中微生物残体碳贡献及其影响因素
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作者 孟延荣 白存琳 +8 位作者 赵广伟 牛向雯 佘维维 张宇清 秦树高 杨婧 姜雅文 黎明杰 冯薇 《土壤学报》 北大核心 2025年第5期1560-1570,共11页
生物结皮作为荒漠生态系统重要的地表覆被物,可通过多种途径增加土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)固存。然而,有关生物结皮覆盖下微生物残体碳(Microbial necromass carbon,MNC)对SOC的贡献及影响因素仍不清楚。以毛乌素沙地广泛分... 生物结皮作为荒漠生态系统重要的地表覆被物,可通过多种途径增加土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)固存。然而,有关生物结皮覆盖下微生物残体碳(Microbial necromass carbon,MNC)对SOC的贡献及影响因素仍不清楚。以毛乌素沙地广泛分布的藻、地衣与苔藓结皮为研究对象,采集不同类型结皮的结皮层与层下0~5 cm土壤样品,分析土壤氨基糖含量和土壤理化性质,探究三类生物结皮覆盖土壤中MNC变化及其驱动因素。结果显示:(1)藻、地衣与苔藓结皮层土壤中MNC对SOC贡献分别约为57.7%、47.9%和22.5%,结皮层下土壤中分别约为40.7%、40.2%和28.5%;(2)真菌残体碳(Fungal necromass carbon,FNC)对SOC平均贡献(28.4%±10.7%)显著高于细菌残体碳(Bacterial necromass carbon,BNC)(11.2%±4.8%);(3)FNC和BNC对颗粒有机碳的显著性高于矿物结合态有机碳;(4)FNC、BNC与氮含量(铵态氮、硝态氮及全氮)、SOC呈显著正相关,与土壤pH、交换性钙离子、土壤含水量呈显著负相关。综上所述,MNC对SOC的贡献度随藻、地衣、苔藓结皮逐渐降低,且主要贡献于活性碳库,FNC对SOC的贡献占据主导地位。土壤中的氮含量、SOC、pH、交换性钙离子和含水量对MNC的积累与分解具有显著影响。研究结果有助于促进对生物结皮覆盖土壤中微生物介导的土壤碳循环与碳固持机制的深入认识,并为荒漠区碳管理策略的制定提供科学依据。 展开更多
关键词 生物结皮 微生物残体碳 颗粒有机碳 矿物结合态有机碳 氮含量 毛乌素沙地
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大庆龙凤湿地生物结皮对土壤理化性质及微生物多样性的影响 被引量:1
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作者 朱恩慈 刘涛 +4 位作者 孙新迪 杨佳霓 郑安旺 张爽 晏磊 《生态学报》 北大核心 2025年第15期7645-7659,共15页
生物结皮能对土壤的理化性质以及微生物多样性产生影响,目前缺乏对内陆盐碱湿地生态系统中生物土壤结皮的发育对其下层土壤作用的探究。对黑龙江省大庆市内龙凤湿地结皮发育前后的土壤以及结皮层的理化性质和酶活性进行了检测与分析,利... 生物结皮能对土壤的理化性质以及微生物多样性产生影响,目前缺乏对内陆盐碱湿地生态系统中生物土壤结皮的发育对其下层土壤作用的探究。对黑龙江省大庆市内龙凤湿地结皮发育前后的土壤以及结皮层的理化性质和酶活性进行了检测与分析,利用高通量测序技术、RDA分析细菌及真菌的丰度、群落结构及环境影响因子,利用PICRUSt、FUNguild探究具有显著丰度物种的功能。结果表明,结皮发育后大庆龙凤湿地下层土壤的盐碱度明显降低,有机碳、全磷、有机磷、速效钾的含量以及蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶的活性均显著提高,砂粒及粉粒的含量增高,结皮的发育能显著富集养分,改善土壤质地。微生物多样性分析显示,细菌群落多样性远高于真菌,结皮层及其下方土壤中的优势细菌、真菌丰度显著高于裸土。门水平上细菌主要以变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为优势类群,真菌主要以子囊菌门和担子菌门为优势类群。属水平上优势细菌为Anditalea、Egicoccus、Mongoliibacter,优势真菌为Verticillium、Neocamarosporium、Fusarium。土壤养分对微生物丰富度的影响最大,其中,速效钾、碱解氮、有机碳、盐度和酸碱度是影响微生物群落组成的重要环境因子。研究还发现,真菌中内生菌-地衣寄生虫-植物病原体-未定义的腐生菌类群功能丰度最高;细菌主要注释到代谢功能集,其中丰度较高的为氨基酸代谢、糖代谢和辅助因子及维生素的代谢。丰度较高的细菌类群能有效稳土固沙,提高土壤养分含量,促进荒漠化土壤的修复。本研究结果为解析生物土壤结皮发育对湿地生态的修复作用提供了重要的微生物学理论依据。 展开更多
关键词 生物土壤结皮 理化性质 微生物多样性 功能 湿地
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宁夏白芨滩藓结皮微生物组碳代谢基因多样性与土壤养分之间的关系
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作者 李佳佳 段晓敏 +4 位作者 史忠冉 回新蕊 丁一帆 刘秉儒 李靖宇 《生态学杂志》 北大核心 2025年第3期857-868,共12页
生物土壤结皮(biological soil crusts,BSCs)是生态系统工程师。为了了解BSCs在碳循环中的功能,本研究采用宏基因组测序的方法分析了白芨滩藓结皮附着土(CRS)和藓结皮抖落土(BS)中的微生物组群落结构及其基因多样性。结果表明:放线菌门(... 生物土壤结皮(biological soil crusts,BSCs)是生态系统工程师。为了了解BSCs在碳循环中的功能,本研究采用宏基因组测序的方法分析了白芨滩藓结皮附着土(CRS)和藓结皮抖落土(BS)中的微生物组群落结构及其基因多样性。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidota)是白芨滩沙区藓结皮的优势菌门,在CRS和BS中没有显著差异。碳固定过程中丰度最高的是编码乙酰辅酶A C-乙酰转移酶(acetyl-CoA C-acetyltransferase)的ACAT/atoB。甲烷代谢过程中丰度最高的是参与甲烷合成的编码乙酰辅酶A合成酶(acetyl-CoA synthetase)的ACSS1_2/acs。藓结皮微生物群落中基因的丰度与其重要程度并不相关。本研究有助于加深对基因层面上藓结皮微生物的代谢途径和土壤微生物促进土壤养分积累机理的理解。 展开更多
关键词 藓结皮 微生物多样性 碳固定 甲烷代谢 土壤化学性质
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基于SfM近景摄影测量技术的藓结皮坡面土壤侵蚀空间分布特征
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作者 陈浩然 高丽倩 +2 位作者 欧阳文峰 张采月 王鹏 《水土保持学报》 北大核心 2025年第4期324-330,341,共8页
[目的]为探究黄土高原地区藓结皮坡面的土壤侵蚀-沉积空间分布特征。[方法]以黄土高原不同盖度的藓结皮为研究对象,通过室内模拟降雨试验,结合运动恢复结构(structure-from-motion,SfM)近景摄影测量技术,分析不同盖度(裸土、20%、40%、... [目的]为探究黄土高原地区藓结皮坡面的土壤侵蚀-沉积空间分布特征。[方法]以黄土高原不同盖度的藓结皮为研究对象,通过室内模拟降雨试验,结合运动恢复结构(structure-from-motion,SfM)近景摄影测量技术,分析不同盖度(裸土、20%、40%、60%、80%)的藓结皮坡面土壤侵蚀-沉积空间分布特征。[结果]1)藓结皮覆盖显著降低坡面土壤侵蚀速率,与裸土坡面相比,藓结皮坡面降低程度分别为23.34%、37.01%、51.01%和71.26%。2)藓结皮坡面的侵蚀重点区域位于坡中上部裸土覆盖区域,沉积重点区域为坡底部藓结皮覆盖区域。3)藓结皮的覆盖有效降低坡面侵蚀区面积和侵蚀深度,与裸土坡面相比,不同盖度藓结皮坡面侵蚀区面积分别降低14.69%、42.97%、58.69%和82.25%,坡面侵蚀深度降低4 mm。4)藓结皮的覆盖使坡面产生沉积,不同盖度藓结皮坡面的沉积区面积分别为0.21%、8.41%、4.53%和0.41%,沉积厚度较裸土增加2 mm。5)藓结皮通过覆盖作用和拦截作用显著影响坡面土壤侵蚀-沉积空间分布特征。[结论]研究结果对深入了解黄土高原生物结皮坡面土壤侵蚀空间分布规律及制定和实施有效的水土保持管理措施提供理论依据。 展开更多
关键词 生物结皮 运动恢复结构 土壤侵蚀沉积空间分布 地表形态 土壤侵蚀
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黄土丘陵区生物结皮对土壤物理属性的影响 被引量:37
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作者 高丽倩 赵允格 +2 位作者 秦宁强 张国秀 杨凯 《自然资源学报》 CSSCI CSCD 北大核心 2012年第8期1316-1326,共11页
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,... 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。 展开更多
关键词 生物结皮 生物量 发育过程 土壤物理属性 黄土丘陵区
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黄土丘陵区踩踏干扰对生物土壤结皮有机碳组分及碳矿化潜力的影响 被引量:10
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作者 杨雪芹 许明祥 +4 位作者 赵允格 高丽倩 包天莉 任伟 杨巧云 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1283-1290,共8页
以黄土丘陵区近20年的封禁地为研究对象,采用野外调查结合室内分析,研究了不同强度的踩踏干扰对半干旱生态系统下生物结皮盖度、有机碳、易氧化碳和有机碳矿化量、矿化速率的影响,并应用一级动力学方程模拟了踩踏干扰下各层次生物土壤... 以黄土丘陵区近20年的封禁地为研究对象,采用野外调查结合室内分析,研究了不同强度的踩踏干扰对半干旱生态系统下生物结皮盖度、有机碳、易氧化碳和有机碳矿化量、矿化速率的影响,并应用一级动力学方程模拟了踩踏干扰下各层次生物土壤结皮有机碳矿化潜力的变化特征.结果表明:干扰后藻结皮和藓结皮盖度呈现逐渐降低的趋势,干扰度间差异显著;与不干扰处理相比,藻结皮盖度降幅在264%~339%,藓结皮盖度降幅在46%~127%.与不干扰处理相比,干扰显著降低了生物结皮层有机碳含量,降幅在211%~300%,干扰度间差异不显著;干扰增加了生物结皮层易氧化碳含量,增加量在1.5~3.4 g·kg-1,30%、40%和50%干扰度处理与不干扰处理间差异显著.干扰显著增加了生物结皮层的有机碳累积矿化量,但未改变其日均矿化速率;40%干扰度下的累积矿化量较不干扰处理显著增加77%.干扰显著增加了生物结皮层的有机碳矿化潜力,对0~2和2~5 cm土层无显著影响;40%干扰度下有机碳矿化潜力较不干扰处理显著增加4.7 g·kg^(-1);主成分分析结果显示,有机碳、易氧化碳、累积矿化量、矿化速率可以解释生物结皮层土壤有机碳矿化潜力变化的76.7%.干扰可能是诱发研究区生物结皮层有机碳矿化潜力增加的因素之一. 展开更多
关键词 干扰度 生物结皮盖度 有机碳 易氧化碳 累积矿化量 矿化速率
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黄土高原不同侵蚀区生物结皮土壤CO_2通量日动态特征及其温度敏感性 被引量:8
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作者 王爱国 赵允格 +3 位作者 许明祥 王一贺 杨丽娜 明姣 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第9期2605-2611,共7页
利用LI-8100土壤碳通量自动观测系统监测了黄土高原不同侵蚀区(水蚀区、水蚀风蚀交错区、风蚀区)生物结皮土壤CO2通量的日变化,分析了土壤呼吸的温度敏感性.结果表明:以去除生物结皮为对照,具有生理活性的生物结皮降低了土壤CO2通量,其... 利用LI-8100土壤碳通量自动观测系统监测了黄土高原不同侵蚀区(水蚀区、水蚀风蚀交错区、风蚀区)生物结皮土壤CO2通量的日变化,分析了土壤呼吸的温度敏感性.结果表明:以去除生物结皮为对照,具有生理活性的生物结皮降低了土壤CO2通量,其中,水蚀区、交错区和风蚀区土壤日平均CO2通量分别降低了5.0%、8.9%和20.5%.水蚀区、交错区和风蚀区生物结皮土壤CO2通量日动态均呈单峰型曲线,峰值出现在12:00—14:00左右,大小分别为1.64、1.64和1.37μmol·m-2·s-1,但日变化幅度差异明显.土壤呼吸速率随温度的升高呈上升趋势,指数函数能够较好地描述二者的关系.生物结皮土壤呼吸的温度敏感性指数Q10在空间尺度上存在一定变异,其中,水蚀区、交错区Q10值变化范围为1.93~2.43,而风蚀区Q10值变化范围为4.80~5.56,说明风蚀区生物结皮土壤呼吸对温度的敏感性大于水蚀区和交错区.本研究表明,在探求黄土高原地区土壤碳交换时,应当考虑生物结皮的影响及不同侵蚀区生物结皮土壤CO2通量的差异性. 展开更多
关键词 生物结皮 土壤CO2通量 温度敏感性 Q10 侵蚀区
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生物结皮光合作用对光温水的响应及其对结皮空间分布格局的解译——以黄土丘陵区为例 被引量:38
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作者 赵允格 许明祥 Jayne Belnap 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第17期4668-4675,共8页
生物结皮是具有生命活性的地表覆被物,在黄土丘陵半干旱区广泛发育。迄今有关该区不同类型生物结皮的光合、呼吸作用潜力及其影响因素还不清楚。通过野外调查采样,利用室内半开放光合测定系统,测定了黄土丘陵区典型的藻类(3年生)、藓类... 生物结皮是具有生命活性的地表覆被物,在黄土丘陵半干旱区广泛发育。迄今有关该区不同类型生物结皮的光合、呼吸作用潜力及其影响因素还不清楚。通过野外调查采样,利用室内半开放光合测定系统,测定了黄土丘陵区典型的藻类(3年生)、藓类(土生扭口藓)生物结皮(13年生)光合及呼吸作用过程对水分、温度及光照等环境因子的响应,在此基础上,解释了不同类型生物结皮空间分布格局的内在原因。结果表明:(1)在适合的光温水条件下,生物结皮的光合及呼吸作用强度取决于生物组成,研究区藓结皮的光合及呼吸作用速率显著高于藻结皮;(2)水分是生物结皮光合、呼吸作用的关键影响因子,只有当水分含量达到一定水平,才有光合及呼吸的可能。黄土丘陵区藓类及藻类生物结皮光合作用最适水分条件分别为80%-100%和40%-80%田间持水量。(3)藓类及藻类生物结皮光合作用光补偿点PAR均低于10μmol.m-2.s-1,光饱和点PAR分别为1000和800μmol.m-2.s-1,研究中2类生物结皮均未出现光抑制现象。(4)温度显著影响生物结皮的光合及呼吸作用,研究区藓类及藻类生物结皮的最适光合温度分别为20-25℃和25-30℃。(5)生物结皮光合作用对含水量及温度的响应可以解释结皮的空间分布特征。藻类植物光合作用的最适含水量较低而最适温度较高,因此在失水较快的阳坡及开阔地面上依然可以大面积发育;而藓类植物光合作用对水分条件要求较高,因此在水分条件较好的阴坡、低洼地才易演替至藓结皮阶段。 展开更多
关键词 生物结皮 藻类植物 藓类植物(土生扭口藓) 光合作用 环境因子
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黄土丘陵区生物土壤结皮表面糙度特征及影响因素 被引量:20
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作者 王媛 赵允格 +1 位作者 姚春竹 张培培 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期647-656,共10页
地表糙度是影响地表径流和侵蚀过程的重要属性.生物结皮在干旱半干旱区广泛分布,是地表糙度的影响因子之一.本文采用链条法测定了黄土丘陵区不同发育阶段生物结皮表面糙度特征,分析了不同发育阶段生物结皮表面糙度对坡向、土壤含水... 地表糙度是影响地表径流和侵蚀过程的重要属性.生物结皮在干旱半干旱区广泛分布,是地表糙度的影响因子之一.本文采用链条法测定了黄土丘陵区不同发育阶段生物结皮表面糙度特征,分析了不同发育阶段生物结皮表面糙度对坡向、土壤含水量和冻融作用的响应及其与各理化性质的相关性,初步探索了生物结皮对地表糙度的影响及其相关因素.结果表明:生物结皮显著改变地表糙度,随着生物结皮从藻结皮向藓结皮演替,其糙度先降低后增加,生物结皮发育形成10年以后,其表面糙度基本趋于稳定;研究区早期形成的藻结皮表面糙度较裸土降低47.0%,深色藻结皮(藓类盖度〈20%)较裸土降低20.4%,混生结皮(藓类盖度为20%一60%)和苔藓结皮(藓类盖度〉70%)表面糙度与深色藻结皮基本一致;坡向对发育10年以上的生物结皮表面糙度的影响不显著;土壤含水量影响地表糙度特征.研究区浅色藻结皮表面糙度随水分变化较为剧烈;随着生物结皮发育,深色藻结皮、混生结皮和苔藓结皮表面糙度随水分的变化趋于平缓.冻融增加了生物结皮表面糙度.浅色藻结皮经两次冻融后表面糙度增加29.7%;深色藻结皮、混生结皮和藓结皮表面糙度的影响需经过反复冻融才有所体现.生物结皮表面糙度与藓结皮盖度呈显著正相关(P〈0.1). 展开更多
关键词 生物土壤结皮 发育阶段 生物结皮表面糙度 影响因子 黄土丘陵区
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