淺談毛烏素沙地生物土壤結(jié)皮發(fā)育特征研究進(jìn)展

師晨迪

摘 要：本文簡(jiǎn)要綜述了毛烏素沙地生物土壤結(jié)皮水分入滲、光合和呼吸特征及演替特征等研究進(jìn)展，探究砒砂巖與沙復(fù)配成土造田技術(shù)對(duì)毛烏素沙地生物結(jié)皮發(fā)育的影響，認(rèn)為沙化土地黏粒含量的提升對(duì)沙地生物結(jié)皮的擴(kuò)殖將起到明顯的促進(jìn)作用，同時(shí)建議進(jìn)一步開(kāi)展關(guān)于砒砂巖與沙復(fù)配后沙地生物結(jié)皮的發(fā)育及演替特征研究工作。

關(guān)鍵詞：毛烏素沙地;生物結(jié)皮;生物結(jié)皮發(fā)育;研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S-3 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530016

1 毛烏素沙地生物土壤結(jié)皮研究進(jìn)展

生物結(jié)皮是沙漠地區(qū)最具特色的微自然景觀，遍布于沙漠和荒漠地區(qū)，主要由細(xì)菌、真菌、藻類、地衣和苔蘚等低等生物與土壤顆粒相互作用，在土壤表面發(fā)育形成的一層薄而致密的有機(jī)復(fù)合殼狀體[1-4]，與松散沙土不同，形成生物結(jié)皮的土壤其表面的物理、化學(xué)和生物特性均具有明顯的抗風(fēng)蝕能力，具有極其重要的生態(tài)及環(huán)境效益，是干旱荒漠區(qū)植被演替的重要基礎(chǔ)[5]。

生物結(jié)皮生態(tài)適應(yīng)性極強(qiáng)，具有獨(dú)特的生理生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，與荒漠生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位[6，7]。生物結(jié)皮除了能夠改善沙地土壤養(yǎng)分含量、富集養(yǎng)分，還能夠起到防止風(fēng)蝕、改善生態(tài)環(huán)境的積極作用[8]。在荒漠化地區(qū)，生物結(jié)皮作為地表的生物保護(hù)層，對(duì)阻攔水分滲透，保水護(hù)水作用明顯，對(duì)當(dāng)?shù)氐闹脖谎萏嫫鹬匾淖饔肹9]。迄今，大量研究表明，生物結(jié)皮的形成和發(fā)育受到包括土壤質(zhì)地、植物蓋度、水分條件等因素的影響[10，11]。隨著群里先鋒物種階段向半固定階段、固定階段的演替，群落中的生物結(jié)皮開(kāi)始逐漸發(fā)育并日益成為沙地固定的重要標(biāo)志之一，生物結(jié)皮的發(fā)育能有效阻止地表風(fēng)蝕。目前，生物結(jié)皮的研究是地學(xué)和生物學(xué)學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，已成為國(guó)際干旱區(qū)地表過(guò)程研究的核心科學(xué)問(wèn)題之一[12]。

我國(guó)學(xué)者從不同尺度上探明了決定生物土壤結(jié)皮空間分布的關(guān)鍵因子。在微小尺度上，微地形是形成和維持生物土壤結(jié)皮群落多樣性的關(guān)鍵因子[13]，在中小尺度上，生物土壤結(jié)皮群落的蓋度和多樣性受大氣降塵累計(jì)、光照、土壤濕度和土壤養(yǎng)分的影響[14-18]。Li等人[19]認(rèn)為在景觀尺度上（不同氣候帶的沙區(qū)）降水決定了生物土壤結(jié)皮的優(yōu)勢(shì)種群的空間分布，在區(qū)域尺度上（某一沙區(qū)）土壤屬性決定了生物土壤結(jié)皮的優(yōu)勢(shì)種群分布，而在局地尺度上（具體研究樣地）干擾和植被蓋度對(duì)生物土壤結(jié)皮的分布起著重要作用。

2 毛烏素沙地生物土壤結(jié)皮發(fā)育特征

關(guān)于荒漠生物土壤結(jié)皮的演替，Li等人[13，14]認(rèn)為沙面大氣降塵的不斷沉積是生物土壤結(jié)皮拓殖和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，溫性荒漠生物土壤結(jié)皮的演替遵循著從“藻結(jié)皮、藻-地衣混生結(jié)皮、地衣結(jié)皮、地衣-蘚混生結(jié)皮和蘚類結(jié)皮”的演替規(guī)律[20-23]。騰格里沙漠人工固沙植被區(qū)生物土壤結(jié)皮的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)表明，固沙植被建立初期，大量的降塵累積再經(jīng)雨滴的打擊，在沙面形成一層黏粒和粉粒含量較高的物理結(jié)皮，隨之細(xì)菌、真菌、放線菌和藍(lán)藻的拓殖使沙面形成藻結(jié)皮，而后出現(xiàn)的地衣結(jié)皮和地衣-藍(lán)藻-綠藻的混生結(jié)皮，隨著表層土壤肥力和持水能力的提高，最終形成了蘚類為優(yōu)勢(shì)種的生物土壤結(jié)皮[14，20，21，24]

李炳垠[25]對(duì)毛烏素沙地覆蓋生物結(jié)皮的土壤碳通量研究表明，生物結(jié)皮光合速率存在一個(gè)近似為雙峰曲線日變化趨勢(shì)，其峰值大約出現(xiàn)在上午9∶00和16∶00，生物結(jié)皮土壤呼吸速率存在一個(gè)呈單峰曲線日變化趨勢(shì)，約在中午12∶00接近峰值。土壤溫度和含水率對(duì)光合速率和呼吸速率影響較為顯著的位置位于生物結(jié)皮2cm處。因此，研究生物結(jié)皮2cm處土壤溫度和含水率對(duì)于準(zhǔn)確判定其光合速率和呼吸速率具有重要意義。

吳永勝[26]研究發(fā)現(xiàn)，毛烏素沙地在實(shí)施了防沙治沙和生態(tài)修復(fù)工程后，生物結(jié)皮在植物定值的沙丘表面優(yōu)先發(fā)育。生物結(jié)皮在小葉楊分布廣泛的區(qū)域發(fā)育的較好，主要是以蘚類結(jié)皮為主。小葉楊的建植對(duì)生物結(jié)皮的擴(kuò)殖具有積極影響，沙柳行帶間栽植羊柴不利于生物結(jié)皮的發(fā)育。因此，毛烏素沙地生物結(jié)皮的重建可以考慮優(yōu)先建植小葉楊，對(duì)于重塑脆弱區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性具有積極效果。

通過(guò)對(duì)不同類型地表研究發(fā)現(xiàn)，藻類和蘚類結(jié)皮對(duì)水分入滲具有顯著的影響，不同類型地表生物結(jié)皮對(duì)水分入滲的影響各不相同，大約在3～8min，總體上水分入滲速率與土壤容重呈正相關(guān)，與黏粒含量、結(jié)皮厚度、結(jié)皮抗剪強(qiáng)度、結(jié)皮層容重以及土壤有機(jī)碳成負(fù)相關(guān)。其中，對(duì)水分入滲速率影響最大的是黏粒含量、結(jié)皮抗剪強(qiáng)度和土壤容重[27]。因此，對(duì)于新生土壤，生物結(jié)皮尚未形成時(shí)，水分入滲的影響，可以重點(diǎn)從黏粒含量、土壤容重2個(gè)方面考慮。

3 土壤質(zhì)地對(duì)生物結(jié)皮研究影響

在維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過(guò)程方面，土壤微生物發(fā)揮著重要作用。尹瑞平[28]研究認(rèn)為毛烏素沙地沙丘結(jié)皮層的土壤微生物總數(shù)、細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量隨生物結(jié)皮的發(fā)育呈增加的趨勢(shì)，結(jié)皮層的細(xì)顆粒物均高于結(jié)皮下層土壤。土壤微生物數(shù)量與土壤黏粒含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤粉粒、黏粒等細(xì)顆粒物呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明這些指標(biāo)的變化能夠敏感地指示微生物數(shù)量的變化。反過(guò)來(lái)，隨著不同發(fā)育階段生物結(jié)皮不斷擴(kuò)殖，土壤粘粒、粉粒等細(xì)粒物質(zhì)也不斷增加，粒度組成不斷得到優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物結(jié)皮逐漸改良土壤結(jié)構(gòu)，有效促進(jìn)土壤發(fā)育[29]。

毛烏素沙地是我國(guó)4大沙地之一，總面積約4萬(wàn)km2，生物氣候帶屬于干旱荒漠草原至半干旱草原亞地帶的過(guò)度位置，也是我國(guó)北方重要的生態(tài)屏障。區(qū)內(nèi)沙地治理的措施大多以物理固沙為主，雖然可以起到一定的效果，但極易遭到風(fēng)蝕。近些年，韓霽昌[30]研究發(fā)現(xiàn)采用砒砂巖與沙進(jìn)行復(fù)配后土體穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，復(fù)配后沙化土地黏粒含量明顯提高，復(fù)配土體的保水性對(duì)于毛烏素沙地生物結(jié)皮的擴(kuò)殖起到了一定的促進(jìn)作用，關(guān)于砒砂巖復(fù)配下沙地生物結(jié)皮的發(fā)育及演替特征還需要開(kāi)展深入的研究。

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（責(zé)任編輯 李媛媛）