浅谈毛乌素沙地生物土壤结皮发育特征研究进展

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　　摘 要：本文简要综述了毛乌素沙地生物土壤结皮水分入渗、光合和呼吸特征及演替特征等研究进展，探究砒砂岩与沙复配成土造田技术对毛乌素沙地生物结皮发育的影响，认为沙化土地黏粒含量的提升对沙地生物结皮的扩殖将起到明显的促进作用，同时建议进一步开展关于砒砂岩与沙复配后沙地生物结皮的发育及演替特征研究工作。
　　关键词：毛乌素沙地;生物结皮;生物结皮发育;研究进展
　　中图分类号：S-3       文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530016
　　1 毛乌素沙地生物土壤结皮研究进展
　　生物结皮是沙漠地区最具特色的微自然景观，遍布于沙漠和荒漠地区，主要由细菌、真菌、藻类、地衣和苔藓等低等生物与土壤颗粒相互作用，在土壤表面发育形成的一层薄而致密的有机复合壳状体[1-4]，与松散沙土不同，形成生物结皮的土壤其表面的物理、化学和生物特性均具有明显的抗风蚀能力，具有极其重要的生态及环境效益，是干旱荒漠区植被演替的重要基础[5]。
　　生物结皮生态适应性极强，具有独特的生理生态结构和功能，与荒漠生态系统的结构和功能密切相关，在荒漠生态系统中具有重要地位[6，7]。生物结皮除了能够改善沙地土壤养分含量、富集养分，还能够起到防止风蚀、改善生态环境的积极作用[8]。在荒漠化地区，生物结皮作为地表的生物保护层，对阻拦水分渗透，保水护水作用明显，对当地的植被演替起着重要的作用[9]。迄今，大量研究表明，生物结皮的形成和发育受到包括土壤质地、植物盖度、水分条件等因素的影响[10，11]。随着群里先锋物种阶段向半固定阶段、固定阶段的演替，群落中的生物结皮开始逐渐发育并日益成为沙地固定的重要标志之一，生物结皮的发育能有效阻止地表风蚀。目前，生物结皮的研究是地学和生物学学科交叉的前沿领域，已成为国际干旱区地表过程研究的核心科学问题之一[12]。
　　我国学者从不同尺度上探明了决定生物土壤结皮空间分布的关键因子。在微小尺度上，微地形是形成和维持生物土壤结皮群落多样性的关键因子[13]，在中小尺度上，生物土壤结皮群落的盖度和多样性受大气降尘累计、光照、土壤湿度和土壤养分的影响[14-18]。Li等人[19]认为在景观尺度上（不同气候带的沙区）降水决定了生物土壤结皮的优势种群的空间分布，在区域尺度上（某一沙区）土壤属性决定了生物土壤结皮的优势种群分布，而在局地尺度上（具体研究样地）干扰和植被盖度对生物土壤结皮的分布起着重要作用。
　　2 毛乌素沙地生物土壤结皮发育特征
　　关于荒漠生物土壤结皮的演替，Li等人[13，14]认为沙面大气降尘的不断沉积是生物土壤结皮拓殖和发展的重要物质基础，温性荒漠生物土壤结皮的演替遵循着从“藻结皮、藻-地衣混生结皮、地衣结皮、地衣-藓混生结皮和藓类结皮”的演替规律[20-23]。腾格里沙漠人工固沙植被区生物土壤结皮的长期监测表明，固沙植被建立初期，大量的降尘累积再经雨滴的打击，在沙面形成一层黏粒和粉粒含量较高的物理结皮，随之细菌、真菌、放线菌和蓝藻的拓殖使沙面形成藻结皮，而后出现的地衣结皮和地衣-蓝藻-绿藻的混生结皮，随着表层土壤肥力和持水能力的提高，最终形成了藓类为优势种的生物土壤结皮[14，20，21，24]
　　李炳垠[25]对毛乌素沙地覆盖生物结皮的土壤碳通量研究表明，生物结皮光合速率存在一个近似为双峰曲线日变化趋势，其峰值大约出现在上午9∶00和16∶00，生物结皮土壤呼吸速率存在一个呈单峰曲线日变化趋势，约在中午12∶00接近峰值。土壤温度和含水率对光合速率和呼吸速率影响较为显著的位置位于生物结皮2cm处。因此，研究生物结皮2cm处土壤温度和含水率对于准确判定其光合速率和呼吸速率具有重要意义。
　　吴永胜[26]研究发现，毛乌素沙地在实施了防沙治沙和生态修复工程后，生物结皮在植物定值的沙丘表面优先发育。生物结皮在小叶杨分布广泛的区域发育的较好，主要是以藓类结皮为主。小叶杨的建植对生物结皮的扩殖具有积极影响，沙柳行带间栽植羊柴不利于生物结皮的发育。因此，毛乌素沙地生物结皮的重建可以考虑优先建植小叶杨，对于重塑脆弱区域生态稳定性具有积极效果。
　　通过对不同类型地表研究发现，藻类和藓类结皮对水分入渗具有显著的影响，不同类型地表生物结皮对水分入渗的影响各不相同，大约在3～8min，总体上水分入渗速率与土壤容重呈正相关，与黏粒含量、结皮厚度、结皮抗剪强度、结皮层容重以及土壤有机碳成负相关。其中，对水分入渗速率影响最大的是黏粒含量、结皮抗剪强度和土壤容重[27]。因此，对于新生土壤，生物结皮尚未形成时，水分入渗的影响，可以重点从黏粒含量、土壤容重2个方面考虑。
　　3 土壤质地对生物结皮研究影响
　　在维持生态系统结构、功能和过程方面，土壤微生物发挥着重要作用。尹瑞平[28]研究认为毛乌素沙地沙丘结皮层的土壤微生物总数、细菌、放线菌和真菌数量随生物结皮的发育呈增加的趋势，结皮层的细颗粒物均高于结皮下层土壤。土壤微生物数量与土壤黏粒含量呈显著或极显著负相关关系，与土壤粉粒、黏粒等细颗粒物呈显著正相关关系，表明这些指标的变化能够敏感地指示微生物数量的变化。反过来，随着不同发育阶段生物结皮不断扩殖，土壤粘粒、粉粒等细粒物质也不断增加，粒度组成不断得到优化，进而实现生物结皮逐渐改良土壤结构，有效促进土壤发育[29]。
　　毛乌素沙地是我国4大沙地之一，总面积约4万km2，生物气候带属于干旱荒漠草原至半干旱草原亚地带的过度位置，也是我国北方重要的生态屏障。区内沙地治理的措施大多以物理固沙为主，虽然可以起到一定的效果，但极易遭到风蚀。近些年，韩霁昌[30]研究发现采用砒砂岩与沙进行复配后土体稳定性明显增强，复配后沙化土地黏粒含量明显提高，复配土體的保水性对于毛乌素沙地生物结皮的扩殖起到了一定的促进作用，关于砒砂岩复配下沙地生物结皮的发育及演替特征还需要开展深入的研究。 　　参考文献
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