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黄土高原水蚀交错区生物结皮的时空发育特征研究

作　者: 孟杰
导　师: 卜崇峰；张兴昌
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 生物结皮发育特征土壤酶活性土壤养分黄土高原
分类号: S154.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

生物结皮在全球干旱、半干旱地区普遍存在,具有防风固沙、减少土壤侵蚀、促进土壤养分循环等重要的生态功能。近年来,我国黄土高原地区广泛分布的生物结皮逐渐引起许多学者的关注,利用生物结皮进行水土保持与荒漠化治理具有重要的应用前景,然而目前相关研究比较薄弱,许多科学问题还亟待解决。本文立足于黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域,通过查阅文献、野外调查取样与定位观测、室内分析相结合的方法研究了生物结皮的空间分布特征,探讨了生物结皮的分布特征同土壤类型、植被状况、坡向之间的关系;通过建立野外观测小区,对初期生物结皮的发育特征进行了初步分析,同时还开展了生物结皮对土壤酶活性及养分的影响研究,综合探讨该区生物结皮的形成过程及其机理,为科学认识生物结皮的生态功能提供基本理论。所得主要结论有:(1)该区生物结皮主要为发育较为完善或稳定的苔藓结皮,偏向于形成地表环境相对稳定、水分条件较好的梁峁坡或梁梁峁顶上,结皮盖度大多介于60%~70%,沙地地表生物结皮分布主要分布于背风坡或水分条件较好的中、下坡位以及丘间低地,且多成片发育,而非耕作性黄土地表生物结皮的分布受土壤基质和植被状况影响较大,主要分布于植物群落间隙,呈现出斑块状分布。(2)组成生物结皮的藓类植物共计2科8属15种,基中丛藓科占6属10种,主要为对齿藓属(Didymodon)占4种,分别为尖叶对齿藓(Didymodon constrictus (Mitt.) Saito)、黑对齿藓(Didymodon nigrescens (Mitt.) Saito)、土生对齿藓(Didymodon vinealis Brid.)和硬叶对齿藓尖叶变种(D.rigidulus Headw. var. ditrichoides (Hedw.) Zand.);真藓以真藓属(Bryum)的真藓(Bryum argenteum Hedw.)、狭网真藓(Bryum algovicum Sendt.)、丛生真藓(Bryum caepiticium Hedw.)和宽叶真藓(Bryum funkii Schwaegtr.)为主。芦荟藓(Aloina rigida (Hedw.) Limpr.)和短喙芦荟藓(Aloina brevirostris (Hook. & Grev.) Kindb.)为初期阶段生物结皮中的优势藓类,而发育至较为完善或稳定阶段则以狭网真藓、真藓、尖叶对齿藓优势种,其次是芦荟藓(Aloina rigida (Hedw.) Limpr.)和北地扭口藓(Barbula fallax Hedw.)以及黑对齿藓。(3)初期阶段生物结皮中共有藻类植物7门26科35属50种,其中蓝藻和硅藻占绝对优势,二者共计16科23属38种,占总种数的76.0%,其次是绿藻,计5科6属6种,占总种数的12.0%,而裸藻、甲藻、黄藻及隐藻的种数均较少(仅1~2种)。蓝藻种类主要分布于念珠藻科的鱼腥藻属(Anabaena)、拟鱼腥藻属(Anabaenopsis)及束丝藻属(Aphanizomenon),其次是平裂藻科的集胞藻属(Synechocystis)和平裂藻属(Merismopedia)。硅藻主要分布于圆筛藻科的圆筛藻属(Coscinodiscus)、小环藻属(Cyclotella)、海链藻属(Thalassiosira)和直链藻属(Melosira);其次是菱形藻科的菱形藻属(Nitzachia)和伪菱形藻属(Pseudo-Nitzschia)。结皮中绿藻主要为小球藻(Chlorella vulgaris)、集球藻(Palmellococcus miniatus)、土生绿球藻(Chlorococcum humicola)、衣藻(Chlamydomonas sp.)等。此外,随着生物结皮的不断发育,藻类种数呈现出先增加后减少的趋势。(4)沙地生物结皮较黄土结皮分布普遍,而且发育程度较高,表现在生物结皮的盖度和厚度上,二者的抗剪强度差异不大,介于25.2~27.8 kPa。受土壤的基质影响,沙土结皮的容重大于黄土结皮,分别为1.30 g·cm-3和1.15 g·cm-3,变异系数则分别为6.8%和14.4%,这表明黄土结皮发育程度的变异相对较大。不同植被下生物结皮的分布和发育程度总体呈现为:乔灌下结皮>多年生草本下结皮>一年生草本下结皮。坡向对生物结皮的发育具有显著影响,结皮盖度和厚度明显表现为阴坡>阳坡。(5)雨季是生物结皮形成和发育的关键时期,随着结皮的不断发育,结皮层厚度逐渐增加,但增加幅度相对缓慢;结皮容重则呈现降低趋势,土壤孔隙得以改善,发育比较完善或稳定时的生物结皮容重变化范围为1.0~1.3 g·cm-3,然而初期阶段生物结皮重容的变化不明显,介于1.40~1.43g·cm-3;结皮抗剪强度不断增大,表明其防蚀功能相应增强。(6)生物结皮对土壤酶活性和土壤养分的影响主要体现在结皮层。结皮层的土壤脲酶和过氧化氢酶酶活性分别为下层(0~2cm)土壤的1.56和1.31倍,碱性磷酸酶活性提高幅度最大,为结皮下层的3.72倍;生物结皮能显著提高结皮层土壤有机质、全氮及速效氮含量,而对对速效磷和速效钾的影响不明显;生物结皮层土壤pH为8.08,低于其下0~2cm层土壤(pH=8.32),pH降低可提高土壤养分的生物有效性。由此可见,随着生物结皮的形成和发育,表层土壤的生物化学性质得以改善,这对该区植被的恢复与重建具有一定的积极意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究目的及意义  13
  1.3 国内外研究进展  13-22
    1.3.1 生物结皮的组成与分布特征  14-17
    1.3.2 生物结皮的形成演替及影响因素  17-19
    1.3.3 生物结皮对土壤性质的影响  19
    1.3.4 生物结皮对土壤水文过程的影响  19-20
    1.3.5 生物结皮的研究趋势  20-22
第二章研究内容与方法  22-28
  2.1 研究区概况  22-23
  2.2 研究内容  23
    2.2.1 生物结皮的分布特征及其影响因素  23
     2.2.2 生物结皮的发育过程研究  23
    2.2.3 生物结皮对土壤酶活性及养分含量的影响  23
  2.3 研究方法  23-27
    2.3.1 生物结皮空间分布特征调查  23-24
    2.3.2 生物结皮的发育过程研究  24-25
    2.3.3 生物结皮对酶活性及土壤养分的影响  25-27
  2.4 技术路线  27-28
第三章生物结皮的空间分布特征及其影响因素研究  28-42
  3.1 生物结皮的空间分布特征  28-31
    3.1.1 生物结皮的盖度分布特征  29
    3.1.2 生物结皮的厚度分布特征  29-30
    3.1.3 生物结皮的抗剪强度分布特征  30
    3.1.4 生物结皮的容重分布特征  30-31
  3.2 生物结皮中苔藓组成及分布特征  31-33
  3.3 生物结皮分布的影响因素  33-39
    3.3.1 不同土壤基质对生物结皮分布特征的影响  33
    3.3.2 不同植被下生物结皮生物结皮的分布特征  33-38
    3.3.3 不同坡向生物结皮的发育特征  38-39
  3.4 生物结皮发育特征各指标之间的关系  39-40
  3.5 小结  40-42
第四章生物结皮的发育过程研究  42-53
  4.1 试验期间的降雨量分布  42-43
  4.2 生物结皮形成过程及其盖度的动态变化  43-45
  4.3 生物结皮厚度的动态变化  45-46
  4.4 生物结皮抗剪强度的动态变化  46
  4.5 生物结皮容重的动态变化  46-47
  4.6 生物结皮生物组成的动态变化  47-51
    4.6.1 生物结皮中藻类组成及其动态变化  47-51
    4.6.2 生物结皮中苔藓植物组成及其动态变化  51
  4.7 小结  51-53
第五章生物结皮对土壤酶活性及养分的影响  53-59
  5.1 生物结皮对土壤酶活性的影响  53-55
  5.2 生物结皮对土壤养分的影响  55-57
    5.2.1 对土壤有机质和全氮含量的影响  55-56
    5.2.2 对速效氮、速效磷和速效钾含量的影响  56-57
  5.3 生物结皮对土壤PH 的影响  57
  5.4 小结  57-59
第六章主要结论与展望  59-63
  6.1 主要结论  59-61
  6.2 本研究的不足之处  61-62
  6.3 研究展望  62-63
参考文献  63-69
附录  69-73
致谢  73-74
作者简介  74

黄土高原水蚀交错区生物结皮的时空发育特征研究

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