库布齐沙漠生物结皮层的肥岛特征研究

论文摘要

沙漠地区生物结皮层能够影响土壤的稳定和侵蚀、大气氮的固定、植物养分的吸收、土壤-植物-水分关系、水分渗透、种子萌发和植物生长等,引起了国内外生态研究者的广泛关注。本论文以库布齐沙漠和毛乌素沙地的生物结皮层为对象,从生物结皮层土壤肥力、生物化学特性、颗粒物质来源以及生物结皮的生态功能等多角度系统研究了生物结皮层的肥岛效应及其形成机制。结果表明生物结皮层具有明显的肥岛现象,并且结皮类型不同,养分含量不同。和对照相比,生物结皮层速效性氮含量平均提高95.07%,速效磷提高36.43%,速效钾提高18.37%,全氮提高77.83%,全磷提高19.91%,有机质提高55.35%;细菌、放线菌和真菌含量分别比对照提高2179.27倍、3.04倍和13.99倍。生物结皮层的腐殖质组成含量明显高于沙土,腐殖酸含量平均比对照增加80.1%;胡敏酸含量增加83.7%;富里酸含量增加63.4%;胡敏酸和富里酸的比值（H/F）增加19.7%。生物结皮层过氧化氢酶活性平均提高2.5倍,脲酶活性平均提高0.54倍,蔗糖酶活性平均增加16.17倍,多酚氧化酶活性增加1.95倍。和对照沙土相比,生物结皮层的物理特性明显改善,0.1-0.15mm颗粒平均含量达到42.74%,而0.05-0.2mm颗粒平均含量达84.83%,生物结皮层物理性粘粒和粘粒含量分别增加87.8%和59.1%,表明生物结皮层颗粒物质具有明显的细化趋势。生物结皮层的最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、总孔隙度分别比对照沙土提高141.5%、96.0%、37.2%和68.9%,说明生物结皮层的吸水保水能力明显改善,并影响降水下渗和水分的再分配过程。生物结皮层肥岛形成机制的研究结果表明:生物结皮层覆盖能够通过降水淋溶作用而增加下层土壤养分的含量,进而促进植物对养分的吸收;生物结皮层养分输入有结皮生物代谢、降尘、风沙流和植物分解矿化作用等多种途径,但生物结皮层的颗粒物质来源主要是近地表风沙流,而不是大气降尘;生物结皮层覆盖对0-5cm土层自然含水量有一定的保护作用,并影响降水向深层渗透,不能有效的阻止表层水分的蒸发进程;研究表明采取人工促进技术能够在流动沙丘上形成生物结皮层,实现流动沙地的快速治理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 生物结皮概述
• 1.1.1 生物结皮的概念
• 1.1.2 生物结皮类型与分布
• 1.1.3 生物结皮的作用
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 国外研究现状
• 1.3.1 生物结皮生物成分
• 1.3.2 生物结皮生态特征
• 1.3.3 生物结皮其他研究
• 1.4 国内研究现状
• 1.4.1 沙漠生物结皮的生物组成研究
• 1.4.2 沙漠生物结皮的结构与发育特性研究
• 1.4.3 沙漠生物结皮物理化学特性和酶活性研究
• 1.4.4 沙漠生物结皮生态作用研究
• 1.4.5 生物结皮相关研究
• 1.5 存在问题
• 1.6 研究内容、目标及技术路线
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究目标
• 1.6.3 技术路线
• 1.7 小结
• 2 研究材料与方法
• 2.1 研究区自然概况
• 2.1.1 气候特征
• 2.1.2 降水特征
• 2.1.3 水文特征
• 2.1.4 土壤类型
• 2.1.5 植被特征
• 2.2 调查与研究方法
• 2.2.1 生物结皮层肥岛特征研究方法
• 2.2.2 生物结皮层土壤有机质特征研究方法
• 2.2.3 生物结皮层肥岛形成机制研究方法
• 2.2.4 维管植物养分吸收和种子拦截作用研究方法
• 2.2.5 风沙土水分模拟蒸发影响的研究方法
• 2.2.6 生物结皮层人工促进技术研究方法
• 2.3 分析测定方法
• 3 生物结皮层肥岛特征研究
• 3.1 研究结果与分析
• 3.1.1 生物结皮层肥岛的养分特征研究
• 3.1.2 生物结皮层肥岛的物理特征研究
• 3.1.3 生物结皮层肥岛生物酶活性变化
• 3.1.4 生物结皮层肥岛微生物含量的变化
• 3.1.5 沙地植被建立时间对生物结皮层肥岛特征的影响
• 3.2 讨论
• 3.3 小结
• 4 生物结皮层肥岛有机质的形成特征研究
• 4.1 结果与分析
• 4.1.1 不同地区生物结皮层腐殖质组成的变化
• 4.1.2 植被建立时间对生物结皮层腐殖质组成变化的影响
• 4.1.3 不同取样位置生物结皮层腐殖质组成含量变化
• 4.1.4 生物结皮层腐殖质组成的地带性变化探讨
• 4.2 小结
• 5 生物结皮层肥岛形成的机制研究
• 5.1 结果与分析
• 5.1.1 生物结皮层颗粒物质来源探讨
• 5.1.2 生物结皮层生长代谢对形成肥岛的影响
• 5.1.3 生物结皮层肥岛的养分输入途径探讨
• 5.2 讨论
• 5.3 小结
• 6 生物结皮层对维管植物养分吸收和种子拦截作用
• 6.1 结果与分析
• 6.1.1 生物结皮层土壤养分含量的变化
• 6.1.2 生物结皮层对下层风沙土肥力的影响
• 6.1.3 生物结皮层对当年生植物养分吸收的影响
• 6.1.4 生物结皮层对多年生植物养分吸收的影响
• 6.1.5 生物结皮层对维管植物种子拦截的影响
• 6.2 讨论
• 6.3 小结
• 7 生物结皮层对沙土水分变化特征的影响
• 7.1 结果与分析
• 7.1.1 生物结皮层覆盖对自然含水量的影响
• 7.1.2 生物结皮层覆盖对沙土蒸发特性的影响
• 7.2 讨论
• 7.3 小结
• 8 沙漠地区生物结皮层人工促进技术研究
• 8.1 结果与分析
• 8.1.1 库布齐沙漠藻种的分离纯化
• 8.1.2 人工接种藻类的生物量变化及影响因素分析
• 8.1.3 人工促进生物结皮层养分含量的变化特征
• 8.1.4 人工促进生物结皮层颗粒组成的变化
• 8.2 讨论
• 8.3 小结
• 9 结论
• 9.1 主要研究结论
• 9.2 研究特色与创新
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介