1、僅供個(gè)人參考生物土壤結(jié)皮初探一. 生物土壤結(jié)皮的概念土壤結(jié)皮一般可分為物理結(jié)皮和生物結(jié)皮兩種，物理結(jié)皮通常是指在雨滴沖 濺和土壤粘粒理化分散的作用下，土表孔隙被堵塞后形成的，或挾沙水流流經(jīng)土 表時(shí)細(xì)小顆粒沉積而形成的一層很薄的土表硬殼，物理結(jié)皮通常被稱為土壤結(jié) 皮，這一術(shù)語現(xiàn)已為大多數(shù)土壤學(xué)家所接受。對(duì)生物結(jié)皮而言，自上世紀(jì)至今， 學(xué)者依次使用了雨水結(jié)皮、藻類結(jié)皮、地衣結(jié)皮、隱花植物結(jié)皮、微植物結(jié)皮、 隱生物結(jié)皮、微小生物結(jié)皮來描述生物結(jié)皮。比較而言，用微小生物結(jié)皮來描述 生物結(jié)皮是最準(zhǔn)確的，因?yàn)樗葟?qiáng)調(diào)了結(jié)皮中所包括的生物比較微小這一特性， 又包含了藻類、真菌和細(xì)菌等重要組分。無論用哪個(gè)詞來

2、描述生物結(jié)皮，但就其 生物組成成分而言學(xué)者們的意見基本上是一致的，即主要是由不同種類的“苔蘚” "地衣"地錢"藻類"真菌"藍(lán)藻以及細(xì)菌等組成，生物土壤結(jié)皮就是由這些生物組分 與其下層很薄的土壤共同形成的一個(gè)復(fù)合的生物土壤層。在我的這篇概括性文章 中就以生物土壤結(jié)皮來表示生物結(jié)皮。二. 生物土壤結(jié)皮的組成和分布生物土壤結(jié)皮是沙漠地區(qū)最具特色的微自然景觀，遍布于沙漠或荒漠地區(qū)， 主要由藻類（包括藍(lán)藻）、地衣、苔蘚、真菌、細(xì)菌等生物組成，它們同土壤顆 粒相互作用，在土壤表面形成一層特殊的表面結(jié)構(gòu)。 荒漠生境中生物土壤結(jié)皮的 分布，是由多種環(huán)境因子共同

3、決定的，如非有機(jī)營養(yǎng)、pH值、氧化還原勢、溫度、土壤通氣狀況和生物問的相互作用等.都是影響生物土壤結(jié)皮分布的主要因 子。另外，季節(jié)和氣候的變化對(duì)土壤結(jié)皮的組成和分布也具有決定性的作用，土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)及光照強(qiáng)度對(duì)土壤結(jié)皮的分布也有一定的影響。For personal use only in study and research; not for commercial use三. 生物土壤結(jié)皮對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和景觀變化的影響1. 對(duì)土壤養(yǎng)分的影響維管植物稀疏分布的地區(qū)，生物土壤結(jié)皮是一個(gè)重要的碳源。雖然維管植物能向 下部土壤提供有機(jī)物質(zhì)，而植被之間的空地上沒有植物分布， 所以有機(jī)物質(zhì)輸入 極少。當(dāng)空地

4、被生物土壤結(jié)皮占據(jù)時(shí)，結(jié)皮有機(jī)體所固定的碳有利于提高植被間 空地的土壤肥力，從而能為土壤微生物種群提供能源。 另外，與其他生態(tài)系統(tǒng)相 比，荒漠生態(tài)系統(tǒng)含氮量較低，其中 77%的氮通過風(fēng)蝕、硝化與反硝化等作用 而丟失。在許多荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，由于 N含量是限制凈初級(jí)生產(chǎn)力的重要因子 之一，因此，維持正常的N循環(huán)對(duì)保持土壤肥力，防止進(jìn)一步荒漠化極其重要。荒漠生態(tài)系統(tǒng)中藍(lán)藻和地衣是重要的固氮源，在光照和黑暗條件下均能固氮，其固氮速率與水分、光照條件以及種類有關(guān)，在其光合作用超過呼吸作用后地衣固 氮速率達(dá)到最咼。For personal use only in study and research; n

5、ot for commercial use2. 對(duì)土壤穩(wěn)定性的影響2.1對(duì)土壤抗蝕性影響生物結(jié)皮的存在，可以顯著地提高土壤的抗蝕性。生物土壤結(jié)皮的生物組分所分泌的有機(jī)凝膠體和多聚糖將松散的土粒同自身粘結(jié)在 一起，形成了一個(gè)致密的抗蝕層，從而增加了土壤表面的穩(wěn)定性。2.2對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響風(fēng)蝕是荒漠地區(qū)主要的侵蝕形式，由于稀疏的植被，大面積的土壤無法受到地被層和植被覆蓋的保護(hù)，土壤只有通過巖石或生物土壤結(jié) 皮變得穩(wěn)定。對(duì)沙質(zhì)土壤的研究表明，在未受擾動(dòng)的生物結(jié)皮覆蓋的表面，臨界起沙風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無結(jié)皮覆蓋的地區(qū)，甚至在結(jié)皮中的生物組成被殺菌劑殺死后 仍能抵抗一定強(qiáng)度的風(fēng)蝕。For pers onal

6、use only in study and research; not for commercial use 2.3對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響保持陡坡上疏松的沙土，增進(jìn)薄土的穩(wěn)定性。土壤生物 結(jié)皮在我國西北干旱半干旱地區(qū)，公路和鐵路沿線工程建設(shè)過程中水土保持中有 著廣泛應(yīng)用。3. 對(duì)維管植物的影響土壤生物結(jié)皮上出現(xiàn)的裂縫、結(jié)皮發(fā)育形成的復(fù)合微地貌及良好的水肥環(huán)境為維 管植物幼苗的萌發(fā)和存活提供了有利條件，特別是在自然環(huán)境條件比較惡劣的生 長季節(jié)，較小的種子可以通過結(jié)皮細(xì)小的裂縫進(jìn)行萌發(fā)，而較大種子的萌發(fā)需要土壤或死地被層。而叢生的多年生植物能降低土壤表面溫度，提供遮陰而增加土 壤表面濕度，也可降低土壤

7、表面的風(fēng)速，這種微生境條件有可能幫助結(jié)皮有機(jī)體 渡過惡劣環(huán)境。研究表明：生物土壤結(jié)皮可以促進(jìn)維管植物對(duì)營養(yǎng)元素（N、P、Ca和M g）的吸收，分布于生物土壤結(jié)皮上的維管植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的含量較 高；藍(lán)藻殼的分泌物常覆蓋黏土顆粒，能截留Fe、Cu、M o、Zn、Co、M n及大分子營養(yǎng)物質(zhì)，并防止其滲入到土壤中；生物土壤結(jié)皮中生物的腐爛分解可增 加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，以維持生長周期較短的先鋒維管植物的生長。For pers onal use only in study and research; not for commercial use但就兩者的生長來看，生物結(jié)皮與維管植物間的相關(guān)關(guān)系可能與兩

8、者的不同 生長發(fā)育階段有關(guān)，在結(jié)皮發(fā)育的早期，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，隨著維管植物覆蓋 的增加，位于下層的結(jié)皮蓋度可能會(huì)因光照和水分等的競爭而降低。4對(duì)動(dòng)物多樣性的影響由于土壤生物結(jié)皮的存在，以生物土壤結(jié)皮為食的螞蟻、無脊椎動(dòng)物以及一些沙 漠等足類甲殼類動(dòng)物從生物土壤結(jié)皮中獲得能量和蛋白質(zhì)及其它營養(yǎng)物質(zhì)。改善飲食結(jié)構(gòu)和生境，使動(dòng)物多樣性大幅增加。For personal use only in study and research; not for commercial use5. 對(duì)景觀異質(zhì)性的影響在干旱半干旱景觀中，“肥力島”或“資源島”現(xiàn)象廣泛存在，水是干旱半干旱 區(qū)生物和非生物過程的決定性因

9、子，因此降水資源的再分配及與此相應(yīng)的土壤資 源再分配（通過侵蝕和沉積）是“資源島”形成最為主要的影響因素，生物結(jié)皮 與景觀內(nèi)的微地形變化相結(jié)合，顯著地改變了小尺度范圍內(nèi)水文循環(huán)和土壤侵蝕 過程，加速了景觀中資源島的形成，促進(jìn)了景觀異質(zhì)性的發(fā)展。反過來，資源島 的出現(xiàn)又會(huì)使景觀中結(jié)皮覆蓋處于不同演替階段，從而表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì) 性。兩者的這種反饋關(guān)系使干旱區(qū)不同尺度上的異質(zhì)性表現(xiàn)得越發(fā)突出，同樣與結(jié)皮相關(guān)的另一重要養(yǎng)分因子氮在自然營力（主要指風(fēng)力和水力）和人為干擾（放 牧、人類和交通工具的破壞）的共同作用下，對(duì)資源島的形成和發(fā)展也起了十分 重要的作用。6. 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和景觀變化評(píng)價(jià)和監(jiān)測的影響

10、在干旱半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的過程中，結(jié)皮被作為一個(gè)十分重要的指 標(biāo)，F(xiàn)AO/UNEP （土地覆蓋分類系統(tǒng)）在其制定的荒漠化制圖和評(píng)價(jià)的暫行方 法中將荒漠化類型分為七類，其中土壤緊實(shí)和物理結(jié)皮是主要類型之一。與物 理結(jié)皮相反，由于生物土壤結(jié)皮改善了土壤結(jié)構(gòu)， 增加了土壤肥力，減少了土壤 侵蝕，因此常被作為生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，考慮到結(jié)皮對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的各方面影響，在評(píng)價(jià)過中通常采用結(jié)皮的蓋度和結(jié)皮的組 成作為量化指標(biāo)。7. 對(duì)土壤水分循環(huán)的影響生物土壤結(jié)皮對(duì)土壤水分循環(huán)的影響在很大程度上因地區(qū)而異。對(duì)某一給定區(qū)域來說，結(jié)皮的發(fā)育水平、區(qū)域氣候、土壤表面粗糙度、毀滅性干擾

11、的時(shí)間間 隔、土壤質(zhì)地以及土壤結(jié)構(gòu)等極大影響著土壤水分循環(huán)，其中土壤質(zhì)地尤為重要，如黏土的水分入滲率則較低。土壤上層的水分循環(huán)特性與土壤穩(wěn)定性、土壤結(jié)構(gòu)、 有機(jī)物含量、土壤粗糙度以及微地形等特征有關(guān)，而生物土壤結(jié)皮能改變這些特 征，從而影響土壤的水分循環(huán)。通過土壤表面水分的滯留時(shí)間和滲透率來協(xié)調(diào)、 控制水分入滲率，因?yàn)榇植诘耐寥辣砻婺茉黾铀值臏魰r(shí)間， 所以生物土壤結(jié) 皮形成的粗糙土壤表面微地貌可作為滯留水分的結(jié)構(gòu)。 對(duì)世界范圍內(nèi)不同土壤和 氣候條件下，生物土壤結(jié)皮和水分循環(huán)之間的影響十分復(fù)雜。8. 對(duì)土壤反射率的影響由于生物土壤結(jié)皮中的地衣和苔蘚植物具有光合作用的特性， 在遇水恢復(fù)生理活

12、性并進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)時(shí)，其放射特性與高等植物相似。對(duì)于生物土壤結(jié)皮發(fā)育 良好的土壤，如分布有顏色較深的植物.能吸收更多的能量，溫度比周圍環(huán)境的 要高，所以其反射率較低。四. 土壤生物結(jié)皮研究展望1生物土壤結(jié)皮與退化生態(tài)系統(tǒng)的重建方面的研究特別是荒漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與重建2. 干擾強(qiáng)度適度性研究對(duì)生物結(jié)皮存在的生態(tài)系統(tǒng)而言，隨著結(jié)皮覆蓋及其各組分的變化，整個(gè)系統(tǒng)正 從“非穩(wěn)態(tài)”向“穩(wěn)態(tài)”方向演替，適宜的干擾強(qiáng)度，將保證系統(tǒng)在彈性限度內(nèi) 維持其原有的演替方向，使保護(hù)和利用達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一。3. 生物土壤結(jié)皮生態(tài)功能方面的研究如對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)與貯存、水分循環(huán)、二氧化碳固定、種子植物萌發(fā)和建群 等的影響進(jìn)行研究，特別是對(duì)水分循環(huán)的影響，因?yàn)樵诟珊蛋敫珊档貐^(qū)決定植物 存活的最關(guān)鍵因子是水分，尤其是在極端干旱的地區(qū)如沙漠邊緣地區(qū)。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.P