民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮發育對淺層土壤質地、養分含量及微生物數量的影響

何芳蘭,郭春秀,吳 昊,劉左軍,徐 文,金紅喜,*

1 甘肅河西走廊森林生態系統國家定位觀測研究站,武威 733000 2 甘肅省治沙研究所,蘭州 730070 3 蘭州理工大學生命科學與工程學院,蘭州 730050

民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮發育對淺層土壤質地、養分含量及微生物數量的影響

何芳蘭1,2,郭春秀2,吳 昊2,劉左軍3,徐 文3,金紅喜2,*

1 甘肅河西走廊森林生態系統國家定位觀測研究站,武威 733000 2 甘肅省治沙研究所,蘭州 730070 3 蘭州理工大學生命科學與工程學院,蘭州 730050

為探明干旱沙區沙丘生物土壤結皮形成及發育對淺層土壤質地、養分含量及微生物數量的影響,以民勤綠洲邊緣結皮前期階段(NCS)、物理-藻類結皮階段(PACS)、藻類-地衣結皮階段(ALCS)以及地衣-蘚類結皮階段(LMCS)的0—1 cm層土壤為研究對象,研究了土壤顆粒組成、土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量以及土壤微生物數量動態變化。結果表明：1)生物土壤結皮在NCS向ALCS的發育過程中,其有效地提高了0—1 cm層土壤細沙粒(0—200 μm)含量,同時降低了粗砂粒(200—2000 μm)含量；在ALCS向LMCS演替過程中,土壤粒度組成無明顯變化。2)土壤結皮形成與發育對0—1 cm層土壤有機質、全氮、速效磷以及速效鉀含量均有顯著影響(P<0.05),4種養分含量均隨生物結皮演替逐漸增大。3)在土壤結皮形成與演替過程中,0—1 cm層土壤細菌、放線菌以及真菌數量均呈現出先增大后減小趨勢(峰值均出現在PACS),土壤總藻生物量一直處于持續增大趨勢；在5—12月期間,土壤微生物數量或生物量變化均呈現出先增大后減小趨勢。4)土壤結皮在NCS向PACS演替過程中,土壤顆粒組成的改變是土壤微生物量及養分變化的主要驅動因子；PACS向LMCS演替過程,土壤藻類、地衣、蘚類是提高土壤養分含量的主要因子。表明民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮形成與發育能有效地改善淺層土壤質量,提高土壤肥力,同時對土壤生態系統改善及生態環境保護具有重要作用。

民勤綠洲；生物土壤結皮；土壤粒度；養分

民勤位于河西走廊東北部,東、西、北三面被騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠包圍。近年來,在當地政府與人民群眾的共同努力下建植了大面積的人工固沙林,已在其外圍形成了長達300多km的“綠色長城”固沙帶[1]。隨人工林林地植被蓋度逐漸增大,原有的流動或半固定沙丘逐漸趨于穩定,沙丘表層逐漸形成土壤結皮,尤其是綠洲與荒漠毗鄰區域更為明顯。沙丘表面生物土壤結皮形成與發育有效固定了沙面,減少地面風沙活動以及土壤風蝕,從而減緩了就地起沙帶來的沙塵危害。也有研究顯示,干旱沙區生物土壤結皮形成及發育阻礙降雨及時入滲,致使沙丘深層土壤含水量下降[2-8]；生物土壤結皮在土壤表層形成外殼,使得植物種子空間分布淺表化,從而限制了部分植物種子更新[9-11]。

目前,民綠洲邊緣沙丘表面生物土壤結皮形成后,人工梭梭林逐漸出現衰退現象,衰敗程度隨生物土壤結皮演替呈加劇趨勢。同時,一些長期從事風沙一線的科技工作者對其退化原因、人工復壯技術以及土壤水分動態開展了大量研究[12-15],并取得了一定成果。然而,該區域沙丘生物土壤結皮發育過程淺層土壤顆粒組成、養分含量及微生物數量是否也受到影響？是正作用還是副作用？從現有文獻資料來看,有關這方面的研究甚少。為此,本文試圖在民勤綠洲邊緣選擇生物土壤結皮不同發育階段的林地,通過對其0—1 cm土壤粒度組成、養分含量及微生物數量等研究,探討干旱荒漠區沙丘生物土壤結皮形成與發育過程土壤生態系統演變規律,為干旱區沙丘土壤結皮生態功能的正確評價提供理論依據。

1 研究方法

1.1 研究區自然概況

研究區位于石羊河下游民勤西沙窩 (102 °59 ′05 ″ E,38 °34 ′28 ″ N),該區域屬于典型溫帶大陸性荒漠氣候。冬季寒冷,夏季酷熱,晝夜溫差大,年平均氣溫7.6 ℃,極端低溫-30.8 ℃,極端高溫40.0 ℃,無霜期175 d；降雨量小,蒸發量大,氣候干燥,年均降雨量113.2 mm,年均蒸發量2604.3 mm,干燥度5.1,最高達18.7,相對濕度47%；光熱充足,年均日照時數2799.4 h,≥10 ℃的活動積溫3036.4 ℃；冬季盛行西北風,全年風沙日可達83 d,并多集中在2—5月,年均風速2.5 m/s,最大風速為23.0 m/s；地下水位深23 m左右。

1.2 樣地選擇及取樣

2014年7月在民勤治沙綜合試驗站周邊20世紀70—90年代建植的人工梭梭林中選擇典型林地。依據生物土壤結皮的厚度、下墊面深度以及地被物特征(表1),將林地劃分為結皮前期階段(NCS)、物理—藻類結皮階段(PACS)、藻類—地衣結皮階段(ALCS)以及地衣—蘚類結皮階段(LMCS)(圖1)。在4梯度林地沙丘迎風坡(坡度介于10 °—13 °之間)中下部布設10 m×100 m樣帶,每個階段3個,共12個；樣帶內設5個2 m×2 m小樣方(圖2),共60個。

表1 不同發育階段生物結皮林表特征及植被組成

表中NCS、PACS、ALCS 、LMCS分別代表結皮前期None crust stage、物理-藻類結皮階段Physical-algae crust stage、藻類-地衣結皮階段Algae-lichen crust stage和地衣-蘚類結皮階段(lichen-moss crust stagen)

理化性質土樣采集：于2015年7月6—8日在小樣方內外緣隨機開挖4—6 cm坡面,鏟子(12 cm×14 cm)插入0—1 cm土壤層底部、鏟刀(10 cm×2 cm)分離3邊后采集土壤(下同),每個樣地土樣混合后裝入棉質土樣袋中,帶入實驗室自然風干待用；微生物土樣采集：于2015年5月、7月、9月及12月上旬,在小樣方內取3個面積10 cm×10 cm×1 cm土樣(保證每次取樣點不重合),去掉雜物并將每個樣地土樣混合后裝入無菌帶置于冰箱冷凍,然后用冰袋保鮮運輸至蘭州實驗室冰箱待用。

圖1 土壤生物結皮發育階段Fig.1 The succession stages of biological soil crust on the sand dunes圖中NCS、 PACS、ALCS、LMCS分別代表結皮前期None crust stage、物理-藻類結皮階段Physical-algae crust stage、藻類-地衣結皮階段Algae-lichen crust stage和地衣-蘚類結皮階段lichen-moss crust stagen

圖2 樣地及樣方布設示意圖Fig.2 The schematic diagram of sample area and samples layout

1.3 土樣測定

1.3.1 粒徑組成測定

將風干土壓碎后混合均勻,“5點法”采集3份1.05—1.26 g土樣,用馬爾文粒度儀測定土壤顆粒粒徑體積百分比組成。

1.3.2 土壤養分測定

風干土用木棒研磨、過篩后,采用“重鉻酸鉀容量法-外加熱法”土壤有機質、“醋酸銨-火焰光度計法” 測定速效鉀、“碳酸氫鈉法”測定速效磷 以及“凱式定氮法”測定全氮[16]。

1.3.3 土壤微生物測定

土壤微生物數量：土壤微生物數量采用平板表面涂抹法計數[17]。細菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基,放線菌采用改良高氏一號培養基,真菌采用馬丁-孟加拉紅培養基[18]。

土壤總藻生物量：采用趙洋等人的測定方法[19]。

1.4 數據分析

應用Excel和SPSS 18.0軟件完成數據處理和統計分析。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duccan′s多重比較方法對生物土壤結皮發育4階段淺層的土壤粒度組成、養分含量及微生物數量進行顯著性分析(取顯著度a=0.05)。

2 結果與分析

2.1 沙丘生物土壤結皮發育發育對0—1 cm土壤顆粒組成影響

民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮不同發育發育階段0—1 cm土層土壤顆粒組成見表2,可見生物結皮顯著影響淺層土壤顆粒組成(P<0.05)。其中,在NCS逐漸演替到PACS、ALCS的過程中,土壤粘粒、粉粒、細沙粒體積百分比分別增大了2.50、2.53、0.17和4.67、4.50、0.47倍,粗砂粒體積百分比分別減小0.47%和0.89%；在ALCS向LMCS階段演替過程中土壤顆粒體積比變化較小,其兩者土壤顆粒體積百分比差異不顯著。此外,在NCS和PACS,土壤主要以細沙粒和粗砂粒組成,其體積百分比和高達94.27%和79.75%；在ALCS和LMCS,土壤主要以粉粒和細沙粒為主,其體積百分比和均高于86%。

表2 沙丘生物土壤結皮不同發育階段0—1cm土壤顆粒組成

同一列不同字母表示水平間差異性顯著；反之,差異不顯著

2.2 沙丘生物土壤結皮發育對0—1cm土壤養分含量影響

沙丘不同生物土壤結皮階段0—1 cm層土壤有機質、速效鉀、速效磷及全氮見圖3,可見土壤結皮對各養分含量均有顯著影響(P<0.05)。由圖3可以見,在土壤結皮發育過程中,0—1 cm層土壤有機質含量呈增大趨勢；LMCS的有機質含量最大,分別是NCS、PACS及ALCS的9.5、3.4、3.2倍；除PACS與ALCS土壤有機質含量差異不顯著外,其他階段兩兩之間差異顯著(P<0.05)。由圖3可知,0—1 cm層土壤速效鉀、速效磷及全氮含量隨土壤結皮發育階段有增加趨勢,在LMCS含量分別是NCS、PACS及ALCS的2.8、2.6、1.2,5.8、3.9、1.9倍和12.6、9.6、2.5倍,4階段3種養分含量兩兩之間差異均顯著(P<0.05)。此外,民勤綠洲邊緣沙丘土壤結皮發育過程,0—1 cm層土壤中含量有機質最多,其次為全氮、速效鉀、速效磷。

圖3 土壤結皮形成過程中土壤細菌數量動態變化Fig.3 The dynamic change of soil nutrients in the process of biological soil crust succession

2.3 沙丘生物土壤結皮發育對0—1 cm土壤微生物數量或生物量影響

2.3.1 沙丘土壤結皮發育過程中土壤細菌數量變化

由圖4可知,土壤細菌數量不僅在結皮發育的不同階段差異顯著,而且在同一階段不同月份也存在變化。其中,土壤細菌數量在5—12月期間呈現出先增大后減小趨勢,PACS和ALCS細菌數量7月值最大,其次為5月、9月、12月；NCS細菌數量9月值最大,其次為7月、5月、12月；ALCS土壤細菌數量9月最大,其次為7月、12月、5月。5和7月份,4階段細菌數量大小為：ALCS>PACS>NCS>LNCS,兩兩之間差異均顯著(P<0.05)；在9月份,4階段細菌數量大小為：LMCS>NCS>PACS>ALCS,兩兩之間差異均顯著(P<0.05)；在12月份,ALCS的數量最小,并與PACS、ALCS、LMCS差異顯著(P<0.05),PACS、ALCS及LMCS兩兩之間差異不顯著。不同月份細菌數量均值大小為：PACS>ALCS>NCS>LMCS,除PACS與ALCS間差異不顯著外,其余兩兩之間差異顯著(P<0.05)。

圖4 土壤結皮發育過程中土壤細菌數量動態變化Fig.4 The dynamic change of soil bacterial quantity in the process of biological soil crust succession

2.3.2 沙丘生物土壤結皮發育過程中土壤放線菌數量變化

生物土壤結皮不同發育階段土壤放線菌數量見圖5,可見4個階段土壤放線菌數量在5—12月期間呈現出很大變化。5月和7月上旬,4階段土壤放線菌數量兩兩之間差異均顯著(P<0.05),大小依次為：PACS>ALCS>LMCS>NCS；9月上旬,NCS放線菌數量與其它階段差異顯著(P<0.05),大小依次LMCS>ALCS> PACS>NCS；12月上旬,不同階段放線菌數量兩兩之間差異不顯著。盡管不同階段土壤放線菌數量在5—12月期間處于變動狀態,均呈現出先增大后減小的趨勢,9月份達到峰值。不同月份放線菌數量均值大小依次為：PACS>ALCS >LMCS >NCS,除NCS與LMCS 、ALCS、PACS間差異顯著外,其余間差異均不顯著。

圖5 生物土壤結皮發育過程中土壤放線菌數量動態變化Fig.5 The dynamic change of soil actinomycetes quantity in the process of biological soil crust succession

2.3.3 沙丘生物土壤結皮發育過程中土壤真菌數量變化

由圖6可知,生物土壤結皮不同發育發育階段土壤真菌數量完全不同,同一階段土壤真菌數量在不同月份變化較大。其中,5月份,LMCS土壤真菌數量最大,與其它階段差異顯著(P<0.05)；7月份,4階段土壤真菌數量兩兩之間差異均顯著(P<0.05),大小為：PACS>ALCS>LMCS>NCS；9月份,PACS土壤真菌數量最大,除NCS與LMCS間差異不顯著外,其余兩兩之間差異均顯著(P<0.05)；12月份,LMCS土壤真菌數量最大,值為其它階段的5倍以上。4階段的土壤真菌數量在5—12月內變化規律均為：先急劇增大—保持緩慢減小—急劇減小,NCS和LMCS的峰值出現在9月份,PACS和ALCS的峰值出現在7月份。真菌數量均值大小依次：PACS>ALCS>LMCS> NCS,除PACS與ALCS間差異不顯著外,其余兩兩之間差異均顯著(P<0.05)。

2.3.4 沙丘生物土壤結皮發育過程中土壤總藻含量變化

從圖7可以看出,0—1 cm土壤總藻含量不僅隨生物土壤結皮發育變化而變化,同時在不同季節也呈現出明顯的變化。在5月、7月、9月及12月,4個階段土壤總藻生物量大小均為：LMCS>ALCS>PACL>NCS, 4階段總藻生物量在同一時間點兩兩之間差異均顯著(P<0.05)；從5—12月,4個階段的土壤總藻含量均呈現出先增大后減小的趨勢,峰值出現在9月份,各水平兩兩之間差異均顯著(P<0.05)。不同月份總藻生物量均值大小為：LMCS>ALCS>PACL>NCS,兩兩之間差異均顯著(P<0.05)。

圖6 土壤結皮發育過程中土壤真菌數量動態變化Fig.6 The dynamic change of soil fungus quantity in the process of biological soil crust succession

圖7 土壤結皮發育過程中土壤總藻含量動態變化Fig.7 The dynamic change of soil total algae content in the process of biological soil crust succession

2.4 土壤粒徑、養分、微生物量間相關性分析

為了進一步了解民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮發育過程0—1 cm層土壤顆粒組成、土壤養分含量及土壤微生物數量之間的相互關系,對7月上旬土壤樣的12個指標進行了相關性分析(表3)。由表3可以看出,土壤總藻生物量與土壤有機質、速效鉀、速效磷、全氮、粘粒、粉粒、細沙粒均呈現出極顯著正相關關系(P<0.01),與土壤粗砂粒間呈極顯著負相關關系(P<0.01)；土壤細菌數量與放線菌數量、真菌數量呈極顯著正相關(P<0.01),與其他指標之間無顯著相關性。不同階段土壤養分兩兩之間均存在極顯著正相關關系(P<0.01),并與細沙粒、粉粒、細沙粒體積百分比呈極顯著正相關關系,與粗砂粒含量呈極顯著負相關關系(P<0.01)；土壤4種顆粒中,粘粒、粉粒及細沙粒兩兩之間呈極顯著正相關關系,與粗砂粒間均呈現極顯著負相關關系(P<0.01)。

3 討論

民勤綠洲邊緣沙丘的生物土壤結皮從NCS演替到ALCS,0—1 cm層土壤粘粒(0.01—2 μm)、粉粒(2—20 μm)以及細沙粒(20—200 μm)含量均逐漸增大,而粗砂粒(200—2000 μm)含量急劇減小；從ALCS演替到LMCS過程中,以上4種顆粒組成幾乎沒有變化。這可能是NCS沙丘表面還未固定,長期受風力侵蝕,表層較小顆粒被吹移至別處,致使表層粗砂粒含量較高,而細沙粒、粉粒以及粘粒含量較少；從NCS逐漸演替PACS、ALCS、LMCS,沙丘表面土壤結皮逐漸形成防止了土壤細小顆粒被吹移,同時其結皮下墊面逐漸吸納了異地被吹移來的細小顆粒,最終驅使土壤表層0—1 cm土壤細小顆粒物增多,粗顆粒減少；至于ALCS向LMCS演替過程中土壤顆粒組成變化不顯著,這可能是ALCS向LMCS演替時間跨度比較短,而土壤表層顆粒組成異質性較小。土壤是由大小、形狀不同的固體組分和空隙所形成的多空介質,其顆粒組成影響著土壤水力、肥力狀況,并與土壤退化直接相關[20- 22]。民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮形成與發育能顯著地提高土壤細沙粒(0—200 μm)含量、降低粗砂粒(200—2000 μm)含量,從而改善了土壤質地,這與高光磊等人對毛烏素沙地的研究結果相似[23]。

表30—1cm層土壤顆粒組成、土壤養分及土壤微生物含量間的相關性分析

Table3Correlationanalysisbetweeneverytwoparametersofsoilparticle-sizedistributionandnutrientandmicroorganismcontentsinthe0—1cmlayer

因子Factors總藻Totalalgae細菌Bacteria放線菌Actinomycetes真菌Fungi有機質Organicmatter速效鉀Availablepotassium有效磷Availablephosphorous全氮Totalnitrogen粘粒Clayparticle粉粒Siltparticle細沙粒Finesand粗砂粒Coarseparticle總藻Totalalgae1細菌Bacteria-0．4271放線菌Actinomycetes-0．2590．825??1真菌Fungi-0．2210．808??0．4931有機質Organicmatter0．969??-0．498-0．352-0．2031速效鉀Availablepotassium0．889??-0．107-0．422-0．0970．753??1有效磷Availablephosphorous0．979??-0．284-0．442-0．1290．908??0．955??1全氮Totalnitrogen0．941??-0．201-0．219-0．1310．834??0．989??0．980??1粘粒Clayparticle0．721??0．290-0．1480．3530．595?0．894??0．829??0．866??1粉粒Siltparticle0．783??0．206-0．2460．3050．672??0．914??0．876??0．896??0．994??1細沙粒Finesand0．826??0．096-0．2950．1090．688??0．974??0．917??0．951??0．967??0．976??1粗砂粒Coarseparticle-0．800??-0．1670．259-0．223-0．674??-0．945??-0．895??-0．924??-0．989??-0．995??-0．993??1

+正相關,-負相關,*顯著相關(P<0.05),**極顯著相關(P<0.01)

本研究發現,在土壤結皮從NCS逐漸演替到PACS、ALCS以及LMCS過程中,土壤有機質、速效鉀、速效磷、有機質均逐漸增大。這主要是土壤結皮形成與發育固定沙表面,改變了表層土壤結構,阻止土壤表層養分流失[24-25]；此外,土壤結皮形成與發育過程中,微生物、地衣以及苔蘚出現不斷地在沙丘表面形成腐殖質,有效地促進了土壤有機質的積累和養分提高,特別是藍藻生長為土壤提供了氮源[26-27]。土壤養分是反應土壤質量以及衡量土壤肥力重要依據。因此,民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮形成與發育能顯著改善了表層土壤質量,提高土壤肥力。

不同結皮發育階段0—1 cm層土壤微生物細菌、放線菌、真菌數量以及總藻生物量測定發現,這些指標在同一時間點(5、7、9以及12月上旬)不同結皮階段(NCS、PACS、ALCS以及LMCS)或同一階段不同時間點均存在變化,變化趨勢為：細菌和真菌數量以及總藻生物量在時間和空間尺度內均呈現出先增大后減小；放線菌數量在空間尺度上呈現出先急劇減小再保持不變,在時間尺度上呈現出先增大后減小趨勢。研究資料表明,土壤微生物數量及生物量變化不僅受環境因子影響,同時微生物之間存在直接或間接的互作[28- 30]。因此,本研究土壤微生物動態變化應該受多因子驅動形成的,至于那些因子在不同空間尺度或時間點起主導作用,仍待于開展進一步研究。

土壤生態系統是土壤中生物與非生物環境的相互作用通過能量轉換和物質循環構成的整體,各生物因子及非生物因子間存在相互作用與制約的復雜關系。本研究發現總藻生物量與土壤養分、土壤細沙粒(0.01—200 μm)間均存在極顯著正相關關系,與土壤放線菌數量、土壤粗砂粒(200—2000 μm)呈極顯著負相關關系；細菌、放線菌及真菌間均呈極顯著正相關關系,而放線菌與土壤養分間呈顯著負相關關系；4種土壤養分間及其與細沙粒間存在極顯著正相關關系。有研究資料報到[31-34],細菌的揮發性物質影響著真菌的生長,適量增加土壤氮、磷、鉀等養分能有效地提高土壤微生物量,土壤微生物量與土壤養分呈正相關關系等。本研究認為,諸如土壤細菌與真菌呈正相關關系以及土壤養分與部分微生物之間無相關性等現象可能是細菌、真菌、放線菌在整個變化過程中受多個因子影響,而養分對細菌、真菌以及放線菌影響以及細菌對真菌抑制等小于其他因子影響。

基于以上研究與分析,本研究認為在NCS向PACS演替過程中土壤顆粒組成的改變是土壤微生物數量及養分變化的主要驅動因子；PACS向ALCS演替過程中,土壤藻類快速繁殖及地衣的出現促使土壤養分積累,同時結皮形成的下墊面吸納細小“客”粒改變了土壤顆粒組成；在ALCS向LMCS過渡中,土壤藻類、地衣、蘚類是提高土壤養分含量的主要影響因子。因此,民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮形成與發育有效地改善了淺層土壤質量,提高了土壤肥力,對該區域土壤生態系統改善及生態環境保護有重要的意義。

4 結論

(1)民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮在NCS向ALCS演替過程中有效地提高沙丘0—1 cm層土壤細沙粒(0—200 μm)體積百分含量,同時降低粗沙粒(200—2000 μm)含量。

(2)生物土壤結皮形成與發育有效提高了土壤0—1 cm有機質、全氮、速效磷及速效鉀的含量,且土壤養分含量隨土壤生物結皮不斷演替而逐漸增大。

(3)生物土壤結皮發育初期(PACS)最有利于土壤細菌、真菌、放線菌繁殖；結皮形成有利于藻類繁殖,其總藻生物量一直隨生物結皮演替逐漸增大；5—12月期間,4種微生物量變化均呈現出先增加后減小趨勢,峰值出現在7或9月。

(4)在NCS向PACS演替過程中,土壤顆粒組成的改變是土壤微生物數量及養分變化的主要驅動因子；在PACS向 LMCS演替過程中,土壤藻類、地衣、蘚類是提高土壤養分含量的主要影響因子。

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Effectofbiologicalsoilcrustsuccessiononsoiltexture,nutrientcontents,andmicrobialpopulationsofdunesurfacesattheedgeoftheMinqinOasis

HE Fanglan1,2, GUO Chunxiu2, WU Hao2, LIU Zuojun3, XU Wen3, JIN Hongxi2,*

1GansuHexiCorridorForestEcosystemNationalResearchStation,Wuwei733000,China2GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China3LanzhouUniversityofTechnology-SchoolofLifeScienceandEngineering,Lanzhou730050,China

The Minqin Oasis is located in the northwest Hexi Corridor, and the northern, western, and eastern edges are surrounded by the Tengger and Badain Jaran Deserts. To manage sand and prevent sandstorms, large tracts ofHaloxylonammodendronplantations have previously been planted on fixed and semi-fixed sand dunes of the Minqin Oasis fringe. At present, many biological soil crusts have formed and are developing in the fixed woodland. To ascertain whether the formation and development of dune biological soil crust affects soil texture, nutrient contents, and microorganism populations, the woodland ofH.ammodendronplantations were divided into a no crust stage (NCS), physical-algal crust stage (PACS), algal-lichen crust stage (ALCS), and lichen-moss crust stage (LMCS) according to crust coverage, crust thickness, and underlying and ground covers. Here, the contents of soil clay, silt, fine sand, and coarse sand particles, organic matter, total nitrogen, available phosphorus and potassium, and the populations or biomass of bacteria, fungi, and actinomycetes in the 0—1 cm soil layer were measured and studied. The results showed that 1) the formation and development of biological soil crusts from NCS to ALCS not only considerably increased the content of fine soil particles (0—200 μm) but also decreased soil coarse particle (200—2000 μm) contents. However, there was no significant change in soil particle composition during the succession from ALCS to LMCS; 2) the succession of biological soil crusts obviously influenced the contents of soil organic matter, total nitrogen, available phosphorus and potassium, and their contents gradually increased with succession; 3) during biological soil crust succession, all quantities of soil bacteria, fungi, and actinomycetes showed a trend of initially increasing and then decreasing, peaking in PACS. Simultaneously, the soil total algal biomass continuously increased. Furthermore, microbial quantities or biomass also presented a trend of initially increasing and then decreasing from May to December; and 4) in succession from NCS to PACS, the change of soil particle composition was one of the main factors causing variations in soil organic matter, total nitrogen, available phosphorus and potassium, bacteria, fungi, and actinomycetes. During succession from PACS to LMCS, soil algae, lichen, and mosses were the main factors improving soil organic matter, total nitrogen, and available phosphorus and potassium contents. It was suggested that the formation and development of the biological soil crust distributed in the surface layer soil of Minqin Oasis fringe dunes not only ameliorated shallow soil quality effectively, but also played a considerable role in improving soil ecosystems and protecting the ecological environment.

Minqin Oasis; biological soil crust; soil particle size; nutrients

國家自然科學基金項目(31360203)；甘肅省創新群體項目(145RJIA335)

2016- 06- 28; < class="emphasis_bold">網絡出版日期

日期:2017- 04- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jinhxcha@163.com

10.5846/stxb201606281277

何芳蘭,郭春秀,吳昊,劉左軍,徐文,金紅喜.民勤綠洲邊緣沙丘生物土壤結皮發育對淺層土壤質地、養分含量及微生物數量的影響.生態學報,2017,37(18):6064- 6073.

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