土壤结皮初探

1、仅供个人参考生物土壤结皮初探一. 生物土壤结皮的概念土壤结皮一般可分为物理结皮和生物结皮两种，物理结皮通常是指在雨滴冲 溅和土壤粘粒理化分散的作用下，土表孔隙被堵塞后形成的，或挟沙水流流经土 表时细小颗粒沉积而形成的一层很薄的土表硬壳，物理结皮通常被称为土壤结 皮，这一术语现已为大多数土壤学家所接受。对生物结皮而言，自上世纪至今， 学者依次使用了雨水结皮、藻类结皮、地衣结皮、隐花植物结皮、微植物结皮、 隐生物结皮、微小生物结皮来描述生物结皮。比较而言，用微小生物结皮来描述 生物结皮是最准确的，因为它既强调了结皮中所包括的生物比较微小这一特性， 又包含了藻类、真菌和细菌等重要组分。无论用哪个词来

2、描述生物结皮，但就其 生物组成成分而言学者们的意见基本上是一致的，即主要是由不同种类的“苔藓” "地衣"地钱"藻类"真菌"蓝藻以及细菌等组成，生物土壤结皮就是由这些生物组分 与其下层很薄的土壤共同形成的一个复合的生物土壤层。在我的这篇概括性文章 中就以生物土壤结皮来表示生物结皮。二. 生物土壤结皮的组成和分布生物土壤结皮是沙漠地区最具特色的微自然景观，遍布于沙漠或荒漠地区， 主要由藻类（包括蓝藻）、地衣、苔藓、真菌、细菌等生物组成，它们同土壤颗 粒相互作用，在土壤表面形成一层特殊的表面结构。 荒漠生境中生物土壤结皮的 分布，是由多种环境因子共同

3、决定的，如非有机营养、pH值、氧化还原势、温度、土壤通气状况和生物问的相互作用等.都是影响生物土壤结皮分布的主要因 子。另外，季节和气候的变化对土壤结皮的组成和分布也具有决定性的作用，土壤的质地、结构及光照强度对土壤结皮的分布也有一定的影响。For personal use only in study and research; not for commercial use三. 生物土壤结皮对生态系统和景观变化的影响1. 对土壤养分的影响维管植物稀疏分布的地区，生物土壤结皮是一个重要的碳源。虽然维管植物能向 下部土壤提供有机物质，而植被之间的空地上没有植物分布， 所以有机物质输入 极少。当空地

4、被生物土壤结皮占据时，结皮有机体所固定的碳有利于提高植被间 空地的土壤肥力，从而能为土壤微生物种群提供能源。 另外，与其他生态系统相 比，荒漠生态系统含氮量较低，其中 77%的氮通过风蚀、硝化与反硝化等作用 而丢失。在许多荒漠生态系统中，由于 N含量是限制净初级生产力的重要因子 之一，因此，维持正常的N循环对保持土壤肥力，防止进一步荒漠化极其重要。荒漠生态系统中蓝藻和地衣是重要的固氮源，在光照和黑暗条件下均能固氮，其固氮速率与水分、光照条件以及种类有关，在其光合作用超过呼吸作用后地衣固 氮速率达到最咼。For personal use only in study and research; n

5、ot for commercial use2. 对土壤稳定性的影响2.1对土壤抗蚀性影响生物结皮的存在，可以显著地提高土壤的抗蚀性。生物土壤结皮的生物组分所分泌的有机凝胶体和多聚糖将松散的土粒同自身粘结在 一起，形成了一个致密的抗蚀层，从而增加了土壤表面的稳定性。2.2对土壤风蚀的影响风蚀是荒漠地区主要的侵蚀形式，由于稀疏的植被，大面积的土壤无法受到地被层和植被覆盖的保护，土壤只有通过岩石或生物土壤结 皮变得稳定。对沙质土壤的研究表明，在未受扰动的生物结皮覆盖的表面，临界起沙风速远远高于无结皮覆盖的地区，甚至在结皮中的生物组成被杀菌剂杀死后 仍能抵抗一定强度的风蚀。For pers onal

6、use only in study and research; not for commercial use 2.3对坡体稳定性的影响保持陡坡上疏松的沙土，增进薄土的稳定性。土壤生物 结皮在我国西北干旱半干旱地区，公路和铁路沿线工程建设过程中水土保持中有 着广泛应用。3. 对维管植物的影响土壤生物结皮上出现的裂缝、结皮发育形成的复合微地貌及良好的水肥环境为维 管植物幼苗的萌发和存活提供了有利条件，特别是在自然环境条件比较恶劣的生 长季节，较小的种子可以通过结皮细小的裂缝进行萌发，而较大种子的萌发需要土壤或死地被层。而丛生的多年生植物能降低土壤表面温度，提供遮阴而增加土 壤表面湿度，也可降低土壤

7、表面的风速，这种微生境条件有可能帮助结皮有机体 渡过恶劣环境。研究表明：生物土壤结皮可以促进维管植物对营养元素（N、P、Ca和M g）的吸收，分布于生物土壤结皮上的维管植物体内营养物质的含量较 高；蓝藻壳的分泌物常覆盖黏土颗粒，能截留Fe、Cu、M o、Zn、Co、M n及大分子营养物质，并防止其渗入到土壤中；生物土壤结皮中生物的腐烂分解可增 加土壤的有机质含量，以维持生长周期较短的先锋维管植物的生长。For pers onal use only in study and research; not for commercial use但就两者的生长来看，生物结皮与维管植物间的相关关系可能与两

8、者的不同 生长发育阶段有关，在结皮发育的早期，两者呈正相关关系，随着维管植物覆盖 的增加，位于下层的结皮盖度可能会因光照和水分等的竞争而降低。4对动物多样性的影响由于土壤生物结皮的存在，以生物土壤结皮为食的蚂蚁、无脊椎动物以及一些沙 漠等足类甲壳类动物从生物土壤结皮中获得能量和蛋白质及其它营养物质。改善饮食结构和生境，使动物多样性大幅增加。For personal use only in study and research; not for commercial use5. 对景观异质性的影响在干旱半干旱景观中，“肥力岛”或“资源岛”现象广泛存在，水是干旱半干旱 区生物和非生物过程的决定性因

9、子，因此降水资源的再分配及与此相应的土壤资 源再分配（通过侵蚀和沉积）是“资源岛”形成最为主要的影响因素，生物结皮 与景观内的微地形变化相结合，显著地改变了小尺度范围内水文循环和土壤侵蚀 过程，加速了景观中资源岛的形成，促进了景观异质性的发展。反过来，资源岛 的出现又会使景观中结皮覆盖处于不同演替阶段，从而表现出明显的空间异质 性。两者的这种反馈关系使干旱区不同尺度上的异质性表现得越发突出，同样与结皮相关的另一重要养分因子氮在自然营力（主要指风力和水力）和人为干扰（放 牧、人类和交通工具的破坏）的共同作用下，对资源岛的形成和发展也起了十分 重要的作用。6. 对生态系统和景观变化评价和监测的影响

10、在干旱半干旱地区生态系统评价的过程中，结皮被作为一个十分重要的指 标，FAO/UNEP （土地覆盖分类系统）在其制定的荒漠化制图和评价的暂行方 法中将荒漠化类型分为七类，其中土壤紧实和物理结皮是主要类型之一。与物 理结皮相反，由于生物土壤结皮改善了土壤结构， 增加了土壤肥力，减少了土壤 侵蚀，因此常被作为生态系统稳定和退化生态系统恢复评价的重要指标之一，考虑到结皮对生态系统的各方面影响，在评价过中通常采用结皮的盖度和结皮的组 成作为量化指标。7. 对土壤水分循环的影响生物土壤结皮对土壤水分循环的影响在很大程度上因地区而异。对某一给定区域来说，结皮的发育水平、区域气候、土壤表面粗糙度、毁灭性干扰

11、的时间间 隔、土壤质地以及土壤结构等极大影响着土壤水分循环，其中土壤质地尤为重要，如黏土的水分入渗率则较低。土壤上层的水分循环特性与土壤稳定性、土壤结构、 有机物含量、土壤粗糙度以及微地形等特征有关，而生物土壤结皮能改变这些特 征，从而影响土壤的水分循环。通过土壤表面水分的滞留时间和渗透率来协调、 控制水分入渗率，因为粗糙的土壤表面能增加水分的滞留时间， 所以生物土壤结 皮形成的粗糙土壤表面微地貌可作为滞留水分的结构。 对世界范围内不同土壤和 气候条件下，生物土壤结皮和水分循环之间的影响十分复杂。8. 对土壤反射率的影响由于生物土壤结皮中的地衣和苔藓植物具有光合作用的特性， 在遇水恢复生理活

12、性并进行新陈代谢活动时，其放射特性与高等植物相似。对于生物土壤结皮发育 良好的土壤，如分布有颜色较深的植物.能吸收更多的能量，温度比周围环境的 要高，所以其反射率较低。四. 土壤生物结皮研究展望1生物土壤结皮与退化生态系统的重建方面的研究特别是荒漠化地区生态环境的恢复与重建2. 干扰强度适度性研究对生物结皮存在的生态系统而言，随着结皮覆盖及其各组分的变化，整个系统正 从“非稳态”向“稳态”方向演替，适宜的干扰强度，将保证系统在弹性限度内 维持其原有的演替方向，使保护和利用达到协调统一。3. 生物土壤结皮生态功能方面的研究如对营养物质的循环与贮存、水分循环、二氧化碳固定、种子植物萌发和建群 等的影响进行研究，特别是对水分循环的影响，因为在干旱半干旱地区决定植物 存活的最关键因子是水分，尤其是在极端干旱的地区如沙漠边缘地区。不得用于商业用途仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途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