摘要:微生物在土壤生物结皮形成中起重要作用，但是目前对于南方红壤生物结皮层中微生物群落的研究鲜少涉及，尤其是在林地改良措施下红壤结皮层中微生物群落结构的变化尚不清楚。本研究以中亚热带典型第四纪红黏土严重侵蚀湿地松裸露林地为对照，添加有机肥、生物炭和石灰+微生物肥料为肥力提升措施，采用Illumina MiSeq高通量测序技术研究不同肥力提升措施对红壤生物结皮层细菌和真菌群落结构的影响。结果表明：该林地土壤生物结皮层共检测出21个细菌门和7个真菌门，优势细菌门为酸杆菌门（Acidobacteria）（27.39%）、变形菌门（Proteobacteria）（25.90%）、放线菌门（Actinobacteria）（16.68%）和绿弯菌门（Chloroflexi）（12.26%）；优势真菌门为担子菌门（61.19%）和子囊菌门（29.48%）；肥力提升措施对细菌和真菌多样性无显著影响，却显著改变了其群落结构，作用大小依次为有机肥处理、生物炭处理、石灰+微生物肥料处理，且对细菌群落结构的影响高于真菌；三种措施均明显提高了变形菌门（Proteobacteria）细菌的相对丰度，降低了绿弯菌门（Chloroflexi）细菌的相对丰度，有机肥处理和石灰+微生物肥料处理均明显提高了子囊菌门（Ascomycota）真菌的相对丰度，却降低了担子菌门（Basidiomycota）真菌的相对丰度，而生物炭处理则相反；土壤环境因子中pH、有机碳和全氮对微生物群落结构的影响较大。研究结果对于红壤侵蚀区调控土壤微生物群落结构，进而促进生物结皮形成，防治林下水土流失具有重要指导意义。

摘要:近年来，径流和侵蚀对土壤物理结皮的影响得到广泛研究。然而，关于土壤物理结皮受侵蚀影响的定量研究较少。因此，本研究采用土壤分层处理方法，在等高耕作的径流小区中，通过人工模拟降雨试验，研究坡耕地垄上（结构结皮（Cst））、洼地（含泥沙沉积结皮（Cscs））、以及模拟冲毁洼地处（无泥沙沉积结皮（Csfs））形成结皮颗粒组成特征以分析结皮的差异性。结果表明：（1）侵蚀过程中，Cst、Cscs与Csfs表层砂粒发生分散，黏粒和粉粒发生富集，且随降雨历时延长，程度逐渐增强；（2）降雨历时30 min时，自上而下，Cst砂粒减少4.61%，粉粒增加1.83%，黏粒减少1.73%；Cscs和Csfs砂粒分别增加29.35%和36.59%，粉粒增加4.34%和0.39%，黏粒减少16.30%和14.34%。（3）结皮形成过程中，Cst主导因素为雨滴打击分散作用，Cscs和Csfs在降雨初期主导因素为雨滴打击分散程度，降雨后期为泥沙沉积量。空间位置及降雨因素是导致物理结皮类型及其颗粒组成差异的重要因素。

摘要:作为旱区广泛分布的活性地被物，生物结皮对荒漠生态系统的养分循环具有重要影响，目前有关区域尺度生物结皮养分效应的认识还非常有限。选取覆盖毛乌素沙地全域的146个样点，以地统计学结合多元统计分析方法，深入探讨了区域尺度上旱区荒漠生物结皮下伏土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）的空间异质性、分布格局及其影响因素。结果表明：生物结皮提升了荒漠土壤养分含量，3种养分含量的变异系数（CV）中等，变异性大小顺序为CVTP（60.5%）＞CVSOC（37.9%）＞CVTN（30.8%）；不同养分的空间变异特征不同，TP最佳拟合模型为线性模型，空间自相关性强烈，SOC、TN为指数模型，空间自相关性中等；受到植被状况、地表水热平衡状况等因素的直接或间接影响，在区域尺度上生物结皮下伏土壤养分含量在研究区东部较高，西南部较低；TP含量自东向西递减，SOC、TN含量自东向西呈现高-低-高-低的带状分布特点，二者具有极显著正相关关系（r=0.818，P＜0.01）。

摘要:超高温堆肥技术较普通堆肥技术在氧化亚氮减排、氮素保留、抗性基因去除等方面具有显著优势。这些优势与超高温过程密切关联，然而超高温产生的原因却仍然未知。本文利用PICRUSt（phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states）预测并分析了鸡粪超高温堆肥和普通堆肥微生物功能变化，重点比较了产热相关代谢通路和功能基因丰度的变化。研究发现，超高温堆肥可达到超过80℃的超高温阶段并持续5天以上，该阶段可显著提高微生物能量代谢、碳水化合物代谢等产热相关代谢通路丰度，有氧呼吸链中NADH脱氢酶功能基因和琥珀酸脱氢酶基因的丰度在超高温阶段显著增加（P < 0.05），并且上述代谢通路和功能基因丰度与超高温堆肥温度变化显著相关（P < 0.05）。采用随机森林回归模型将预测的堆肥温度与实际堆肥温度进行比较发现，两种处理各自预测温度结果与实际温度相关性显著（对于超高温堆肥，校正R2=0.96；对于普通堆肥，校正R2=0.97）。该模型表明，K03943（NADH脱氢酶黄蛋白2）、K15862（细胞色素c氧化酶cbb3型亚基I/II）和K05580（NADH醌氧化还原酶亚基I）的丰度变化是影响超高温堆肥温度的最重要因素。相比之下，普通堆肥温度最高不超过70℃，且上述产热相关代谢通路和功能基因丰度与堆肥温度显著负相关（P < 0.05）。以上结果表明，超高温堆肥微生物群落可能通过显著提高有氧呼吸链相关功能基因丰度，使超高温堆肥群落更迅速地代谢有机物，从而提高ATP合成速率，进而产生更多热量。

摘要:探究增温对结皮土壤系统氮转化速率及微生物生物量碳氮与酶活性的影响，从不同水平（功能基因→微生物生物量→酶活性）揭示结皮土壤系统氮转化特征对增温的响应机制，为进一步认知未来气候变化背景下藓类结皮在土壤氮循环中的生态功能提供理论依据。以藓类结皮土壤为研究对象，采用野外培养原状土柱的方法，研究了温带荒漠生态系统藓类结皮土壤氮转化速率、微生物生物量、酶活性和功能基因对增温的响应。结果表明，增温和土壤类型对土壤净氮转化速率（净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率）、酶活性（N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶和脲酶）、微生物生物量碳和氮转化功能基因（gdh、hao和amoA）丰度具有显著影响且两者间存在明显交互作用；此外，与对照相比，增温后藓类结皮土壤净氨化速率、净硝化速率和净氮矿化速率分别降低49.5%、63.2%和59.7%；土壤酶活性（N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和脲酶）和微生物生物量碳氮均显著降低；除gdh基因外，增温显著抑制了藓类结皮土壤ureC、hao和amoA丰度；相同处理下，藓类结皮土壤净氮转化速率、酶活性、微生物生物量碳氮和氮转化功能基因丰度均显著高于无结皮土壤。综上，增温通过降低土壤酶活性、微生物生物量和功能基因丰度来抑制土壤氮转化过程，而藓类结皮的退化丧失了对土壤微环境的调节作用，进而加速了该过程。

摘要:黄土高原是典型的生态脆弱敏感区和世界上水土流失最为严重的地区，也是当今我国生态恢复和生态文明建设的重点区域。生物土壤结皮是细菌、藻类、真菌和孢子植物与土壤颗粒胶结而成的有机复合体，是干旱半干旱地区地表系统的重要组成部分，它们对黄土高原的水土保护、养分积累和生态恢复具有重要的生态功能。本文论述了生物土壤结皮类型与演替过程；系统总结了黄土高原不同环境中生物结皮微生物和藓类的物种多样性、生态功能、人工生物结皮培养与生态恢复的研究进展与存在问题，最后从黄土高原生物结皮微生物多样性和功能群、生物结皮不同生物类群之间及其与种子植物的种间关系、生物结皮人工培养和生态恢复方面提出了研究建议与展望，以期对黄土高原生物结皮的相关研究提供参考。

摘要:生物土壤结皮能有效防风固沙，对沙漠地区生态恢复意义重大，但目前缺乏对生物结皮层与同厚度裸沙表层之间以及它们各自下方土壤之间的比较与分析。采用荧光定量PCR和高通量测序技术，对毛乌素沙地苔藓结皮层与裸沙表层，结皮下方土壤与裸沙下层土壤细菌16S rRNA基因丰度和群落结构进行分析。结合土壤理化因子数据，分析苔藓结皮对沙地细菌群落多样性的影响。对苔藓结皮层和结皮下方土壤，以及裸沙地的相应表层和下层土壤，进行样品采集，通过综合分析更细致研究生物结皮对土壤细菌群落及其生存环境的影响。结果表明：相比于裸沙表层，苔藓结皮显著提高了土壤速效养分、全氮和有机质的水平，结皮下方土壤中速效养分、全磷和有机质含量均高于裸沙下层。结皮层及其下方土壤中粗粉砂和粉粒的含量显著高于裸沙表层和下层，表明苔藓结皮显著改善了沙地土壤的理化性质。有效磷、速效钾、有效氮、黏粒、粉粒、粗砂是影响沙地土壤细菌群落组成的重要环境因子。苔藓结皮层中16S rRNA基因拷贝数最高，结皮层及其下方土壤中的细菌丰度显著高于裸沙表层和下层。多样性分析显示，结皮下方土壤中细菌多样性最高。在苔藓结皮层中，发现分类学地位尚未明确的难培养属unclassifiled_f__Micromonosporaceae和norank_c__Cyanobacteria，以及Pseudonocardia（假诺卡氏菌属）的相对丰度均显著高于裸沙表层；在结皮下方土壤中，发现分类学地位尚未明确的难培养属norank_c__Acidobacteria和Rubrobacter（红色杆菌属）的相对丰度均显著高于裸沙下层，这些差异显著的物种对稳定沙地土壤结构具有重要作用。因此，苔藓结皮的形成对沙地原有表层及下层土壤的细菌群落产生显著影响，利于生物固沙。研究结果为风沙治理和荒漠生态恢复提供了重要的微生物学理论依据。

摘要:丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）是自然界分布最广的一类植物共生真菌，可与生物土壤结皮（Biological soil crust, BSC）的隐花植物形成共生体，对荒漠植被的恢复和演替具有重要意义。目前针对不同类型BSC的AMF群落结构及其多样性研究较少，限制了AMF群落对BSC发育的作用和对荒漠生态系统贡献的理解。利用高通量测序技术，对腾格里沙漠东南缘沙坡头固沙植被区地衣和藓类结皮及其下层土壤AMF群落组成与多样性进行研究，分析不同结皮类型AMF群落结构的差异。结果发现，AMF群落丰富度和多样性表现为：藓类结皮下层土壤>地衣结皮下层土壤>藓类结皮>地衣结皮。地衣和藓类结皮及其下层土壤AMF均属于球囊菌门、球囊菌纲，以球囊霉属、类球囊霉属、盾巨孢囊霉属、巨孢囊霉属和一种未分类属为优势，且地衣和藓类结皮AMF群落在属水平差异显著。主成分分析结果显示，藓类结皮下层土壤中AMF群落物种组成与其他各组有显著差异，表明随着结皮的发育，AMF群落多样性增加，结皮演替与AMF群落多样性之间具有相互促进的作用。

摘要:黄土高原地区，坡面土壤水分是生态建设的关键问题。以黄土高原坡耕地人为管理方式为背景，在室内人工模拟降雨条件下采用等高耕作和人工掏挖两种措施，并且设计直线坡作为对照，研究不同耕作措施下土壤结皮的形成特征，同时从降雨-入渗的角度研究两种类型结皮（结构结皮和沉积结皮）对坡面土壤水分入渗的影响。研究结果表明：土壤结皮阻碍坡面土壤水分入渗，结皮坡面产流时间早，且土壤累积入渗量明显低于无结皮坡面；采用Kostiakov 模型、Horton 模型、蒋定生模型对坡面土壤水分入渗过程进行优化模拟的结果表明蒋定生模型适用于描述本研究坡面土壤水分入渗的特征；耕作措施造成的微地形对土壤结皮的类型有很大影响，在洼地径流携带泥沙堆积形成沉积结皮，地势较高处降雨雨滴直接打击形成结构结皮。研究两种类型结皮发现，沉积结皮相对于结构结皮密度高且孔隙度低，并且两种类型结皮对坡面土壤水分入渗的影响存在差异，沉积结皮平均减渗效应为37.13%，结构结皮平均减渗效应为19.79%，因此，沉积结皮更大程度影响坡面土壤水分入渗。

摘要:在干旱的沙漠生态系统中，生物土壤结皮对于沙丘的固定和土壤生物的维持起着相当重要的作用。土壤酶活性能敏感地指示土壤的恢复程度，是衡量沙区生态恢复与健康的重要生物学属性，而目前关于生物土壤结皮与土壤酶活性的关系研究很少。为探明生物土壤结皮对土壤酶活性的影响，以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象，根据固沙时间的不同将样地分为4个不同的区进行采样( 57、49、32和22 a 固沙区)，以流沙区( 0 a )和红卫天然植被区( > 100 a )为对照。研究表明：人工植被固沙区的藻-地衣结皮和藓类结皮均可显著提高土壤碱性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶的活性（p < 0.05）；结皮类型显著影响土壤酶的活性，发育晚期的藓类结皮下土壤碱性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶的活性显著高于发育早期的藻-地衣结皮下土壤酶的活性（p < 0.05）；固沙年限显著影响土壤碱性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶的活性，且与这三种土壤酶活性均存在显著的线性正相关关系（p < 0.05）；目前，生物土壤结皮可显著提高0~20 cm土层碱性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶的活性（p < 0.05），且这种影响随土层的增加而减弱。而且，生物土壤结皮下土壤碱性磷酸酶、蛋白酶和纤维素酶的活性表现明显的季节变化，表现为夏季＞秋季＞春季和冬季。腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮的存在与演替提高了土壤酶的活性，生物土壤结皮有利于该区土壤及其相应生态系统的恢复。