荒漠地表生物结皮是由土壤微生物、藻类、地衣和苔藓植物等孢子植物类群与土壤形成的有机复合体，它的形成使土壤表面在物理、化学和生物学特性上均明显不同于松散沙土，具有较强的抗风蚀、水蚀功能，也是干旱荒漠地区植被演替的重要基础。本文以古尔班通古特沙漠生物结皮为研究对象，将微生物这一生物结皮中的先锋物种作为突破口，采用野外调查、固定样地长期观测、实验分析测试和理论分析相结合的方法，开展了微生物学、生态学、土壤学等多学科交叉研究。内容涉及生物结皮中微生物的时空分布特征、动物干扰对结皮中微生物生态分布的影响、生物结皮恢复过程中土壤生态因子分异特征、寡营养菌的理化特性及固沙功能探析、生物结皮富集有机质、固定氮素的生态功能等，为客观、全面地认识生物结皮的形成机制、生态功能及今后微生物在固沙中的应用提供了理论依据。　　 1.生物结皮中微生物的时空分布特征　　 古尔班通古特沙漠中，固定半固定沙丘中的微生物各类群数量均大于流沙区。土壤微生物各类群区系组成中，细菌>放线菌>真菌。沙垄顶部为流动或半流动沙丘，主要以微生物种类分布为主。沙垄不同地貌部位、不同类型结皮、不同土层中均含有微生物群落，包括细菌、放线菌和真菌，是生物结皮的重要组成部分和先锋物种。　　 微生物的生态分布对地貌部位有较强的选择性，总数量及各类群数量变化趋势表现为垄项<坡部<垄间低地。这一选择性分布特征在春季表现的尤为明显。除垄顶外，沙垄其它部位的微生物数量均在春季多于秋季。　　 在结皮处于初级发育阶段的垄顶和结皮发育良好的垄间低地，土壤微生物各类群在0-20 cm土层中的垂直分布格局明显不同。受风蚀等外界因素干扰，垄顶微生物的垂直分布不稳定：春季，在0－20cm土层中，随土层加深，细菌及放线菌数量均呈增长趋势，真菌相反。秋季，微生物各类群均集中于地表土层，随土层加深，微生物各类群数量呈降低趋势。垄间低地，维管植物与生物结皮共同固结地表，避免风蚀等外界因素干扰，为微生物的生长创造了良好、稳定的微环境，微生物的垂直分布较稳定，春秋两季均表现为：0-20cm土层中，随土层加深，细菌数量增加；放线菌数量减少；真菌数量先增后减，呈抛物线变化。垄间低地不同土层中，春季的微生物数量略高于秋季，尤其是细菌。　　 在不同地貌部位、不同土层深度，微生物主要类群的组成均表现为：细菌占明显优势，其次为放线菌，真菌占微生物总数的比例最小。春季细菌所占比例略高于秋季，放线菌和真菌则相反。　　 2.动物践踏干扰对结皮中微生物生态分布的影响　　 动物践踏干扰导致各类型生物结皮盖度不同程度上的降低，干扰作用主要集中于结皮层(0-2cm)。微生物各类群对践踏干扰的反应具差异性，真菌与干扰的相关性最高，细菌和放线菌对干扰不敏感。践踏干扰改变了微生物各类群在垄间低地的数量垂直分布格局，但并未改变微生物区系组成，细菌仍占优势，其次为放线菌、真菌。有机质对干扰不敏感，仍随土层加深而递减，在结皮层中与干扰率的相关性相对较高。　　 3.大沙鼠扰动对微生物数量和水肥状况的影响　　 与国外研究一致，啮齿类动物的洞穴是微生物繁殖的良好场所。大沙鼠洞穴中的微生物比同土层深度的对照区的微生物数量多，真菌最明显，洞穴中的真菌数量达到对照区的5倍。洞穴与对照区微生物组成中均为细菌占优势，其次为放线菌、真菌，但在洞穴中真菌占微生物总数的比例高于对照区。但由于大沙鼠的刮擦作用等对结皮的干扰，大沙鼠洞穴周围多为藻结皮。　　 4.生物结皮恢复过程中土壤生态因子分异特征　　 结皮的恢复影响了土壤生物学活性，对养分的富集作用尤为明显。恢复12年的结皮层中，有机质含量、土壤酶活性均高于结皮以下土层。随结皮恢复年限的增加，微生物总数量呈现递增趋势。在相对不稳定的结皮恢复早期，细菌更占优势，依次为放线菌、真菌。细菌能够分泌大量黏性的胞外多糖从而有效黏结沙粒，放线菌、真菌的菌丝体也能够有效地捆绑沙粒，共同促进团聚体的形成。加之结皮恢复过程中有机质与土壤酶活性呈现良好的相关性，使得结皮层逐步具备较高的生物学活性，沙土性状变化较快，渐渐形成抗风蚀、抗干扰能力较强的地衣苔藓结皮。微生物、土壤有机质、土壤酶的协调作用促进了古尔班通古特沙漠中生物结皮的较快恢复。　　 5.寡营养菌的理化特性及固沙功能探析　　 从该沙漠生物结皮层获得一株寡营养细菌，属革兰氏阳性菌，杆状，产荚膜，具厚壁的孢囊，菌体大小为(0.171－0.24)×(0.328-0.746)μm。菌落呈圆形，直径约5mm，白色光滑，边缘整齐，半透明，隆起明显。菌株生理生化特性表现为：最适生长温度37℃；pH值7－8；含碳量为15－20mg/L培养基时菌株生长最旺盛；属兼性厌氧菌；NaCl浓度为1％和10％时都能生长。根据对其培养特征、菌体形态、染色反应、生理生化性状进行的系统试验，对照伯杰细菌鉴定手册第八版，可将该菌初步鉴定为固氮菌属(Azotobacter Beijerinck)的成员，进一步的鉴定还需要结合16SrDNA序列分析来判断该菌株的种类。该菌在生长过程中能分泌大量多糖，室内培养72h，多糖含量可达1050μg/mL，黏度可达9000mPa·S。菌体培养液能在流沙表面形成2-6mm厚的生物结皮，起到固沙及保水作用。　　 6.生物结皮对有机质的影响　　 生物结皮强烈影响地表0-5cm土层有机质含量的积累，使该层有机质含量极显著地高于无结皮覆盖区0-5cm土层的有机质含量(t检验，p<0.01)，表明生物结皮能显著增加地表0-5cm土层的有机质含量；而无论结皮覆盖区还是非结皮覆盖区，两者5-10cm土层之间和10-30cm土层之间的有机质含量无显著差异(t检验，p>0.05)，说明生物结皮对土壤有机质含量的影响范围仅限于表层0-5cm，对更深层次土壤的有机质含量则，无显著影响。　　 7.生物结皮的固氮活性　　 利用乙炔还原法对古尔班通古特沙漠不同类型的生物结皮(藻结皮、地衣结皮、苔藓结皮)的固氮活性(nmolC2H4cm-2h-1)进行了定量研究。结果表明：3-5月间，藻结皮的固氮活性较高，达2.26×103，依次为地衣结皮(6.54×102)和苔藓结皮(6.38×102)。6－10月间，地衣结皮和苔藓结皮的固氮活性极显著增加(p<0.01)，分别达9.06×103、2.03×103，藻结皮的固氮活性显著增加(p<0.05)达9.81×103。11月-次年2月间，藻结皮、苔藓结皮的固氮活性降幅极显著(p<0.01)，分别低达4.18×102、5.43×102，地衣结皮降低至2.78×103。地衣结皮年固氮量高达2.59×106，依次为藻结皮(1.63×106)、苔藓结皮(1.34×105)。若不计风蚀、水蚀等对氮素造成的损耗，古尔班通古特沙漠生物结皮年固氮量理论估算值为4.36×106Kg。