荒漠藓类结皮斑块效应对土壤养分的影响

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由于干旱荒漠生态系统土壤资源呈现高度异质性,植被分布斑块化成为该生态系统的一种普遍现象。藓类结皮是荒漠地表生物土壤结皮的主要类型之一,自然状态下通常呈现出典型的斑块状分布特征。斑块作为苔藓结皮发挥生态功能的基本单元,对土壤生态过程具有深刻的影响。荒漠地表生物结皮对土壤肥力的保持具有重要作用,与土壤理化性质、土壤酶、微生物生物量与土壤肥力及活性密切相关,然而大多关于生物结皮与土壤养分的报道多将生物结皮作为统一的整体进行采样和研究,而斑块效应(边缘效应、面积效应)下生物结皮层土壤的养分如何分布,相关的研究还鲜见报道。  本研究以古尔班通古特沙漠藓类结皮斑块为研究对象,通过测定斑块内土壤理化性质、酶活性、微生物生物量碳氮等指标,比较藓类结皮层土壤在斑块效应(边缘效应、面积效应)下土壤特性的变化特征。并对藓类结皮层土壤在边缘效应及面积效应下对土壤养分进行综合评定,为深入了解荒漠生态系统藓类结皮的生态功能提供依据。本文主要研究结果:  1、藓类结皮斑块边缘效应对土壤养分的影响。藓类结皮斑块边缘圈层的土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全钾(TK)、脲酶(UE)、过氧化氢酶(CAT)、微生物生物量碳(SMBC)、微生物生物量氮(SMBN)、颜色平均变化率(AWCD)均显著低于内部两个圈层,而全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、pH值、碱性磷酸酶(ALP)、蔗糖酶(SC)、β-葡萄糖苷酶(β-GC)等指标均不受边缘效应的影响,在三个圈层间无显著差异。同时,土壤各项指标在斑块内部两个圈层均无显著差异。最小数集法对边缘效应下土壤质量的综合评价结果表明:适用的最小数据集(MDS)包括:SOM、AK、AP、ALP及β-GC;藓类结皮斑块的土壤质量指数(SQI)显示从中心至边缘有逐渐降低的趋势,内部两个圈层的养分无显著差异,且中心圈层土壤质量指数(0.61±0.53)显著高于边缘圈层(0.41±0.03);灰色关联度分析法定量分析表明:藓类结皮斑块三个圈层土壤养分的关联度值依次为:中心圈层(0.65)>中间圈层(0.59)>边缘圈层(0.47),藓类结皮斑块结皮层的土壤养分从中心至边缘逐渐降低。  2、藓类结皮斑块面积效应对土壤养分的影响。藓类结皮斑块结皮层的土壤SOM、TN、AP及土壤酶活性、微生物生物量总体上表现为随着藓类结皮斑块面积的增大,其含量也逐渐增高,但当面积达到一定大小时,各指标的含量增加缓慢甚至有所降低,而TP、TK含量及pH值变化不大。最小数集法和灰色关联度综合性分析表明,不同面积大小的土壤质量指数和关联度总体表现为随着而积的增大,土壤质量指数和关联度升高的趋势,即面积较大的藓类结皮斑块对土壤养分的积累作用越显著。  本研究证实了藓类结皮微斑块具有同植被景观斑块相似的斑块效应,表现在边缘效应和面积效应两方面,使荒漠地表土壤生物和非生物要素分布的空间异质性增强,从而影响荒漠生态系统养分循环过程。
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