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沙漠地区生物结皮层能够影响土壤的稳定和侵蚀、大气氮的固定、植物养分的吸收、土壤-植物-水分关系、水分渗透、种子萌发和植物生长等,引起了国内外生态研究者的广泛关注。本论文以库布齐沙漠和毛乌素沙地的生物结皮层为对象,从生物结皮层土壤肥力、生物化学特性、颗粒物质来源以及生物结皮的生态功能等多角度系统研究了生物结皮层的肥岛效应及其形成机制。结果表明生物结皮层具有明显的肥岛现象,并且结皮类型不同,养分含量不同。和对照相比,生物结皮层速效性氮含量平均提高95.07%,速效磷提高36.43%,速效钾提高18.37%,全氮提高77.83%,全磷提高19.91%,有机质提高55.35%;细菌、放线菌和真菌含量分别比对照提高2179.27倍、3.04倍和13.99倍。生物结皮层的腐殖质组成含量明显高于沙土,腐殖酸含量平均比对照增加80.1%;胡敏酸含量增加83.7%;富里酸含量增加63.4%;胡敏酸和富里酸的比值(H/F)增加19.7%。生物结皮层过氧化氢酶活性平均提高2.5倍,脲酶活性平均提高0.54倍,蔗糖酶活性平均增加16.17倍,多酚氧化酶活性增加1.95倍。和对照沙土相比,生物结皮层的物理特性明显改善,0.1-0.15mm颗粒平均含量达到42.74%,而0.05-0.2mm颗粒平均含量达84.83%,生物结皮层物理性粘粒和粘粒含量分别增加87.8%和59.1%,表明生物结皮层颗粒物质具有明显的细化趋势。生物结皮层的最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、总孔隙度分别比对照沙土提高141.5%、96.0%、37.2%和68.9%,说明生物结皮层的吸水保水能力明显改善,并影响降水下渗和水分的再分配过程。生物结皮层肥岛形成机制的研究结果表明:生物结皮层覆盖能够通过降水淋溶作用而增加下层土壤养分的含量,进而促进植物对养分的吸收;生物结皮层养分输入有结皮生物代谢、降尘、风沙流和植物分解矿化作用等多种途径,但生物结皮层的颗粒物质来源主要是近地表风沙流,而不是大气降尘;生物结皮层覆盖对0-5cm土层自然含水量有一定的保护作用,并影响降水向深层渗透,不能有效的阻止表层水分的蒸发进程;研究表明采取人工促进技术能够在流动沙丘上形成生物结皮层,实现流动沙地的快速治理。