古尔班通古特沙漠不同地貌部位生物结皮的选择性分布X 张元明 , 潘惠

第18卷第4期2004年8月水土保持学报Journal of So il and W ater Con servati onV o l.18N o.4A ug.,2004古尔班通古特沙漠不同地貌部位生物结皮的选择性分布Ξ张元明,潘惠霞,潘伯荣(中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐830011)摘要:新疆古尔班通古特沙漠是我国最大的固定和半固定沙漠,其间广泛发育着以地衣植物为主的生物结皮,是除种子植物以外的固定沙面的重要生物因子。

研究表明,生物结皮的分布对地貌部位有较强的选择性,生物结皮的不同发育阶段种类组成亦有较大的差别。

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。

沿沙垄顶部向两侧坡间延伸,开始出现发育较弱的藻结皮,脆而极易破损。

从坡上部至坡中部出现发育充分的藻结皮,具有一定的抗机械能力,并在局部微地形凸起部位有地衣植物出现。

沿坡中部至坡下缘部,逐渐开始发育有良好的地衣结皮。

同时,在蛇麻黄等低矮灌木群落下已经发育有苔藓结皮。

丘间低地是生物结皮最为丰富的部位,苔藓植物除分布于低矮灌丛下外,还在灌丛间形成面积不等的纯群,与发育良好的地衣结皮镶嵌分布。

关键词:生物结皮;　分布特点;　地貌部位;　古尔班通古特沙漠中图分类号:S288;S154.3 文献标识码:A 文章编号:100922242(2004)0420061204D istr i buti on Character isti cs of Bi olog i ca l Cruston Sand D une Surface i n Gurban tunggut D esert,X i n ji a ngZHAN G Yuan2m ing,PAN H ui2x ia,PAN Bo2rong(X inj iang Institu te of E colog y and Geog rap hy,Ch inese A cad e m y of S ciences,U rum qi830011)Abstract:T he Gurban tunggut D esert,the largest fixed and se m i2fixed desert in Ch ina,are covered by w ell2devel2 oped bi o l ogical crust,w h ich acted as one of the i m po rtan t bi o l ogical facto rs fo r sand dune fixati on in th is desert. T he results show ed that the distributi on of bi o l ogical crust has selective characteristics on differen t surface of sand dune,and the s pecies componen t varies acco rding to differen t successi on stages of bi o l ogical crust.T he m icroo r2 gan is m crust m ain ly distribute on the surface of drifting o r se m i2drifting sand dunes.F rom the top of sand dune to sl ope area,there occurs the algae crust,w h ich serves as the early stage of bi o l ogical crust and is fragile to outside disturbance.F rom l ow er sl ope area to in ter2dune area,the lichen crust,w h ich is dom inan t type of bi o l ogical crust in th is desert,becom es rich and w ell2devel oped w ith a common co l o r of black and gray.T he in ter2dune area po ss2 es the richest cover of bi o l ogical crust comp rised by bo th lichen and mo ss s pecies.T he mo ss crust m ain ly distribut2 ed under the canopy of s m all sh rub such as E p hed ra d istachy a.Key words:bi o l ogical crust;　distributi on characteristics;　sand dune surface;　Gurban tunggut D esert生物结皮是由细菌、真菌、蓝绿藻、地衣和苔藓植物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,具有较强的抗风蚀功能和重要的生态及地学效应,成为干旱荒漠地区植被演替的重要基础[1]。

研究表明,由于生物结皮具有独特的生理生态过程,使其可广泛存在于各种沙漠生境条件下[2],包括极端干旱、高温(最高温度可达70℃)和高pH值的环境[3]。

生物结皮的分布已在世界各大沙漠地区得到确认,在某些地区其盖度甚至可占到地表的70%[3]。

生物结皮在沙漠生态系统中的重要性表现为:(1)生物结皮中细菌、真菌、地衣和苔藓植物的地下菌丝和假根能够黏结沙粒[4],它们的存在能够有效地减小风和水对荒漠地表的侵蚀,对降低防沙固沙的投入成本和改善生态环境起着积极的作用。

(2)生物结皮中的某些种类能够固定大气中的氮素,对土壤理化性质的改变和增加土壤有机质含量起着重要作用,从而为维管植物的定居创造有利条件,最终起到固定沙丘的作用[5]。

(3)生物结皮的出现和发展指示了流动沙漠向固定和半固定沙漠转化的重要阶段,可被用作生态环境健康评价的指标,其时空变化可揭示干旱沙漠地区生态环境的演变趋势和对全球变化的响应规律[6]。

尽管生物结皮在沙漠生态系统中起着重要作用,但长期以来却很少被作为主要生物因素来加以关注[7],直到80年代以后,伴随着沙漠化威胁的日益加重,生物结皮在沙漠生态系统Ξ收稿日期:2004203225基金项目:国家自然科学基金重大研究计划(90202019)和国家重点基础研究发展规划项目(G1999043509)作者简介:张元明,男,出生于1972年,研究员,博士。

从事干旱区植物生态学研究,发表论文20余篇。

中的重要作用愈发突出,才逐渐引起人们的重视[8～11],生物结皮资源的保护被列为沙漠生态系统管理的最优先等级[6,8]。

为了达到有效保护生物结皮资源并发挥其重要作用的目的,揭示生物结皮资源分布特征和规律成为需要解决的首要问题。

本文分析了古尔班通古特沙漠不同类型生物结皮在不同地貌部位的分布格局。

1　研究区概况和研究方法(1)研究区概况。

古尔班通古特沙漠(以下称古沙漠)位于新疆北部准格尔盆地腹心,范围为北纬44°11′～46°20′,东经84°31′～90°00′,面积4.88×104km 2,是我国最大的固定和半固定沙漠,其周围还零星分布有许多面积大小不等的沙漠或沙地。

其南缘区与源出天山的冲积、洪积扇缘相接,构成了天山北坡至盆地自然垂直带的基带。

该沙漠年平均降水量普遍不超过150mm ,沙漠腹地仅有70～100mm ,主要集中于春季。

年平均蒸发量在2000mm 以上,年均温6～10℃,极端高温为40℃以上,≥10℃的活动年积温可达3000～3500℃,空气相对湿度平均50%～60%,5～8月通常在45%以下。

该沙漠由白梭梭、梭梭和其它沙生植物构成的小半乔木群落广泛发育,同时由于降水的季节分配较为均匀,冬春有一定的雨水,使短命和类短命植物获得一定发育[12]。

除此以外,该沙漠地表还发育有良好的生物结皮,根据水分条件、生物种类和发育阶段的不同而呈现出黑色、黑褐色、白色和黄绿色等。

(2)研究方法。

据野外观察,该沙漠地表的生物结皮常年存在,主要利用春季融雪、临时性降水和露水进行生长,并在干旱缺雨季节进入休眠状态。

本研究野外调查、采样及地物光谱测定的时间分别选择在2002年10月～11月、2003年10月～11月降雪前进行,此时沙漠中的种子植物多数枯萎凋落,地表生物结皮裸露并处于生长期,有利于观测与采样。

图1　古尔班通古特沙漠及样点布设示意图(3)断面调查与样品采集。

在古沙漠东、南、西、北、中等部位选择生物结皮分布的典型沙垄(或沙包),共设置33个样点(图1),每一沙垄断面按丘间低地-垄西坡-垄顶-垄东坡-丘间低地的顺序设置样方,调查中采用100c m ×100c m 的样方,记录生物结皮盖度(野外仅以编号记录,种类鉴定在实验室中完成)、结皮硬度、微地形(m icro topography )等内容。

为取得原状样品,以环刀(改进型,高12c m ,直径8c m )采集样方中所有生物结皮种类,尽快运至实验室,将不同类型生物结皮鉴定到种。

其中,微生物结皮取表层0～5c m 的土样,野外密封以防止污染,迅速运至实验室进行培养和鉴定。

2　不同地貌部位生物结皮的一般分布特征生物结皮的分布对地貌部位有较强的选择性,同时组成生物结皮的孢子植物类群与微环境差异有着密切的关系,生物结皮的不同发育阶段种类组成亦有较大的差别。

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,但沙丘较低时,局部区域亦分布有藻类结皮。

沿沙垄顶部向两侧坡间延伸,开始出现发育较弱的藻类结皮,干燥状态下多呈灰白色或浅灰色,厚度在0.05～0.1c m 之间,脆而极易破损。

从坡上部至坡中部出现发育充分的藻类结皮,干燥状态下呈灰黑色或灰绿色,厚度在0.1～0.5c m 之间,具有一定的抗机械能力,并在局部微地形凸起部位有地衣植物出现,色黑而质硬。

沿坡中部至坡下缘部,开始发育有良好的地衣结皮,地表呈黑色,质硬。

地衣结皮间裂缝、水蚀沟或牲畜蹄印内发育有藻类结皮。

同时,在蛇麻黄等低矮灌木群落下已经发育有苔藓结皮,与其喜阴湿的生物学特性相一致,但盖度较小,仅呈斑块状分布。

丘间低地是生物结皮最为丰富的部位,这里地势低缓,有时亦能形成洼地,多在融雪、降水过程后出现临时性积水,为孢子植物,尤其是苔藓植物的有性繁殖与营养生长创造良好的环境条件。