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Physiological responses of artificial moss biocrusts to dehydration-rehydration process and heat stress on the Loess Plateau, China

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Journal of Arid Land 2017年第3期9卷 419-431页

作者： bu chongfeng WANG Chun YANG Yongsheng ZHANG Li Matthew A BOWKER Institute of Soil and Water Conservation Northwest A&F University Yangling 712100 China Institute of Soil and Water Conservation Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources Yangling 712100 China Northwest Institute of Plateau Biology Chinese Academy of Sciences Xining 810001 China Qinghai Remote Sensing Monitoring Center of Eco-Environment Xining 810001 China School of Forestry Northern Arizona University Flagstaff 86011 USA

Ex-situ cultivation of biological soil crusts （biocrusts） is a promising technology to produce materials that can induce the recovery of biocrusts in the field for the purposes of preventing soil erosion and improving hydrological function in degraded ecosystems. However, the ability of artificially cultivated biocrusts to survive under adverse field conditions, including drought and heat stresses, is still relatively unknown. Mosses can bolster biocrust resistance to the stresses （e.g., drought and heat） and the resistance may be introduced prior to field cultivation. In this study, we subjected the well-developed artificial moss biocrusts （dominant species of Didjmodon vinealis （Brid.） Zand.） that we cultivated in the phytotron to a dehydration-rehydration experiment and also a heat stress experiment and measured the activities of protective enzymes （including peroxidase （POD）, superoxide dismutase （SOD）, and catalase （CAT）） and the contents of osmoregulatory substances （including soluble proteins and soluble sugars） and malondialdehyde （MDA, an indicator of oxidative stress） in the stem and leaf fragments of mosses. The results showed that, during the dehydration process, the activities of protective enzymes and the contents of osmoregulatory substances and MDA gradually increased with increasing duration of drought stress （over 13 days）. During the rehydration process, values of these parameters decreased rapidly after 1 d of rehydration. The values then showed a gradual decrease for 5 days, approaching to the control levels. Under heat stress （45℃）, the activities of protective enzymes and the content of soluble proteins increased rapidly within 2 h of heat exposure and then decreased gradually with increasing duration of heat exposure. In contrast, the contents of soluble sugars and MDA always increased gradually with increasing duration of heat exposure. This study indicates that artificial moss biocrusts possess a strong drought resistance and this resistanc

关键词： dehydration-rehydration heat stress Didymodon vinealis (Brid.) Zand. resistance Loess Plateau

Comparative Analysis of Fractional Vegetation Cover Estimation Based on Multi-sensor Data in a Semi-arid Sandy Area

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Chinese Geographical Science 2019年第1期29卷 166-180页

作者： LIU Qiuyu ZHANG Tinglong LI Yizhe LI Ying bu chongfeng ZHANG Qingfeng College of Natural Resources and Environment Northwest A&F University Institute of Soil and Water Conservation Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources

The estimation of fractional vegetation cover(FVC) is important for identifying and monitoring desertification, especially in arid and semiarid regions. By using regression and pixel dichotomy models, we present the comparison of Sentinel-2A(S2) multispectral instrument(MSI) and Landsat 8(L8) operational land imager(OLI) data regarding the retrieval of FVC in a semi-arid sandy area(Mu Us Sandland, China, in August 2016). A combination of unmanned aerial vehicle(UAV) high-spatial-resolution images and field plots were used to produce verified data. Based on a normalized difference vegetation index(NDVI) regression model, the results showed that, compared with that of L8, the coefficient of determination(R2) of S2 increased by 26.0%, and the root mean square error(RMSE) and the sum of absolute error(SAE) decreased by 3.0% and 11.4%, respectively. For the ratio vegetation index(RVI) regression model, compared with that of L8, the R2 of S2 increased by 26.0%, and the RMSE and SAE decreased by 8.0% and 20.0%, respectively. When the pixel dichotomy model was used, compared with that of L8, the RMSE of S2 decreased by 21.3%, and the SAE decreased by 26.9%. Overall, S2 performed better than L8 in terms of FVC inversion. Additionally, in this paper, we develop a verified scheme based on UAV data in combination with the object-based classification method. This scheme is feasible and sufficiently robust for building relationships between field data and inversion results from satellite data. Further, the synergy of multi-source sensors(especially UAVs and satellites) is a potential effective way to estimate and evaluate regional ecological environmental parameters(FVC).

关键词： fractional vegetation cover (FVC) Sentinel-2A (S2) unmanned aerial vehicle (UAV)image pixel dichotomy model regression model

秦岭石生苔藓结皮的微生物群落组成和多样性特征

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西北植物学报 2022年第9期42卷 1600-1610页

作者：周雯娟卜崇峰韦应欣西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨陵712100 中国科学院水土保持研究所陕西杨陵712100

苔藓结皮是地表重要的活性覆盖物,具有改善土壤性状、固土持水、固碳固氮等多种生态功能,微生物群落是苔藓结皮发挥生态功能的主要成分。为了探究湿润区石生苔藓结皮的微生物群落组成及其多样性特征,揭示其发育形成机制以及功能机理,该... 详细信息

苔藓结皮是地表重要的活性覆盖物,具有改善土壤性状、固土持水、固碳固氮等多种生态功能,微生物群落是苔藓结皮发挥生态功能的主要成分。为了探究湿润区石生苔藓结皮的微生物群落组成及其多样性特征,揭示其发育形成机制以及功能机理,该研究以秦岭北麓的泥峪、车峪、骆峪5个样地的石生苔藓结皮为研究对象,利用高通量测序技术,分析了石生苔藓结皮层的微生物群落组成、丰度、多样性,并测定分析养分与微生物群落的关系,为裸露岩石创面的生态修复提供理论依据。结果表明:(1)秦岭石生苔藓结皮层的全氮和有机质含量在4.16~8.26 g/kg、89.44~131.05 g/kg之间,且样点间均差异显著;全磷和全钾含量较低,分别为0.88~1.21 g/kg和13.50~18.10 g/kg。(2)秦岭石生苔藓结皮层中细菌占微生物群落组成的80%以上,且细菌的多样性也远高于真菌;其中细菌优势菌群为变形菌门(Proteobateria)、拟杆菌门(Bateroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),真菌优势菌群为子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉菌门(Mortierellomycota)。(3)冗余分析(RDA)显示,全钾和有机质对优势细菌群落结构影响显著,变形菌和拟杆菌适宜生活在湿度大、营养状况良好的基质中;全磷和有机质对优势真菌群落结构影响显著,被孢霉菌门在低磷基质中更具生长优势。研究发现,细菌是秦岭石生苔藓结皮层的优势菌群,与旱区土生状况相比,秦岭石生苔藓结皮层的放线菌和酸杆菌的含量有所下降,而拟杆菌含量显著增加;对于真菌而言,子囊菌门和担子菌门的相对丰度明显减少,被孢菌门丰度显著增加;有机质是影响结皮层微生物群落组成最主要的养分因子,丰富的养分使湿润区石生苔藓结皮层的微生物群落结构更加复杂多样、物种组成更加丰富。

关键词：石生结皮微生物多样性土壤养分群落组成

区域尺度生物结皮下伏土壤养分的空间分布特征——以毛乌素沙地为例

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土壤学报 2022年第3期59卷 699-707页

作者：郭琦卜崇峰李宜坪鞠孟辰李亚红韦应欣西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 新疆维吾尔自治区自然资源厅乌鲁木齐830002

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... 详细信息

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CV_(TP)(60.5%)>CV_(SOC)(37.9%)>CV_(TN)(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)。

关键词：生物结皮毛乌素沙地土壤养分半方差函数空间变异

湿润区坡地香根草植物篱农作措施对土壤侵蚀和养分的影响

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农业工程学报 2006年第5期22卷 55-60页

作者：卜崇峰蔡强国袁再健中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

为了解植物篱农作措施的侵蚀、养分循环特征，促进湿润半湿润地区坡地可持续利用。在三峡库区王家桥小流域建立了6个香根草（Vetiveria zizanioides）植物篱农作小区，包括：传统坡地耕作对照小区（C）；单纯植物篱坡耕小区（H）；植物... 详细信息

为了解植物篱农作措施的侵蚀、养分循环特征，促进湿润半湿润地区坡地可持续利用。在三峡库区王家桥小流域建立了6个香根草（Vetiveria zizanioides）植物篱农作小区，包括：传统坡地耕作对照小区（C）；单纯植物篱坡耕小区（H）；植物篱＋无机肥坡耕小区（HI）；植物篱＋有机肥坡耕小区（HO）；植物篱十覆盖＋无机肥坡耕小区（HIM）；植物篱＋无机肥＋有机肥＋覆盖坡耕小区（HIOM）。试验结果表明：N素损失的主要途径是径流携带，各植物篱小区的N损失达对照小区的2～3倍。泥沙携带是P素流失的主要形式，其径流损失几乎可以忽略。K素的径流携带损失非常严重，但低于其泥沙侵蚀损失。N、K平衡与作物产出正相关，越是高产区其养分平衡状况越容易出现亏损。单纯的植物篱措施有较明显的控制土壤流失功能，但减流效益不明显。施肥、覆盖措施，以及作物产出对植物篱农作措施的侵蚀有巨大影响。采取覆盖结合施肥的植物篱小区（HIOM和HIM），水土效益最高，但投入高，产投比过低；植物篱配合有机肥或者无机肥措施小区（HO和HI）．水土保持效益和产投比均比较理想。综合生态、经济效益，应该优先推广HO和HI农林复合坡耕经营模式。

关键词：植物篱农林间作养分循环侵蚀控制措施

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光合细菌和小球藻对石生苔藓种源扩繁的作用

西北植物学报 2023年第11期43卷 1888-1896页

作者：王鹤鸣卜崇峰吴淑芳王春莫秋霞西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100

石生苔藓结皮可以从大气中吸收水分及养分,附着在岩石表面生长,具有促进矿物分化和植被演替等多种重要的生态功能,利用人工培育的苔藓结皮进行岩石工程创面生态修复具有广阔的市场前景,而针对特定地区的优势种探讨高效的种源扩繁技术则... 详细信息

石生苔藓结皮可以从大气中吸收水分及养分,附着在岩石表面生长,具有促进矿物分化和植被演替等多种重要的生态功能,利用人工培育的苔藓结皮进行岩石工程创面生态修复具有广阔的市场前景,而针对特定地区的优势种探讨高效的种源扩繁技术则成为了首要任务。研究以秦岭北麓长势好、生物量大的石生匍匐型藓种羽枝青藓为研究材料,考虑沼泽红假单胞菌浓度(高浓度24 mL/L,低浓度12 ml/L,不添加)和小球藻浓度(高浓度250 mL/L,低浓度125 mL/L,不添加)开展双因素完全试验,观测人工气候箱条件下羽枝青藓的盖度、新发芽数和新发芽茎长,探究沼泽红假单胞菌和小球藻对羽枝青藓的作用效果、最适浓度及组合,为提高羽枝青藓扩繁效率提供科学依据。结果显示,(1)只添加低浓度沼泽红假单胞菌的处理羽枝青藓生长状况最优,相比于对照处理(不添加沼泽红假单胞菌和小球藻),可将盖度提高14.3%,新发芽数增加61.2%,新发芽茎长增长34.0%;(2)沼泽红假单胞菌浓度对羽枝青藓的盖度、新发芽数和新发芽茎长均有显著影响;(3)小球藻浓度对羽枝青藓各项生长指标均无显著影响,其与沼泽红假单胞菌的交互作用对羽枝青藓盖度有显著影响。研究表明,沼泽红假单胞菌对羽枝青藓的生长发育具有显著促进作用,在后期石生苔藓结皮种源扩繁实践中应加以考虑和借鉴。

关键词：石生苔藓结皮人工扩繁光合细菌藻类

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油蒿与沙柳灌木地藓结皮发育差异研究

干旱区研究 2023年第6期40卷 979-987页

作者：莫秋霞宋炜卜崇峰王春王鹤鸣李亚红西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司景观与工程分院四川成都610041 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100 西北农林科技大学水利与建筑学院陕西杨凌712100 眉县县委办公室陕西宝鸡722399

针对毛乌素沙地油蒿灌木地的藓结皮发育总是明显优于沙柳灌木地的现象,基于两类灌木地的土壤性状、藓结皮发育指标的观测分析,结合两类灌木不同器官浸提液对藓结皮发育的化感试验,揭示造成两类灌木地中藓结皮发育差异巨大的原因。结果显... 详细信息

针对毛乌素沙地油蒿灌木地的藓结皮发育总是明显优于沙柳灌木地的现象,基于两类灌木地的土壤性状、藓结皮发育指标的观测分析,结合两类灌木不同器官浸提液对藓结皮发育的化感试验,揭示造成两类灌木地中藓结皮发育差异巨大的原因。结果显示:(1)两类灌木地藓结皮的盖度存在显著差异(P沙柳,且油蒿灌木地的藓结皮总盖度及冠层下、冠层间的藓结皮盖度分别为沙柳灌木地相应藓结皮盖度的1.6倍、2.9倍和1.1倍;(2)Pearson相关分析显示,冠层下藓结皮盖度与土壤含水率显著正相关、厚度与粉粒含量显著正相关;冠层间藓结皮盖度与土壤含水率、黏粒含量显著正相关(P<0.05)。油蒿灌木地较高的土壤含水率和黏粒、粉粒含量明显促进了藓结皮的发育;(3)化感试验表明,油蒿、沙柳的根、茎、叶水浸提液均抑制了藓结皮的发育,即化感综合效应(SE)均为负值。其中,0.2 g·mL^(-1)沙柳叶水浸提液的化感抑制作用最强,SE为-0.95,抑制作用显著高于油蒿叶(SE为-0.65)(P<0.05)。表明油蒿灌木地较高的土壤含水率、黏粒和粉粒含量,以及沙柳叶对藓结皮显著的化感抑制作用,共同导致油蒿灌木地藓结皮的发育状况优于沙柳地。

关键词：油蒿沙柳藓结皮化感作用差异研究毛乌素沙地

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羽枝青藓切茎繁殖及其生长影响因子

中南林业科技大学学报 2022年第6期42卷 117-126页

作者：陈祥舟卜崇峰王春莫秋霞王鹤鸣西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

【目的】藓类植物在涵养水源、营养循环、环境指示、天然更新等方面都发挥着不容忽视的作用。羽枝青藓是秦岭北麓自然保护区(车峪)内石生苔藓的优势藓种之一。为验证人工培育羽枝青藓的可行性,探索羽枝青藓切茎繁殖培育因子对其生长的影... 详细信息

【目的】藓类植物在涵养水源、营养循环、环境指示、天然更新等方面都发挥着不容忽视的作用。羽枝青藓是秦岭北麓自然保护区(车峪)内石生苔藓的优势藓种之一。为验证人工培育羽枝青藓的可行性,探索羽枝青藓切茎繁殖培育因子对其生长的影响,以期能够快速扩繁羽枝青藓,为石质坡面绿化及生态恢复提供充足植物材料。【方法】通过野外调查确定自然状态下羽枝青藓的适宜环境(温度、湿度、光照强度);使用镊子和塑封袋获取长势良好的石生苔藓—羽枝青藓,阴干并除去杂质;室内培育因子设计选择基质类型、接种量和切茎长度3种影响因子进行完全试验。将羽枝青藓切茎按试验设计均匀接种在培育盒中,培育盒整齐置放于培育架上,在人工气候室内开展羽枝青藓的切茎培育。【结果】羽枝青藓切茎培育试验结果表明:(1)羽枝青藓生长的最适宜湿度为80%,温度为13~25℃,光照强度为4000~6000 lx;(2)羽枝青藓切茎碎段长度在1~3 mm时萌发潜力最大;(3)羽枝青藓切茎播种量为60 g/m^(2)为宜;(4)最适宜羽枝青藓切茎生长的培养基质为火山岩+麻布/纱布的组合。【结论】羽枝青藓可在人工控制的生长环境下实现人工培育和快速扩繁,羽枝青藓切茎繁殖影响因子的明确为苔藓种源快速扩繁和石质坡面绿化恢复新方向提供了重要借鉴。

关键词：羽枝青藓切茎繁殖培养基质人工培育

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平茬措施对柠条生理特征及土壤水分的影响

生态学报 2012年第4期32卷 1327-1336页

作者：杨永胜卜崇峰高国雄西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

通过对比试验,研究了平茬措施对柠条的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、枝水势,以及土壤水分含量的影响。结果表明:(1)平茬措施对柠条生理特征的影响因其生长发育阶段而异。其中,在花期(6月份),平茬柠条日平均净光合速率较对照(未... 详细信息

通过对比试验,研究了平茬措施对柠条的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、枝水势,以及土壤水分含量的影响。结果表明:(1)平茬措施对柠条生理特征的影响因其生长发育阶段而异。其中,在花期(6月份),平茬柠条日平均净光合速率较对照(未平茬柠条)降低14.72%,日平均蒸腾速率提高27.31%,水分利用效率较对照低33.33%;随着柠条的生长发育(7月、8月、9月),平茬柠条日平均净光合速率逐渐升高最终高于对照,日平均蒸腾速率的差距也不断缩小;相应的其水分利用效率增加较快(对照柠条、平茬柠条增幅分别达108.3%、222.5%),至自然生长末期(9月),平茬柠条较对照高出4.76%。(2)平茬柠条枝水势的日变化和月变化均高于对照。(3)在整个生长季,平茬柠条地的平均土壤含水量在50—240 cm范围内均明显高于对照,且平茬措施显著降低了0—300 cm剖面各层土壤水分变异情况。(4)相关分析显示,平茬措施对柠条生理特征及土壤水分有重要影响。可见,采取平茬措施的第1年,平茬措施对柠条同时产生消极的生理影响和积极的土壤水分效应。弄清平茬措施的更新复壮机理,需要开展更多的深入研究工作。

关键词：平茬净光合速率蒸腾速率水势土壤水分