沙坡头站荒漠蓝藻研究获新进展

作者:沙坡头站  更新时间:2020-08-18


导读

生物土壤结皮是由隐花植物和土壤微生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,与维管束植物一样,生物土壤结皮是干旱区地表的重要覆盖类型(其盖度达40%左右)。它在不同生物气候区的荒漠景观过程、土壤生态过程、土壤水文过程、土壤生物过程和地球化学循环过程,以及干旱半干旱地区生态修复过程中发挥着重要作用。

蓝藻是核心生态系统工程师,能促进早期生物土壤结皮形成,为土壤碳氮初始输入做出贡献。作为生物土壤结皮的主要组成部分,蓝藻能在水分和养分贫乏的沙漠土壤中快速存活和生长,通过分泌胞外多糖结合砂粒,稳定地表减轻风蚀,对维持土壤稳定性至关重要。目前,利用蓝藻为主体进行人工接种生物土壤结皮防治风蚀是恢复生境、促进生态系统再生的有效途径。然而在中纬度的亚洲温带荒漠区,雨热因子同步和不同步均有发生,在这两种雨热条件下生物土壤结皮中蓝藻的多样性及其分布有何特点,构建生物土壤结皮的核心蓝藻物种是什么,有待我们去研究和探索。

近日,中国科学院沙坡头沙漠研究试验站王进副研究员(第一作者)、李新荣研究员(通讯作者)等采集了中亚克孜勒库姆沙漠(the Kyzyl kum Desert)沿阿姆河中下游和国内腾格里沙漠(the Tengger Desert)东南缘的生物土壤结皮样本,首次对两大温带沙漠生物土壤结皮中蓝藻的多样性特征和分布规律进行了比较研究,并填补了中亚克孜勒库姆沙漠生物土壤结皮蓝藻研究的数据空白。

研究发现,相比演替初期的藻结皮,演替后期的藓类结皮和地衣藓类混生结皮具有更高的碳底物含量,从而支持更高的蓝藻多样性,然而蓝藻丰度在演替初期结皮中显著高于演替后期的结皮,归因于蓝藻是自养光合微生物,也是结皮中的先锋固沙种,可以为其他异养微生物提供光合碳底物,随着演替的推进,先锋种也为其他微生物的繁殖提供了适宜的生态位。分析发现蓝藻群落Shannon多样性指数和ACE丰富度指数对结皮类型和地理分布具有不同的响应模式:结皮类型和地理分布显著影响了蓝藻群落Shannon多样性指数,但对ACE丰富度指数影响不显著。在群落组成上的研究发现,丝状无异形胞蓝藻Microcoleus.vaginatusWilmottia.spp,以及具异形胞的蓝藻Mastigocladopsis.spChroococcidiopsis.spp在两大沙漠各种类型结皮中均占据优势,表明这些蓝藻可能是两大沙漠结皮中的核心蓝藻属种。


1地理分布显著影响了蓝藻群落的组成,蓝藻群落与环境因子的RDA分析表明腾格尔沙漠来源的蓝藻(圆形)主要位于排序主轴Axis1的左侧,而克孜勒库姆沙漠来源的蓝藻(方框)主要位于Axis1的右侧,且每个生物土壤结皮采集点的土壤环境与蓝藻群落结构的差异相对应


2腾格尔沙漠和克孜勒库姆沙漠不同类型生物土壤结皮中蓝藻群落结构组成的比较分析,可见蓝藻属MicrocoleusWilmottiaMastigocladopsisChroococcidiopsis在两大沙漠各种类型结皮中均占据优势

该研究对科学筛选适合当地环境的潜在高效蓝藻菌种、人工培育结皮进而恢复生境、促进生态系统再生具有重要的指导意义,也对认识温带荒漠生物土壤结皮中的蓝藻多样性及其分布规律等相关研究具有一定启发。


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