土壤生物结皮发育过程与结皮层微生物群落演替

China is one of the countries that most affected by the desertification. Desertification control has become the primary thing of environmental control in China. Biological soil crust plays a significant role in desertification control and ecological restoration by improving the soil structure, increasing the soil fertility and enhancing the soil humidity. In this project, biological soil crusts will be cultivated artificially in a simulation environment and the changes of morphology, structure and physical-chemical properties of crusts during the cultivation will be detected for the purpose of studing the developmental mechanism of biological soil crust in desert soil. And then, the basis for estimating process and stage of biological soil crust development will be obtained. On the base of above research, microbial communities and its succession will be studied and the relationship among the microbial communities, crust morphostructure and crust physical-chemical properties will be analyzed to clarify the mechanisms of microorganisms in the change of crust physical-chemical properties and the biological process of microbial communities succession. Based on these work, some basic data of development of biological soil crusts and structure of microbial communities will be obtained. The research will give a reference for the desertification control by using soil microorganisms.

我国是世界上受荒漠化影响最为严重的国家之一，荒漠化治理已成为我国生态环境治理的首要任务。土壤生物结皮可以改良土壤结构、提高土壤肥力、增加土表湿度，具有遏制土壤荒漠化以及促进荒漠地区生态系统恢复的重要作用。本项目通过建立人工模拟培养环境，进行生物结皮的人工培育，对生物结皮发育过程中形态结构和理化性质的变化进行观察和测定，从"个体发育"的角度研究荒漠化土壤中生物结皮的发育规律，提出用于生物结皮发育过程描述和发育阶段判断的依据标准。在此基础上，对不同发育阶段生物结皮中微生物的群落结构及演替规律进行研究，并对结皮层中微生物群落组成与结皮形态结构及理化性质的相互关系进行分析，阐明结皮层微生物在生物结皮理化性质变化过程中的作用机制，以及生物结皮发育过程中微生物群落演替的生物学过程及其机理，补充生物结皮发育与生物结皮层微生物群落结构研究方面的基础资料，同时为利用土壤微生物进行荒漠化治理提供理论参考。

生物结皮可以改良土壤结构、提高土壤肥力、增加土表湿度，具有遏制土壤荒漠化以及促进荒漠地区生态系统恢复的重要作用。本项目从“个体发育”的角度研究荒漠化土壤中微生物结皮的发育规律，并对不同发育阶段结皮中微生物的群落结构及演替规律进行研究，以期阐明结皮层微生物在生物结皮理化性质变化过程中的作用机制，以及结皮发育过程中微生物群落演替的生物学过程及其机理。项目主要研究内容及成果如下：. （1）以课题组前期研究工作为基础，研究建立了生物结皮人工培育技术。. （2）对微生物结皮的形态结构和理化性质进行测定分析，建立了基于结皮形态结构特征和理化性质的生物结皮“个体发育”研究及描述方法，提出微生物结皮发育阶段划分标准，并据此将微生物结皮发育过程划分为形成期、初期、中期和成熟期4个阶段；. （3）对无生物结皮形成的荒漠化土壤以及不同发育阶段结皮层微生物群落组成和结构特征进行了研究。微生物结皮在发育过程中，细菌、放线菌、蓝细菌的丰度不断增加，而真菌和藻类的数量始终维持在一个较低的水平，其丰度变化不明显。Shannon和Simpson指数计算的结果表明，随着微生物结皮的发育，原核微生物的多样性呈现先降低，再升高的趋势，在结皮发育末期表现出了较高的多样性；真核微生物多样性在各个发育阶段无明显的变化。. （4）荒漠土壤和发育初期微生物结皮中存在大量贫营养微生物，这些贫营养微生物不仅能在极度贫瘠环境下保持生长，其中部分菌株还具有解磷、解钾和产多糖能力，对荒漠生物结皮形成、发育以及土壤生态改良具有重要意义。