野外人工藻结皮的培植与生长发育

在荒漠地区的土壤表面有一层由低等植物特别是藻类形成的生物结皮，其主要组成部分是藻类，特别是土壤蓝藻(Booth，1941)。土壤藻在其他生命难以生存的干旱、半干旱环境中生长和繁殖，与其具有特殊的结构和适应恶劣环境的机制有关。

藻类在生长过程中，分泌代谢产物——胞外聚合物进入藻体周围的土壤，其主要成分由单糖、寡糖、多糖和一些蛋白质组成。这种聚合物具有很强的黏性，可以将土壤颗粒黏在一起，形成稳固的团聚体，以提高荒漠表层土壤的稳定性(Baily et al.，1973;Lynch，1984;Lynch＆Bragg，1985;Gupta，1988;Greene＆Chartres，1990)。土壤藻结皮中的藻类通过光合作用合成碳水化合物，通过固氮作用将大气中不能被生物直接利用的氮源转化为可利用氮源，从而为荒漠生态系统提供碳源和氮源，在荒漠土壤的构建中起着重要的作用(Bell，1993)。土壤藻结皮可以有效地防止雨水和沙风的侵蚀。Leys(1990)风洞试验表明，一些很易破碎的结皮即使在风速高达48km/h的情况下仍能减轻风蚀，未受干扰的结皮，其减少风蚀总量是无结皮地表的5倍。Leys(1992)的风洞试验还证明，生物结皮中所含大比例的有机质成分可有效地降低沙丘表面的风蚀。生物结皮的存在增加了土表的粗糙度，能够降低近地表的风速而减少本身风蚀。

在荒漠生境中，干旱是藻类生长的最主要限制因子，藻类为了应对干旱胁迫而在生理生化方面做出了响应，主要是藻丝形成团聚体以减少与大气接触的表面积;膜相变的增高;分泌胞外聚合物阻止藻体水分的流失;进行暂时休眠等。对于增强的紫外辐射，藻体中合成紫外屏蔽物质以保证藻体的正常生长。土壤藻的这些对逆境的应答措施是藻类能够在其他生物无法生存的恶劣环境中生长的必要保障。其中，胞外聚合物的合成是最值得引起注意的，在荒漠蓝藻细胞的最外面有一层富含多糖的胶鞘，它具有极强的黏性。胞外聚合物的积累使细胞表面的外被增厚，有利于细胞表面形成微环境，防止水分丢失(Caiola et al.，1996)。特别是在逆境下，这类物质的分泌量更大，陈兰周等(2003)研究发现，盐胁迫促进S．javanicum胞外多糖的分泌。

土壤藻结皮的形成是流动沙丘开始走向稳定的首要标志。通过向荒漠生境的土壤表面接种土壤藻培育人工藻结皮，可以加速流动沙丘的稳定和其他生物的提前入侵。因此，人工土壤藻结皮可以加速土壤的转化和荒漠生态系统的原生演替。

2001—2005年，利用藻-草-灌-乔新思路在内蒙古库布齐沙地成功治理了2800亩(1亩=666.67m2)流沙，并且在内蒙古赤峰市进行了大面积推广，其中人工藻结皮起着极其重要的作用。本章的研究目的是，期望通过人工藻结皮的培植为荒漠化治理提供一种新的有效途径。