南方典型红壤区不同枯死率芒萁的水土流失阻控效应

[目的]探究芒萁植丛不同枯死率(100%,50%和0%)下坡面的产流产沙规律,揭示不同生长状态下芒萁的水土流失阻控效果。[方法]采用人工模拟降雨试验,对不同芒萁枯死率下坡面产流产沙过程随雨强的变化特性进行了定量分析。[结果](1)不同降雨强度和芒萁枯死率下径流速率随降雨历时呈前期缓慢或快速增长,后期趋于稳定。较小雨强下,侵蚀速率除裸坡外随降雨历时呈前期缓慢增加、后期趋于稳定状态;较大雨强下,侵蚀速率随降雨历时变化呈前期快速增加,中后期逐渐下降趋于稳定。(2)除2 mm/min雨强下的累积产流量外,其余处理条件下累积产流产沙量差异明显,且产沙量随芒萁枯死率的增加而增加。(3)两种雨强不同处理下坡面累积产流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R2>0.99)。[结论]两种雨强芒萁植丛不同枯死率下径流速率和侵蚀速率随降雨历时变化前期迅速增加、后期逐渐波动稳定,各处理下累积径流量与累积产沙量的函数关系拟合回归效果良好,证实了枯死芒萁亦可在中国南方红壤侵蚀区起到良好的水土流失阻控效果。

不同恢复措施下植被群落和土壤理化性质及酶活性的变化

不同植被恢复措施可直接影响植物群落和土壤特性,且植被群落特征与土壤特性之间密切相关。本研究以福建省长汀县历史上水土流失最严重的河田镇为研究区,采用野外植物群落调查法和实验测定法,研究不同恢复措施下植被、土壤以及土壤微生物酶活性等特征,评价其恢复情况。结果表明:1)从植物的群体生长情况来看,植物种类有明显增加,马尾松和芒萁占据优势地位。经过两个措施治理的样地的植物群落生长状况相差不大。在乔木层中,与裸地和风水林相比,不同治理样地植物群落的胸径差异较大,是裸地与风水林的1.72、0.54倍。在灌木层和草本层中,不同治理样地植物群落的冠幅和草层高与裸地和风水林的相比有显著差异。灌木层的冠幅分别是裸地和风水林的3.4、8.7倍。草层高分别为裸地和风水林的3.0倍。2)经过不同措施的植被恢复,土壤养分含量有不同程度的提高,其中有机质含量的最大值和最小值在风水林、裸地分别为22.79±19.32 g·kg^(-1)、3.33±0.25 g·kg^(-1),表明人工恢复措施可以改善土壤结构,但仍需一定的时间才能达到土壤自我生态平衡。另外土壤蔗糖酶活性与过氧化氢酶活性呈增加趋势,土壤微生物量碳(MBC)与氮(MBN)之间不存在显著性差异。3)措施1中的氮含量与土壤蔗糖酶显著正相关(P<0.05),可以看出蔗糖酶对植被群落恢复具有促进作用。措施2治理样地中土壤磷和钾含量与Simpson指数和Margalef指数也呈显著相关作用(P<0.05),表明该措施显著提升了植物物种的丰富度和物种优势性。

南方红壤侵蚀区芒萁对聚乙二醇6000模拟干旱胁迫的响应

利用聚乙二醇(PEG)6000模拟干旱胁迫,探讨了芒萁对干旱胁迫的响应。结果显示,干旱胁迫显著提高了芒萁的超氧化物歧化酶(SOD)、脯氨酸(Pro)、相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)水平。过氧化物酶(POD)活性在10%PEG 6000浓度下显著提高,但在较高浓度时下降。随着PEG 6000浓度的增加,过氧化氢酶(CAT)活性先降低后升高。通过相关分析和主成分分析发现,在30%PEG 6000浓度时芒萁表现出较强的抗旱性。综上,较高的SOD和CAT活性以及较高的Pro浓度共同提高了芒萁的抗旱性,是协助芒萁抵御季节性土壤干旱的主要因子,而极端干旱仍会破坏芒萁的抗旱生理活动。

微生物菌肥对芒萁生理特性的影响

芒萁是我国南方红壤侵蚀区生态恢复的重要植物。为探讨微生物菌肥对芒萁生理特性的影响,施用不同种类的肥料,测定不同施肥处理下芒萁叶片抗氧化酶、渗透调节物质和光合指标。结果表明:菌肥施用下,芒萁叶片的生理活性受到明显影响,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性均呈显著下降趋势,过氧化物酶(POD)活性提高,芒萁抗氧化系统对施肥反应不一;施用菌肥的芒萁丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)含量和相对电导率(REC)降低,而叶片叶绿素总量(Chl)提高。菌肥能够改善因土壤养分贫瘠造成的逆境胁迫,而且可提高芒萁抗逆性,从而增强其生理活性、促进其生长。

南方红壤侵蚀区不同治理年限样地芒萁和土壤的生态化学计量特征及相关性分析

以未治理(P1)样地和风水林(P6)样地为对照,对福建省朱溪流域治理样地P2、P3、P4和P5(分别治理2、7、13和30 a)的土壤以及芒萁〔Dicranopteris dichotoma(Thunb.)Bernh.〕叶片、叶柄和地下部的全碳(C)、全氮(N)和全磷(P)含量以及C/N比、C/P比和N/P比进行了比较和分析。结果表明:总体上看,随着治理年限的增加,土壤的C和N含量以及C/P比和N/P比先下降后上升,P含量先上升后下降,C/N比波动变化;芒萁各器官的C含量变化不明显,N和P含量逐渐上升,C/N比和C/P比逐渐下降,N/P比先下降后上升。方差分析结果表明:多数治理样地土壤的6个指标与P1和P6样地差异不显著。多数治理样地芒萁各器官的C含量以及部分治理样地芒萁叶柄和地下部的N含量与P1和P6样地差异不显著,但多数治理样地芒萁叶片的N含量与P1和P6样地差异显著;多数治理样地芒萁叶片和叶柄的P含量显著高于P1样地,但与P6样地差异不显著,而4个治理样地芒萁地下部的P含量与P1和P6样地差异不显著;部分治理样地芒萁各器官的C/N比与P1和P6样地差异显著,而多数治理样地芒萁各器官的C/P比和N/P比与P1和P6样地差异不显著。相关性分析结果表明:芒萁叶片及叶柄的C含量与土壤各指标的相关性不显著,而其N和P含量与土壤部分指标的相关性显著;芒萁地下部C/N比和N/P比与土壤C和N含量的相关性显著或极显著,而芒萁地下部与土壤的其余指标的相关性不显著。综上所述,芒萁能够在南方红壤侵蚀区生长,可用于该区域生态恢复和水土流失治理,但该区域土壤严重缺磷,限制芒萁生长,因此,建议在芒萁生长区施加磷肥。

离子吸附型稀土矿区硫酸镁浸矿剂的国内研究热点及趋势——基于CiteSpace的可视化分析

以中国知网为数据库,“硫酸镁浸矿剂”文献为对象,采用CiteSpace可视化分析技术,从年发文量、关键词、作者和科研机构等角度分析硫酸镁工艺的研究热点及趋势。研究发现,硫酸镁工艺愈发受到重视,近3年成果明显增多;研究热点为优化硫酸镁工艺以提高效率,聚焦氨氮污染问题;降低工艺成本和操作难度、解决稀土与重金属污染、开展生态修复和水土保持等方向是未来研究的重要趋势。研究结果为硫酸镁工艺的发展与水土保持提供参考。

南方红壤侵蚀区芒萁叶片对微地形的响应

植物功能性状可以反映植物应对环境变化的响应策略。该文以芒萁为研究对象,主要采用单因素方差分析和冗余分析,比较了3种微地形(沟脊、沟壁、沟底)中环境因子和芒萁叶片功能性状的差异,分析了芒萁对浅沟微地形的响应及其适应策略。结果表明:(1)芒萁叶片功能性状的总体变异程度在0.05~0.47之间,叶厚和叶面积均表现为沟底>沟壁>沟脊(P<0.05),沟壁的叶氮含量显著高于沟脊和沟底,沟脊的叶磷含量显著低于沟壁和沟底,比叶面积和叶碳含量在3种微地形间均无显著差异。(2)沟脊的芒萁通过减小叶面积来降低水分散失进行自我保护,沟壁的芒萁通过增加叶氮含量来提高叶片光合速率而促进生长,沟底的芒萁通过增大叶面积来提高光捕获能力而促进生长。综上结果认为,土壤养分和温湿条件的差异,促使芒萁通过调节营养物质含量和改变叶片形态以更好地适应环境。

长汀马尾松低效林治理地生物多样性特征研究

以长汀低效林改造治理地为研究对象,对该区进行植物群落调查和土壤微生物群落测定,分析其随治理时间的变化特征,研究结果表明:①随着治理年限不断增加,乔木层物种单一稳定,物种数量增加,灌木和草本层物种数量逐渐减少;乔木层生长状况随着治理时间增加有大幅提升,灌草层的生长状况与植物种类密切相关;随着治理时间的增加,群落垂直结构及优势种分化明显,马尾松和芒萁占据优势地位,群落趋于稳定状态。②土壤真菌、细菌群落丰度和多样性变化与治理时间关联性较低,更多与植被恢复状况及土壤生化性质有关。

南方离子型稀土矿区不同刈割强度下芒萁的生理响应

稀土污染已成为南方离子型稀土矿区的关键环境问题。为揭示不同刈割强度处理下芒萁的超补偿生长效应以及芒萁的耐刈性,以南方离子型稀土矿区长汀为研究区,将芒萁(Dicranopteris pedata)按面积比例分100%、75%、50%、25%、不刈割共5个强度进行刈割,测定芒萁的生物量、逆境生理指标和稀土元素含量。结果显示,芒萁均发生超补偿生长;样方内刈割后的新生芒萁和残留芒萁的酶促保护系统和渗透调节物质都发生改变,其中脯氨酸含量与芒萁生物量密切相关,超氧化物歧化酶在芒萁逆境生理指标中起主导作用,100%刈割下可溶性糖含量最低;稀土元素参与了芒萁的逆境生理活动。综上所述,刈割可以诱导芒萁超补偿生长,同时也对芒萁造成了胁迫,100%刈割达到胁迫阈值不利于芒萁的养分积累,样方内残留未刈割芒萁也对刈割产生响应,稀土元素可以诱导芒萁耐刈性提高。

不同刈割强度下稀土超富集植物芒萁的超补偿生长及净化稀土效应

以南方离子型稀土矿区长汀为研究区,计算芒萁(Dicranopteris dichotoma)分100%, 75%, 50%, 25%、不刈割共5个强度刈割半年后新生芒萁和未刈割芒萁生物量、稀土元素含量,以揭示不同刈割强度处理下芒萁的超补偿生长以及芒萁净化稀土的效应。结果表明,所有刈割处理的芒萁生物量均高于对照无刈割处理,均发生超补偿生长,刈割强度越大补偿效应越明显,100%刈割处理下芒萁生物量显著大于其他处理,表明刈割增强了芒萁的克隆繁殖能力,为稀土积累提供了良好条件。所有刈割处理的新生芒萁叶片稀土元素总量均显著大于对照无刈割处理,但不同刈割强度之间无显著差异,样方内留下未刈割部分的芒萁叶片稀土元素总量显著大于对照未刈割,75%刈割和50%刈割样方内未刈割的芒萁叶片稀土元素总量略大于刈割后新生叶片稀土元素总量,说明残留未刈割的芒萁根系以吸收稀土应答刈割的干扰。刈割处理后芒萁新生叶片的轻稀土和重稀土的积累量均有所上升,100%刈割处理下的稀土积累量显著大于其他刈割强度,说明提升芒萁净化稀土效率主要取决于诱导芒萁补偿生长以提升生物量。刈割后芒萁对稀土的积累特征保持稳定,仍然呈现为轻稀土>重稀土。芒萁的生物量与除了Ce以外的轻稀土元素呈强相关,与重稀土Gd, Tb中等相关,与其余稀土元素无相关性,芒萁对Ce的吸收受到了土壤Ce含量的限制。刈割后芒萁叶片的轻稀土元素之间呈强相关,重稀土元素之间也呈强相关,轻稀土与Gd和Tb强相关,说明芒萁吸收重稀土受到了轻稀土的影响。

模拟降雨淋溶下离子型稀土矿区稀土的纵向迁移

为探讨土壤中稀土迁移对地下水污染的可能性,本研究通过土柱淋溶实验模拟降雨淋溶下土壤中稀土的纵向迁移。实验结果表明,淋溶前后各土层稀土分配模式未发生变化;土壤淋出液稀土含量在实验前期呈波动式下降,中后期表现出低值稳定的状态;淋溶实验后土层第一、二层土壤中的稀土含量变化显著,第三、四层土壤的稀土含量均有所降低,第五层土壤中的稀土含量基本一致。研究发现,稀土元素会因为淋溶作用在表层土壤中纵向迁移,但随着土层深度的增加迁移能力下降,短期降雨淋溶不会造成地下水的污染,但研究区内存在长期降雨淋溶后稀土元素被析出,并随雨水下渗污染地下水的潜在威胁。

南方离子型稀土矿区芒萁的稀土提取能力

为探讨南方稀土矿区芒萁对土壤稀土元素的提取能力,三洲桐坝(SZ,5a治理地)、下坑(XK,8a治理地)、牛屎塘(NS,10a治理地)、龙颈(LJ,对照地)为实验样地,研究芒萁的生长特征(株高、密度、生物量)、稀土元素富集能力及稀土元素提取能力。研究发现,各样地间株高、密度、地上生物量和总生物量均显著差异(P<0.05),而地下生物量则差异不显著。地上部分对稀土元素的积累量以LJ最高,分别是SZ、XK及NS的5.45、3.51、2.33倍;而地下部分积累量以NS最高,分别是SZ、XK及LJ的5.24、6.36、3.96倍。芒萁地上部分轻稀土元素含量和稀土元素总量在各样地间差异显著(P<0.05),LJ≈NS>XK≈SZ,且芒萁地上部分主要是累积轻稀土元素。通过芒萁净化矿区稀土元素,通过计算分别需要58年、36年、20年芒萁提取,才能将中度污染的NS、轻度污染的SZ、XK的稀土矿区表层土壤(0~10 cm)中稀土元素含量降低到全国土壤稀土元素含量的平均水平(186.76 mg·kg^-1)。

氮添加对侵蚀退化红壤化学性质及芒萁叶功能性状的影响

蕨类植物芒萁(Dicranopteris dichotoma)是我国南方红壤侵蚀区重要的水土保持植物,但目前氮添加对芒萁叶功能性状及其基部土壤化学性质以及这二者之间关系的影响尚不清楚.以芒萁作为研究对象,采用盆栽实验,设置CK(0 gm^(-2)a^(-1))、N1(1.1 gm^(-2)a^(-1))、N2(2.3 gm^(-2)a^(-1))、N3(3.4 gm^(-2)a^(-1))、N4(4.5 gm^(-2)a^(-1))、N5(5.6 gm^(-2)a^(-1))共6个梯度的氮添加处理,研究氮添加对芒萁主要叶功能性状及其基部土壤主要理化性质的影响,并分析芒萁叶功能性状与土壤化学性质间的相关关系,为南方红壤侵蚀区生态恢复以及可持续发展提供相关科学依据.结果显示:(1)氮添加显著增加土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量(P <0.05),显著降低pH值和全磷含量(P <0.05),表明氮添加能提高氮素有效性及导致红壤酸化.(2)氮添加显著增大芒萁叶面积、叶绿素含量与叶氮含量(P <0.05),但未对比叶面积和叶组织密度产生显著影响.(3)芒萁叶面积与土壤pH及其全磷含量呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关(P <0.05);叶氮含量与土壤pH呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全磷含量呈显著负相关(P <0.05),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关(P <0.05);叶磷含量与土壤pH呈显著正相关(P <0.05),与土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量呈极显著负相关(P <0.01),与土壤全磷含量相关不明显;叶绿素含量与土壤各化学性质指标均未存在显著相关性.上述结果表明,氮添加会提高退化土壤氮素有效性,促进芒萁对土壤氮素的吸收,导致叶氮含量升高;适度的氮添加会提高叶磷含量,但过量的氮添加则会显著降低叶磷含量.(图1表2参62)

南方离子型稀土矿区马尾松稀土元素的分布与富集

为探讨南方离子型稀土矿区马尾松地上部分各器官稀土元素的分布与富集特征,采集福建省长汀县濯田镇马尾松下的土壤样品和地上部分各器官(树皮、树干、树枝和树叶)样品,测定其稀土元素。结果表明:马尾松下的土壤稀土元素含量平均值为275.15 mg·kg^-1,轻重稀土元素分异明显,Ce元素富集明显,Eu元素相对亏损;马尾松地上部分各器官稀土元素含量普遍较低,LREE高于HREE,轻重稀土元素分异。马尾松地上部分各器官稀土元素球粒陨石分布模式中,Ce元素和Eu元素明显正异常,马尾松树干、树叶重稀土元素标准化后明显波动分布,呈锯齿状,马尾松树皮和树枝波动幅度小;其δCe(δEu)均大于1,Ce和Eu元素明显富集。马尾松地上部分各器官稀土元素的吸收系数均较小,该地区稀土元素由土壤到植物的迁移程度低,马尾松地上部分各器官对稀土元素的富集能力弱,但其生物量和提取稀土元素的能力不容忽视,可尝试将植物提取技术运用于该地区的稀土净化。

南方稀土矿区马尾松树木年轮稀土元素含量年代变化

为探讨稀土元素在马尾松树木年轮中的含量变化,以南方稀土矿区马尾松树木年轮为样本,通过ICPMS测定1997-2016年中La-Y共计15种稀土元素含量。结果表明,1997-2016年,单个稀土元素含量与稀土元素总量(ΣREE)除个别年份略有下降外,总体上均波动上升,这可能是由于长汀在治理水土流失过程中,生长条件得到改善,促进了马尾松树木年轮对稀土元素的吸收;轻稀土元素总量(ΣLREE)与重稀土元素总量(ΣHREE)出现分布上的分异情况,且Eu元素明显亏损,Ce元素无明显异常,这与该地土壤中轻、重稀土元素的分异以及Eu元素的异常情况保持一致,并与该地区处于亚热带湿润气候区及淋溶作用强密不可分。而Ce元素无明显异常,有待进一步研究。同一树木年轮不同宽度下,稀土元素含量呈波动上升趋势,且同一树木年轮在不同宽度下稀土元素含量差距逐渐扩大,表明随着治理成效的逐渐显现,气候因素也对马尾松吸收稀土元素产生一定影响。