荒漠土壤产脲酶菌诱导碳酸钙沉淀固沙优化与效果分析

产脲酶菌诱导碳酸钙已广泛应用于土壤固化,但存在环境适应性差的缺陷。该研究使用荒漠土壤产脲酶菌,结合室内试验和响应面法优化反应条件,通过野外试验分析固沙效果,以期解决荒漠地区产脲酶菌诱导碳酸钙固沙的技术问题。结果表明:(1)影响碳酸钙沉积的主要因子是温度、时间、pH值、菌液和胶结液配比,优化条件为34.47℃、71.68 h、pH值7.73、配比74.94%,此时钙沉积率最高,为42.33%。(2)最优条件下诱导形成的碳酸钙呈立方体形、菱形、球形和无定形等多晶态,分布在沙粒表面或镶嵌在沙粒中。(3)优化后固沙效果明显增强,风沙土颗粒显著增大(P<0.05),固结层硬度和厚度分别提升5倍和10倍,所有时间段内风蚀可蚀性因子均降低,24 h降幅最大,由0.91降至0.66。该技术是防沙治沙的新方法,野外应用需确定施用时间,采用洒水、覆盖、适当破碎等措施,营造适宜条件提升固沙效果的同时避免土壤板结问题。

乌兰布和沙漠沿黄段风沙土有机质和碳酸钙含量特征

土壤有机质和碳酸钙与土壤风蚀可蚀性密切相关,深刻地影响着土壤风蚀过程。以乌兰布和沙漠沿黄段风沙土为研究对象,分析不同沙丘类型和沙丘部位土壤有机质和碳酸钙的含量特征及其相互关系。研究结果显示:1)乌兰布和沙漠沿黄段流动、半固定、固定沙丘土壤有机质质量分数分别为1.71%、1.57%和2.21%,碳酸钙质量分数分别为0.10%、0.11%和0.16%;随着沙丘的固定,土壤有机质和碳酸钙质量分数均显著增加(P<0.05)。2)流动沙丘丘间地土壤有机质和碳酸钙质量分数显著高于迎风坡(P<0.05),半固定沙丘迎风坡土壤有机质和碳酸钙含量显著高于背风坡(P<0.05),固定沙丘背风坡和丘间地有机质和碳酸钙质量分数显著高于迎风坡(P<0.05)。3)风沙土有机质和碳酸钙质量分数存在极显著幂函数正相关关系(R^(2)=0.809,P<0.01)。植被盖度和风蚀状况是不同沙丘类型和沙丘部位土壤有机质和碳酸钙含量差异的主要原因。

土壤微生物膜对风沙土固沙保水特性的影响

土壤微生物膜胞外聚合物具有较强的黏结性,为增强风沙土抗蚀性,提高风沙土保水性提供了新途径。鉴于此,该研究采用室内控制试验设置6个微生物菌剂施用水平(0、1、3、5、7和10 g/kg),以期阐明土壤微生物膜对风沙土特性的影响。研究结果表明:1)施用微生物菌剂可产生土壤微生物膜,并胶结风沙土颗粒。2)试验结束时(第49 d),与对照组相比,不同菌剂施用处理的土壤容重降低0.54%~8.88%,孔隙度提高0.39%~3.91%,含水率显著提高0.11%~0.25%(P<0.05),大团聚体质量分数增加5.59%~25.01%,土壤pH值由7.16显著增加至8.32~9.23(P<0.05)。3)土壤多糖含量对土壤特性的解释率为47%,是影响土壤特性的关键因素。土壤微生物膜能够有效改善风沙土特性,增强风沙土抗蚀性,提高风沙土保水性,但较高的微生物菌剂施用量会增加土壤pH值,造成土壤盐碱化,建议微生物菌剂施用水平为1~5 g/kg。研究成果有利于深入理解微生物膜固沙保水机制,并可为沙化土地防治新技术研发提供重要理论依据和科技支撑。

沙地樟子松菌根化幼苗对干旱胁迫的生理响应

外生菌根可以有效促进林木水分吸收,提高林木抗旱能力,维持森林生态系统稳定性。沙地樟子松是一种典型的外生菌根依赖型树种,为比较分析沙地樟子松菌根化幼苗抗旱能力,以点柄乳牛肝菌(Suillus granulatus)(Sg)、口蘑属真菌(Tricholoma sp.)(Ts)和褐环乳牛肝菌(Suillus luteus)(Sl)3种重要外生菌根真菌侵染后的菌根化幼苗为研究对象,通过室内控制试验设置土壤饱和含水率80%(水分充足)、40%(湿润)、20%(水分适宜)、10%(轻度干旱)和5%(重度干旱)5个水分处理梯度,测定干旱胁迫下沙地樟子松幼苗的生理特征参数。结果表明:(1)Sl处理组主要通过提高抗氧化酶活性减轻自由氧对细胞的伤害,进而抵御干旱胁迫。在轻度干旱时,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性达到最大值425.16 U·g^(-1)和202.73 U·g^(-1)。(2)Sg处理组既可以提高抗氧化酶活性抵御干旱胁迫,又通过积累脯氨酸调节细胞渗透压减缓干旱胁迫的影响。在轻度干旱时,超氧化物歧化酶活性和可溶性糖含量达到最大值397.01 U·g^(-1)和199.50μg·mL^(-1)。(3)Ts处理组主要通过提高最大光化学效率抵御干旱胁迫。在水分正常和轻度干旱胁迫时,叶片最大光化学效率显著高于对照组(P<0.05)。发生干旱胁迫时,菌根化幼苗能够通过提高抗氧化酶活性、调节渗透物质含量和提高叶片光化学效率等方式保障沙地樟子松正常生理活动,抵御干旱胁迫,但不同外生菌根真菌提高沙地樟子松耐旱性的途径存在差异。研究结果可为深入理解外生菌根生态功能和沙地樟子松菌根化造林技术研发提供理论依据。

土壤微生物膜生理生态功能研究进展

土壤微生物膜是由土壤细菌及其分泌物积聚形成的生物群落,是生物土壤结皮的初始形态和重要组成部分。作为土壤细菌生命过程中最典型的生存形式,土壤微生物膜不仅能保护基质内细胞生存,还可黏附于土壤颗粒和植物根系表面,发挥重要的生态功能。本文在解析土壤微生物膜结构与组成的基础上,从土壤质量与植物健康两个方面总结分析了土壤微生物膜生理生态功能:土壤微生物膜代谢活性高于游离细胞,可高效分泌胞外聚合物并且具有更强的有机物质转化速率,在提升土壤肥力,吸附、固持和降解土壤污染物和促进土壤团聚体形成方面具有重要意义;土壤微生物膜可通过多种微生物间协同作用、促进分泌多种促生物质与胞外聚合物以发挥固持作用等改善植物养分利用状况,增强植物抗逆性。揭示土壤微生物膜生态功能的微观机制、筛选和应用功能性土壤微生物膜是未来重要的发展方向。