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《哈尔滨工业大学》 2008年
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固氮蓝藻在松嫩平原盐碱土生态修复中作用的研究

张巍  
【摘要】: 由于不合理的农田灌溉、过度使用化肥及植被破坏,土地盐碱化越来越严重,盐碱地的改良和修复工作也一直深受重视。本论文从生态工程学和盐碱地生态修复的角度出发,选择松嫩平原典型的盐碱化草地作为研究对象,考察了盐碱化草地土壤的理化特征及土壤微生物的分布规律;对盐碱土中土著蓝藻的形态、种属、生态分布规律以及酶活性进行了研究;考察了固氮蓝藻Nostoc commune和Anabaena azotica Ley在不同浓度Na2CO3培养液环境下的适应能力;研究了含水率、接种量以及土壤深度在Nostoc commune和Anabaena azotica Ley对盐碱土改性作用中的的影响。在此基础上,考察了Anabaena azotica Ley对羊草的促生效果,探讨了作用机理,并初步研究了Anabaena azotica Ley对3种类型盐碱土土质的改善效果。 按照土壤生态学研究方法,在黑龙江省安达市典型盐碱化草地中,分别从重度、中度和轻度盐碱土壤中选择3块100×100m2大方作为研究对象,采用梅花布点法采样,分析了土壤样品的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等无机离子含量,SO42-、Cl-、NO3-等阴离子浓度以及EC、pH等。2006年按季节分12个月,采集土壤样品,采用MPN法分析了土壤中细菌、放线菌、真菌、藻类含量。研究结果表明:3种类型土壤的理化特征和微生物构成各有其特点,轻度盐碱土为非碱性钠质土,中度和重度盐碱土属于碱性钠质土,重度盐碱化区土壤氮含量严重缺乏;微生物数量呈现明显的季节变化,随着土壤盐碱化程度的增加,细菌、真菌、放线菌数量逐渐降低,而重度盐碱土中放线菌处于优势地位,微生物数量差异达到显著或极显著的水平。 利用BG110培养基从黑龙江省安达市典型盐碱化草地中分离筛选出了20株具有一定耐盐能力的固氮蓝藻,它们分别属于10个属,轻度盐碱土和重度盐碱土上各有3种蓝藻,而中度盐碱土上有4种蓝藻。其中Nostoc和Anabaena丰度最高,且可耐受15%的NaCl。 采用BG110培养基进行纯培养,分别测定了Nostoc commune和Anabaena azotica Ley在不同生长阶段的叶绿素a含量、胞外多糖含量、氨基酸含量和固氮酶活性。结果表明:两种固氮蓝藻都能在Na2CO3盐胁迫条件下生长,且随着Na2CO3盐胁迫性增加,两种蓝藻的叶绿素a含量、胞外多糖含量、氨基酸含量和固氮酶活性都呈现先增加后减少的趋势;而随着培养天数的增加,两种藻类叶绿素a的变化曲线与微生物的生长曲线很相似,胞外多糖和氨基酸的增长和叶绿素a的增长是同步的,其中Anabaena azotica Ley的固氮酶活性在培养到21天时达到最大值,Nostoc commune的固氮酶活性在培养到28天时达到最大值;比较而言Anabaena azotica Ley的耐盐性好于Nostoc commune的耐盐性,固氮能力也高于Nostoc commune。 考察了含水率对固氮蓝藻Anabaena azotica Ley和Nostoc commune改性盐碱土的作用效果。结果表明:含水率在30%,蓝藻已经可以形成藻结皮,而含水率在50%,蓝藻生长得更好。盆栽试验考察了接种量对固氮蓝藻Anabaena azotica Ley和Nostoc commune改性盐碱土的作用效果。结果表明:接种量为0.03mg干藻/cm2时,更适合固氮蓝藻Anabaena azotica Ley在轻度盐碱土上生长,而接种量为0.18 mg干藻/cm2时,更适合固氮蓝藻Nostoc commune在中度盐碱土上着生;分别测定2种固氮蓝藻在盆栽试验不同培养阶段(每10天为一个阶段)的阴阳离子、pH值、电导率、水溶性总盐、交换性钠、TOC、BAB和固氮酶活性的变化。结果表明:固氮蓝藻提高了土壤有机质530.01%,降低土壤pH 8.0以下,提高了土壤氮含量269.12%,降低了土壤交换性Na+ 86.28%。但当土壤深度达到9cm时,蓝藻对盐碱土的改性效果减弱。 以盐碱土典型植物—羊草作为考查对象,在实验室盆栽条件下分析了菌种的促生效果。接种一定时间后,测定羊草植株高度,发现接种Anabaena azotica Ley后,植株高度比对照增加30%左右,而且这种促进作用具有持续性。分析了接种菌种后羊草根际土壤固氮酶活的变化,接种固氮蓝藻能促进根际菌构成发生变化,进而影响植物的生长。结果表明:Anabaena azotica Ley不仅能适应盐碱土环境,而且能提高盐碱土的氮含量,改变根际微生物构成,促进植物生长。 现场实验表明,Anabaena azotica Ley在三种类型盐碱土上对温度、光照和碱度都有很好的生态适应性,而且可以积累土壤的有机质、转化无机盐、降低土壤的pH,使土壤氮含量提高106.99%。 本论文研究表明,固氮蓝藻可以改善土质,促进植物生长,这对于生态修复盐碱化土壤具有一定的作用。
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