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岩壁复绿基质的持水性及土壤微生物活性

王丽  
【摘要】: 本文通过室内盆栽试验并结合野外喷播实践,以白三叶、紫穗槐、黑麦草、波斯菊4种植物幼苗作为实验材料,研究喷播基质配比技术和土壤菌群对岩石界面的活化技术,对解决山体水分保持和岩壁—喷施基质的融合问题,实现破坏山体植被恢复的长期维持,为我国的破坏山体植被恢复与环境重建提供理论依据和技术支撑。获得以下主要研究成果: (1)保水剂含量对基质物理特性的影响 ①不同结构基质的容重和非毛管孔隙度随保水剂含量的增加而逐渐减小,容重尤其当保水剂含量超过0.3 %以后,基质容重会明显偏低较低,非毛管孔隙度明显偏小。而总孔隙度、毛管孔隙度和保水能力均随保水剂含量的增加而提高,表明保水剂含量增加会明显提高喷播基质的总孔隙度和毛管孔隙度及其持水与供水能力。 ②保水剂含量对基质抗冲性、抗剪性的影响相同。抗冲指数和抗剪强度均出现先增加后减小的变化趋势。保水剂含量在0.15%~0.3 %之间,会在一定程度上增加喷播基质抗冲能力和抗剪强度,促进植物生长和覆盖对地表的保护作用。不同结构基质的抗冲指数和抗剪强度随着时间的增加而增加,保水剂比例对基质的抗冲性和抗剪性时间动态变化趋势没产生显著影响。 (2)保水剂含量对植物生长的影响 ①4种植物平均出苗率、苗高均高于土壤对照处理。随着保水剂含量增加,出苗率逐渐增加,而苗高先逐渐增大后逐渐减小。不同保水剂含量下,紫穗槐、白三叶和黑麦草的出苗率(分别为12.6%、74%和19%,)在0.30 %时达到最高,波斯菊的峰值出0.2%时(63%);其中波斯菊在0.3%梯度是达到最大值(9.5cm),黑麦草峰值出现在0.5%梯度(11.5cm),紫穗槐峰值在0.15%梯度时就出现,是峰值对应的保水剂含量最低的植物种。各保水剂梯度之间苗高相差不大,说明保水剂能够促进幼苗生长,但是对幼苗高影响有限,尤其是达到一定峰值后随着保水剂含量的增加苗高反而会减小。 ②保水剂能增加土壤田间持水量,从4种植物种不同保水剂含量下的枯萎率看,总体上保水剂含量越高,相同时间内幼苗枯萎率越低,保水剂条件下植物的耐旱时间要明显增长。4种植物种枯萎速率快慢依次为:波斯菊黑麦草白三叶紫穗槐。采用Tukey法多重比较后发现,保水剂含量差距越小,差异性就越不明显,反之则差异越大,这充分说明连旱条件下保水剂对延长植物生长时间的促进作用。 (3)保水剂含量对植物生理的影响 ①本研究得出,8种基质条件下紫穗槐的Pn和Tr日变化均呈双峰型曲线;波斯菊、白三叶、黑麦草3种植物蒸腾速率日动态为单峰型曲线。峰值多出现在11:00~12:00左右。日动态曲线呈现“双峰型”的变化规律时,第一峰值多是高于第二峰值。在水分充足的对照条件下,保水剂对4种植物的影响作用基本相同。随着保水剂含量的增加,4种植物不同保水剂梯度出现峰值时间及峰值变化不完全不同;同时不是随着保水剂的增加而增加,而是在保水剂0.15%-0.3%对植物光合、蒸腾作用最有利。 ②4种植物的在不同保水剂梯度下WUE变化趋势不同,水分利用效率日变化出现明显的波动,保水剂含量对4种植物水分利用效率的影响没有明显的规律性。结果表明所选4种植物具有较高的水分利用效率,适合在立地条件贫瘠的地方栽植,是良好的山体复绿的植物种。 (4)保水剂含量对基质水分动态变化的影响 ①在萌芽期及成苗期不同保水剂梯度下基质水分动态变化趋势基本相同,均随着保水剂含量的增加,基质含水量变化趋势缓慢,基质持水性能增加,高含水时间增加。植物种类对保水剂梯度间基质水分变化趋势无显著影响。 ②4种植物的基质含水量日变化趋势基本相同均为:中午12点之前,温度逐渐升高,基质水分含量略有下降,但下降幅度较小;12点至下午1点,水份蒸发和植物蒸腾作用达到最大值,出现了大幅度下降;1点之后基质水分缓慢明显下降。施用保水剂能有效抑制水分蒸发,且随着用量的增加,其持水性能逐渐增强。保水剂用量越大的处理,土壤含水量日变化越小,土壤含水量可长期处于较高水平。 (5)微生物对岩石的风化作用 ①研究结果表明微生物-矿物的相互作用影响了矿物的溶解和沉淀。在南京幕府山采集的白云石矿石,通过富集分离法和直接矿石利用法筛选岩石降解菌,挑选出高活性菌株14株,其中6株细菌,8株真菌。经过显微观察和生理生化试验,将细菌1和细菌2鉴定为假单胞属,因而暂将细菌1和2命名为Pseudomonassp.PS-1和Pseudomonassp.PS-2。真菌株3和4初步确定菌株3和4属于曲霉属Aspergillus,暂命名为Aspergillus-3和Aspergillus-4,菌株5为木霉属,菌株6属于青霉属。 ②真菌对白云石的风化作用是个复杂的过程,不仅有菌丝的机械破坏作用,还有胞外大分子物质的作用。真菌胞外分泌物有利于矿物的风化作用。 综合评价不同保水剂含量对植物的生长及生理指标的影响以及对基质结构特性的影响,得出保水剂含量在0.15%~0.3%范围之间,能改善基质结构,提高植被成活率,减少基质水土流失。江苏地区在今后客土喷播技术实施过程中,保水剂的用量应该在0.15%~0.3%这一范围;同时应当借鉴日本土壤菌永久绿化技术,在喷播过程中添加土壤有效菌种,增加基质微生物数量,加速研究生物风化,增加喷播基质的稳固性及与岩壁的融合性,从而实现破坏山体复绿的长期维持。


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