粒径是影响物质吸附性能的一个重要因素.本研究以不同粒径(0.25～1 mm、0.075～0.25 mm、＜0.075 mm)油菜秸秆生物炭(SBC)和鸡粪生物炭(MBC)分别与两种土壤(高磷土、低磷土)混合进行室内培养30 d,通过土壤磷等温吸附试验与解吸试验,结合土壤磷吸附相关性质,评价不同粒径生物炭对土壤磷吸附-解吸特性的影响.结果表明:在水体系中,3个粒径的SBC与MBC对磷的吸附能力大小均表现为＜0.075 mm(43125、20083 mg·kg-1)＞0.075～0.25 mm(37376、13199 mg·kg-1)＞0.25～1 mm(27749、12251 mg·kg-1);在土壤体系中,同一种生物炭的3个粒径间土壤磷吸附量差异较小.与无生物炭处理相比,添加SBC提高了 土壤对磷的最大吸附量(Smax),增幅为236.8％～755.7％,并降低了土壤磷解吸率;添加MBC的Smax增幅较SBC低,但提高了 土壤磷解吸率(增幅为7.2％～295.9％).两种生物炭处理均显著增加了 土壤总磷、速效磷和交换性钙、镁含量,其中SBC处理交换性钙、镁含量增幅为64.0％～257.1％,MBC处理增幅为39.1％～205.3％,且土壤交换性钙、镁含量与Smax呈极显著正相关.综上,生物炭粒径对土壤磷吸附性能的影响较小,提高土壤对磷吸附性能的关键因素是生物炭施入后带入的钙、镁;油菜秸秆生物炭对土壤磷吸附能力强,适用于提高富磷土壤对磷的固持能力,减少盈余磷素的流失;而鸡粪生物炭更适于改善低磷水平土壤,提高有效磷含量.

为解决玉米秸秆固废污染和秸秆资源有效利用问题,采用刚果红染色法(水解圈法)和3,5-二硝基水杨酸(DNS)法从玉米秸秆还田土壤中筛选到一株纤维素降解菌,并对该微生物进行生理生化和分子生物学鉴定,发现该菌株降解纤维素效果较好,经鉴定该菌株为纤维素链霉菌(Streptomyces cellulosae),命名为SJS-15,并对该菌株的酶学特性及纤维素降解能力进行了初步研究.结果表明,菌株SJS-15在发酵培养基中的纤维素酶活(CMC)峰值为30.5 U/mL,最适反应pH为6.0,滤纸酶活(FPA)峰值为25 U/mL,最适反应pH为8.0,两种酶均能在温度20～60℃,pH 4.0～10.0范围内保持较高酶活性.纤维素分解实验表明菌株SJS-15对玉米秸秆和滤纸有分解能力,40 d时对玉米秸秆降解率为35.6％(质量分数,下同),对滤纸降解率为18.6％.扫描电镜结果显示经菌株处理的玉米秸秆较对照有明显降解痕迹.菌株SJS-15具有良好的抗逆性和玉米秸秆纤维素分解能力,可作为玉米秸秆还田和堆肥发酵的高效菌株进行进一步研究.

抗风桐(Pisonia grandis)为紫茉莉科常绿乔木,是西沙群岛自然植被中最常见的乔木树种,具有重要的生态、药用和观赏价值;其生长速度快,断枝可再殖,在防风、海岸固沙以及海岛植被恢复方面具有重要作用.该研究以西沙群岛永兴岛的野生抗风桐为研究对象,对其形态解剖特征、生理特征和营养成分进行了研究.结果表明:抗风桐属阳生性树种,具有叶片厚、比叶面积低、栅栏组织发达、海绵组织细胞间隙小等形态解剖特征,利于其对光能和水分的利用;其超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性高、脯氨酸含量较高,丙二醛含量较低,表明其具有较强的抗旱性.抗风桐生长的土壤养分含量低,但其叶片营养元素含量高,表明抗风桐对土壤养分的利用能力高,对土壤养分贫瘠胁迫具有较强的适应性.因此,抗风桐能适应强光、干旱和贫瘠等生长条件,可作为热带珊瑚岛植被恢复的重要树种.由于抗风桐生长速度快、适应环境能力强,因此在栽培过程中应适时浇水及补充生长所需的矿质元素,以维持植株生长所需要的水分和养分平衡.该研究结果为抗风桐的引种、栽培、保护及开发利用提供了科学依据.

夹粘沙丘是指剖面中分布有一层红褐色粘化层的沙丘,其夹粘层埋藏深度常在120-500cm左右,厚度在40-100cm之间,粘粉粒含量达到90％以上.夹粘沙丘人工梭梭固沙植被郁闭度在0.5以上,明显高于相同水热条件下的植被生产力,这可能与夹粘层通过改变土壤持水性及水分状况,从而提高了土壤水分承载力有关.以河西走廊绿洲边缘夹粘沙丘为研究对象,在测定0-8.0m剖面土壤物理性质和土壤水分特征曲线的基础上,计算了土壤孔隙分布和持水特性,研究了剖面中土壤持水性的变化规律及其影响因素.结果表明:(1)夹粘层土壤含水量最高,上覆沙土土壤含水量最少且随深度增加而增加,下伏沙土受地下水毛管作用影响水分含量较高;(2)土壤机械组成决定了不同土层的持水特性,土壤中粘粉粒含量越高,田间持水量和饱和含水量就越大,夹粘层的土壤持水性远高于沙土层;(3)夹粘层是沙丘土壤水分暂时贮存的重要土层,可以为植被提供深层土壤水分,这对绿洲边缘人工固沙植被的生存和繁衍有重要影响,而土壤持水性和毛管作用的强弱决定了夹粘层对沙丘水分调节能力的强弱.本研究为深入理解绿洲边缘雨养固沙植被斑块状分布的机理提供了一定的理论依据.

豆科与非豆科树种混交作为一种人工林培育可持续发展模式,在保证木材产量和维持氮素平衡中发挥了重要作用.该研究通过大棚盆栽试验,设计3个施氮水平(0、3、6 g·株－1)及3种根系分隔方式(不隔、网隔、膜隔) ,分析了不同氮素水平及根系分隔模式对尾叶桉(Eucalyptus urophylla)与降香黄檀(Dalbergia odorifera)植株幼苗生长、叶片生理特性、根系形态及生物量的影响.结果表明:(1 )随施氮量的增加,尾叶桉与降香黄檀的苗高、地径均呈递增趋势;不同根系分隔模式下,尾叶桉苗高、地径均在不隔模式下生长最好,降香黄檀则在膜隔模式下生长最好. (2)与不施氮处理相比,施氮3 、6 g·株－1水平下尾叶桉与降香黄檀叶片的超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性及可溶性蛋白含量均显著升高,而丙二醛(MDA)含量则呈降低趋势. (3)尾叶桉与降香黄檀根系的总长度、总表面积、总体积、平均直径、根尖数和比根长均随氮素水平的增加而增加,且各氮素水平间的差异显著;同一氮素水平下,尾叶桉的根系生长总体表现为不隔＞网隔＞膜隔,而降香黄檀根系生长则表现为膜隔＞不隔＞网隔,且两树种不同分隔模式间差异显著. (4)尾叶桉与降香黄檀各器官生物量及总生物量均随施氮量的增加而增加,并在6 g·株－1施氮水平下生物量最大;各器官生物量分配中,尾叶桉各器官生物量所占比例大小依次为:茎(40 .59%)＞叶(32 .37%)＞根(27 .04%) ,降香黄檀各器官生物量所占比例大小依次为:根(47 .67%)＞茎(40 .08%)＞叶(12 .25%) .研究表明,尾叶桉与降香黄檀混交一定程度上扩展了根系横向和纵向水平的养分生态位,扩大了根系吸收土壤养分的空间,同时根系互作提高了降香黄檀的固氮能力,对土壤有效氮的产生有较大影响.

对水稻-油菜双序列复种免耕(NT)、翻耕(CT)稻田土壤细菌多样性进行研究.采用平板计数法计数可培养细菌及放线菌数量,Miseq测序分析物种多样性及群落结构.结果表明,分别把3个样点的NT、CT耕作方式土样细菌、放线菌菌落总数之和作为NT、CT可培养细菌数量进行比较,NT可培养菌落总数比CT高10％;土壤未培养样品中共获得224 563条有效序列,其中NT 114 433条、CT 110 220条;指数分析表明CT相对丰度略低于NT、群落多样性略低于NT;样本中的细菌种类覆盖35个门、269个科、373个属.尽管从不同分类水平上,CT、NT样本物种相对丰度没有显著性差异,但NT中细菌门最大的变形菌门和有待深入研究的酸杆菌门物种的序列多于CT,厌氧绳菌科、未分类的硝化螺旋菌科和亚硝化单胞菌科序列多于CT,另外,未知和未培养的科、属水平上物种多于CT,根据物种特性,认为它们可能对固氮、降解纤维素等改变土壤理化特性,维持免耕土壤肥力起着重要的作用.

以神东矿区用于植被恢复的小叶锦鸡儿、沙柳、沙棘为对象,研究侧根分支处极限抗折力学特性及受力受损后生长指标、力学特性的自修复能力,以明确半干旱采煤沉陷区灌木侧根分支处在遭受外力损伤后的可持续固土能力.结果表明:3种灌木生长季初期侧根分支处极限抗折力和抗折强度均存在显著差异,种间变化均表现为小叶锦鸡儿＞沙柳＞沙棘.小叶锦鸡儿和沙柳侧根分支处抗折强度与纤维素、木质素及棕纤维素含量呈显著正相关,沙棘抗折强度与纤维素和木质素含量呈显著负相关,与棕纤维素含量呈显著正相关.沉陷区形成的折力损伤显著破坏灌木侧根分支处的正常生长和力学特性,即使通过3个月的自修复也不能恢复到未受损水平.生长指标自修复能力越强,抗折力自修复程度越高,修复率种间变化为沙棘(91.2％)＞沙柳(82.0％)＞小叶锦鸡儿(73.9％),抗折力修复率种间变化为沙棘(41.4％)＞沙柳(37.1％)＞小叶锦鸡儿(30.0％).3种灌木侧根分支处可持续固土指数分别为小叶锦鸡儿(2.2084)＞沙柳(0.2009)＞沙棘(-2.4093),说明在半干旱采煤沉陷区小叶锦鸡儿可持续固土能力最强,沙柳次之,沙棘最弱.

以干旱、半干旱区常用水土保持灌木沙柳1～4 mm径级直根为对象,利用HG100数显式推拉力计及自制便携试验机台,原位研究不同损伤程度和修复时长条件下直根力学特性的变化,以探讨外力机械损伤对根系力学特性自修复的影响.结果表明:(1)不同径级沙柳直根抗拉力和抗拉强度差异显著,抗拉力与根径呈显著幂函数正相关,1～4 mm根径平均抗拉力为77.14±38.23 N;抗拉强度与根径呈显著幂函数负相关,该径级内平均抗拉强度为15.22±2.85 MPa.(2)外力机械损伤显著抑制根系生长发育,受损程度不同产生的抑制作用不同,重度损伤对根系生长的阻碍更明显,相比对照,自修复3个月和5个月重度损伤根径生长量分别降低25.19％和29.96％,而轻度损伤分别降低18.67％和26.89％.(3)机械损伤对沙柳直根抗拉力和抗拉强度同样具有明显的削弱作用,但通过根系自修复可以逐渐消除损伤效应,自修复时间越长,力学特性修复率越高,自修复3个月和5个月抗拉力修复率分别为37.63％和48.13％.损伤程度也会对力学特性自修复产生影响,相同修复时长内根系受损程度越大力学特性修复率越低.

为探究滨豇豆 (Vignamarina) 的生态生物学特性及其对热带珊瑚岛的适应性, 对西沙群岛野生滨豇豆的叶片形态解剖结构、生理特征和营养成分进行了分析.结果表明, 滨豇豆具有叶片厚、比叶面积小、栅栏组织发达、气孔密度大、气孔面积指数大等形态特征, 对减少蒸腾、保持水分起到重要作用.滨豇豆叶片的SOD活性和脯氨酸 (Pro) 含量高, 丙二醛 (MDA) 含量低, 表明抗氧化能力较强;滨豇豆叶片养分含量适中但其生境土壤养分含量很低, 说明其对养分有着良好的吸收利用能力, 利于适应贫瘠的环境.因此, 滨豇豆具有能够较好地适应珊瑚岛礁高温、干旱、贫瘠生境的形态解剖结构和生理特征, 加之其具有良好的固氮和养分利用能力, 可作为热带珊瑚岛植被恢复的工具种.

研究不同有机肥配比下解磷固氮细菌对土壤养分和相关酶活性的动态影响,可为筛选合适的菌肥类型、有机肥配比和施肥周期提供参考.试验设置0％、4％、8％、12％(质量比)4种有机肥配比,选择巨大芽孢杆菌、荧光假单胞菌2种解磷菌和褐球固氮菌、巴西固氮螺菌2种固氮菌,以亚热带贫瘠黄棕壤为研究对象,在控制条件下(28℃、避光)持续土壤培养60d,以探讨不同有机肥水平和不同取样时间(培养第3、8、16、30、45、60天)4种细菌单独或混合接种对土壤有效态养分和相关酶活性的影响.结果 表明:随着有机肥含量的增加,菌肥处理土壤的有效氮和有效磷含量逐渐提高,表现为12％＞8％＞4％＞0％.随着培养时间的延长,各处理土壤养分基本呈现先增加后降低的趋势.相对于单施有机肥,配施有机肥和菌肥能够显著提高和延长菌肥对土壤养分含量和酶活性的增益.菌肥对土壤养分特性的影响在不同有机肥配比下呈现不同的规律:有机肥含量较低(0％～4％)时,虽然菌肥显著提高了土壤有效养分含量,但在初期各菌肥间差异并不显著;随着有机肥含量的提高和培养时间的延长,解磷菌(尤其是巨大芽孢杆菌)显著提高了有效磷含量,固氮菌(尤其是巴西固氮螺菌)显著提高了有效氮含量.4种细菌混合菌肥主要呈现解磷功能,比单施解磷菌具有更明显的优势,而固氮功能未得到显著提高.相关分析表明,土壤养分含量和酶活性大小呈显著正相关关系,而酶活性受土壤培养时间和碳氮比的影响.因此,针对该土壤类型,菌肥能够在短期内显著提高土壤养分含量,但菌肥特定功能的发挥依赖于有机碳的输入和土壤碳氮比的大小,配施合适比例的有机肥(8％～12％)能够提高并延长菌肥的改良效果;每45～60 d需进行菌肥复施,以保证其存活率和持续效果.