为明确草本植物根系对喀斯特边坡浅层稳定性的影响规律,在重庆酉阳选取典型喀斯特坡地分上、中、下坡位种植沿阶草(Ophiopogon bodinieri H.)和拉巴豆(Dolichos lablab L.),并以裸地为对照,取样测定土壤性质和根系性状,利用无限边坡稳定分析模型计算边坡安全系数,通过建立结构方程模型确定影响边坡稳定的关键根系性状.结果表明:(1)沿阶草和拉巴豆处理的边坡安全系数较对照分别提高了 149.97％-179.96％和52.27％-75.53％,二者提高效果最优的坡位分别是下坡和上坡;(2)两种草处理的土壤粘聚力是对照的1.97-5.11倍,沿阶草的根质量密度显著大于拉巴豆,是拉巴豆的2.78-5.99倍;(3)土壤粘聚力与边坡安全系数相关性最强,二者呈对数函数关系,结构方程模型表明根质量密度是影响边坡稳定的关键根系性状.研究认为喀斯特坡地上坡宜选择直根系草本植物,而下坡宜选择须根系草本植物,且根系质量密度大的植物有利于边坡稳定.本研究可为科学应用草本植物解决喀斯特坡地边坡失稳提供理论依据.

为探究生态景观绿化树种'中山杉118'对皖北淮河平原土壤生态系统的影响,该研究分析了其根际与非根际土壤养分差异、微生物类群及其影响因子.结果表明:(1)4年生'中山杉118'根际对大量元素的富集能力较弱,水解性氮和有效磷出现亏欠现象,全氮与非根际持平,对全磷、全钾和速效钾有低程度的富集;'中山杉118'根际对微量元素铁、铜、锰的富集能力较强,其中根际有效锰含量显著高于非根际;'中山杉118'根际与非根际土壤均为碱性,根际pH略小于非根际,而根际的电导率则大于非根际,根际对速效钠、速效镁、速效钙有一定程度的富集,对有机碳和有机质也有一定的富集性.(2)Anosim组间群落结构差异显著性检验R值为0.224(P=0.022),R值显著大于0,表明'中山杉118'根际与非根际细菌群落差异显著.'中山杉118'根际与非根际共有5 283个OTUs,根际特有1 307个,非根际特有1 265个.(3)根际细菌多样性略小于非根际,两者的优势菌种为厚壁菌门、变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、粘球菌门、放线菌门、泉古菌门,其中仅酸杆菌门与有效磷呈显著正相关,丰度较高的菌种中厚壁菌门、拟杆菌门在根际的含量分别为17.94％、5.21％,高于非根际1.84％、3.90％,并且两者与环境因子相关性不显著;梭菌纲、拟杆菌纲和芽孢杆菌纲在根际的丰度比非根际分别高出14.05％、1.32％、2.06％.(4)UPGMA聚类树表明,'中山杉118'根际R4样品独聚一枝,非根际样品NR4和NR5聚为一枝,NR1、NR2和NR3与根际R1、R2、R3、R5聚为一枝,R4的物种多样性及物种丰度明显低于其他样品且分布不均匀.综上认为,尽管幼龄'中山杉118'根际效应较弱,但其是根际厚壁菌门和拟杆菌门富集的主要因素,栽培过程中应多补充微量元素,适量补充大量元素.

生态建设是“一带一路”可持续发展的基础,甘肃省陇南市位于“一带一路”核心区域,地处浅层滑坡多发区,地质灾害频发.通过单根抗拉试验和重塑土直接剪切试验对该区域四种典型灌木杠柳、胡枝子、酸枣和石榴的土壤及根系进行研究,探讨灌木根系对土壤物理性质和浅层滑坡的改善效应.结果 表明,灌木根系能显著提高土壤含水率,改善孔隙结构;抗拉强度与根径间存在显著幂函数关系(P＜0.01),根径＜1 mm的毛细根抗拉强度最强,单根抗拉强度依次为胡枝子＞石榴＞酸枣＞杠柳;重塑土抗剪强度随土壤含水率升高而降低,土壤粘聚力(C)和内摩擦角(φ)均随含水率增加而减小,在10％的最优含水率下,抗剪强度依次为石榴＞酸枣＞杠柳＞胡枝子;随根系密度增加,杠柳和胡枝子的根-土复合体抗剪强度减小,酸枣和石榴在1.5倍天然根系密度下对土壤抗剪强度增强效果最强.通过评价浅层滑坡多发区不同灌木护土固坡效应,为“一带一路”沿线展开生态修复提供理论依据.

为探究紫色土坡地植物篱篱前淤积带与篱下土坎处土壤贮水能力和抗剪性能的差异及变化规律,选取四川遂宁水土保持试验站10°新银合欢植物篱小区(L10)、10°香根草植物篱小区(V10)和15°香根草植物篱小区(V15),分上、中、下坡采集篱前淤积带和篱下土坎(无下坡)0-30 cm耕层土壤,测定土壤基本物理性质和土壤抗剪强度,计算土壤水库总库容、滞洪库容、内摩擦角φ和粘聚力c.结果 表明:(1)同一篱带,篱前淤积带土壤保水贮水能力优于篱下土坎,其中篱前淤积带土壤自然含水率较之篱下土坎显著高6.52％-12.13％.(2)同一篱带,篱下土坎土壤透气性以及土壤抗剪性能均优于篱前淤积带,其中篱下土坎土壤非毛管孔隙度较之篱前淤积带显著高5.61％-57.70％.(3)同一小区,篱前淤积带保水贮水能力均表现为下坡＞中坡＞上坡,而篱下土坎均为上坡＞中坡.其中V15小区上述趋势最明显,其下坡篱前淤积带(上坡篱下土坎)的土壤总库容和滞洪库容分别为上坡篱前淤积带(均为中坡篱下土坎)的1.04倍和1.03倍(1.02倍).(4)同一小区,篱前淤积带土壤内摩擦角、粘聚力c和抗剪强度均表现为上坡＞中坡＞下坡,篱下土坎均为上坡＞中坡.其中V10小区上述趋势最明显,其上坡篱前淤积带(上坡篱下土坎)上述指标依次为下坡篱前淤积带(均为中坡篱下土坎)的1.06、1.09倍和1.05倍(1.04倍).(5)一个雨季前后篱前淤积带和篱下土坎土壤透气性、保水贮水能力及抗剪性能均无显著变化.

[目的]研究产胞外分泌物微生物Shewanella putrefaciens CN32对土壤中常见粘土矿物附着态NH4+的释放效果及影响机制.[方法]以吸附NH4+的蒙脱石、蛭石、伊蒙混层矿物和黑云母为对象,通过监测S.putrefaciens CN32作用下不同粘土释放的NH4+含量及过程,以及监测微生物量及释放的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的含量变化,研究S.putrefaciens CN32作用下不同粘土矿物类型附着态NH4+释放的差异性.[结果]粘土矿物附着态NH4+含量从高到低依次为蒙脱石＞蛭石＞伊蒙混层矿物＞黑云母(黑云母NH4+吸附量极低,会在非生物作用下几乎完全释放),CN32作用下粘土附着态NH4+相对释放量依次为蒙脱石＞伊蒙混层矿物＞蛭石;然而,尽管CN32有效促进了粘土附着态NH4+释放,但释放的NH4+并未在溶液中大量累积,而是多被微生物同化吸收转化为生物有机氮(EPS为主)并吸附在粘土表面,且粘土对EPS的吸附能力表现为蒙脱石＞伊蒙混层矿物＞蛭石＞黑云母;由于粘土吸附NH4+及EPS都与矿物中的羟基(结构水或层间水)关系密切,推测EPS对矿物羟基的竞争吸附可能是CN32促进NH4+释放的重要原因之一.[结论]以上结果表明,产EPS微生物S.putrefaciens CN32能够促进各类粘土矿物的附着态NH4+释放,但释放的NH4+可以通过微生物作用转化为有机氮,从而在减少NH4+流失的同时增加土壤氮肥的生物可利用性,因此微生物在降低土壤氮肥流失、转化土壤氮肥污染过程中可能起到了重要作用,也揭示了深入系统地分析不同类型土壤(粘土类型不同)中粘土附着态NH4+在不同功能微生物作用下的迁移转化过程,是精准评估土壤氮肥施用效率及流失风险的前提之一.

土地利用变化影响土壤团聚性及有机碳分布,进而改变土壤碳循环过程.对太行山南部50年刺槐人工林(R50)、17年刺槐人工林(R17)、自然恢复林(NR)和农田(CL)等不同土地利用方式下的表层土壤(0-20 cm)进行了系统研究,利用湿筛法对土壤团聚体进行分级,并计算土壤结构稳定性参数(平均重量直径MWD,团聚体比例AR)及不同粒径团聚体有机碳贡献率,进而分析弃耕后土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量变化.结果 表明,土地利用方式对土壤团聚体粒径分布及团聚体有机碳含量有显著影响,自然恢复林与刺槐林的大团聚体(＞0.25 mm)含量都高于农田,且自然恢复林的大团聚体增加更显著.MWD的计算结果表明:自然恢复林＞刺槐人工林＞农田,说明该区域的自然恢复方式更容易促进大团聚体的形成,并显著改良土壤结构及增强土壤团聚体稳定性.弃耕后,不同土地利用方式0-10 cm土层各粒径团聚体有机碳含量均高于农田,且团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈正相关.这些结果说明,研究区域的自然植被恢复和人工造林都可以显著提高土壤的固碳能力,且储存的有机碳主要存于大团聚体中,而农田的有机碳大都存于粘粒+粉粒团聚体中.自然植被恢复和人工造林均提高了土壤结构稳定性,是改善团粒结构、提高土壤质量的有效方式.

生物防治具有零毒性、少污染等优势,克服了化学农药会造成环境污染的问题,在农业领域的应用前景巨大.粘帚霉菌(Gliocladium spp.)是自然界分布十分广泛的土壤习居菌,能够通过营养竞争、重寄生作用、拮抗作用和诱导植株系统抗性等达到农业生物防治的目的 ,是已知最具潜力的生防菌之一.研究表明,粘帚霉菌生物学性状优良,拮抗机制多样,寄生范围广泛,相关生防菌剂是解决农业病虫害的重要辅助.该文聚焦于粘帚霉菌,综述了相关生防菌剂的研发及施用,详细介绍了生防机制及相关功能基因的挖掘,进一步阐述了粘帚霉菌对植物的促生作用和耐受/降解农业环境污染物的潜力,以期为粘帚霉菌在农业生产方面的应用研究提供较为全面的参考.

[背景]多环芳烃是农田土壤中的主要有机污染物,可通过作物根系进入食物链威胁人类健康.采用高效降解菌在植物根际形成生物膜是一种经济可行的生态阻控策略,而细菌细胞特性是影响其表面粘附并进行初始成膜的关键.[目的]探究菲高效降解菌Pseudomonas sp.JM2-gfp的细胞特性对自聚集成膜过程的影响,观察其在小麦根表定殖成膜情况,为在土壤-根际系统中构建阻控屏障提供理论依据.[方法]采用培养皿培养、结晶紫染色、接触角测量(Contact Angle Measurement,CAM)及定量方法测定JM2-gfp菌株细胞特性,采用植物液体培养法形成生物膜,采用激光共聚焦显微镜(Confocal Laser Scanning Microscope,CLSM)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察和分析生物膜的结构特征.[结果]菌株Pseudomonas sp.JM2-gfp生有鞭毛结构及疏水性细胞壁,并具备较强的运动能力、初始粘附率和自聚集能力.JM2-gfp菌株具有良好的成膜及降解能力,48 h菲降解效率是浮游态菌株的2.5倍.成膜过程呈现明显的周期性变化,2d时生物膜量达最大值.2d内生物膜厚度约为32.8 μm,生物膜上分泌多种胞外基质物质(Extracellular Polymeric Substances,EPS),其中碳水化合物和蛋白质含量分别为74.68 μg/mL和211.9 μg/mL.小麦根系与菌液共培养4d后,JM2-gfp菌株可在根表形成稳定的生物膜,并进一步定殖到根和茎、叶组织内部.[结论]菲胁迫下,Pseudomonas sp.JM2-gfp降解菌易于在载体表面附着聚集形成生物膜,降解能力也随之增强,其在植物根表定殖成膜的结果为阻控土壤有机污染物进入作物体内提供了一种新的技术策略.

黄土高原植被恢复使沟头立璧土壤侵蚀过程发生显著变化.为明确黄土高塬沟壑区草地沟头立壁土壤抗冲性特征及其影响因素,以裸地为对照,利用室内原状土槽冲刷试验研究了草地沟头立壁O～1m不同土层(0～10、10～20、20 ～ 40、40～ 60、60 ～ 80、80～ 100 cm)土壤理化性质和抗冲性特征.结果 表明:草地和裸地沟头土壤水稳性团聚体含量和粘聚力随土层加深均呈减小趋势.裸地沟头土壤有机质含量、土壤抗冲系数随土层深度的增加呈减小趋势,而草地沟头土壤有机质含量、土壤抗冲系数随土层加深先增加后减小,且均在10～ 20 cm土层达到最大值(24.30 g·kg-1和58.86 L·g-1),草地各土层土壤抗冲系数是裸地的1.7～9.3倍.沟头土壤抗冲性与土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、黏聚力和植物根长密度呈极显著相关,其中与土壤有机质含量(r=0.98)的关系最密切.该研究可为黄土高塬沟壑区沟头溯源侵蚀机理的研究提供基础数据,并为有效防治该区域水土流失提供科学依据.

分析喀斯特地区不同地埂篱根系的形态和力学特性,量化其根-土复合体抗剪和抗冲性能的强弱,探寻该地区地埂篱根系固土抗蚀性能的评价因子,为喀斯特坡地水土流失治理中植被恢复措施的科学应用提供参考.选取重庆酉阳龙潭槽谷为研究区,分上、中、下坡分别布设拉巴豆和光叶苕子2种地埂篱,采用根系扫描仪和电子万能试验机测定其根系形态和力学参数,应变控制式直剪仪测定复合体抗剪强度,原状土冲刷水槽法测定复合体抗冲指数.结果表明:(1)抗剪复合体中,拉巴豆平均根长密度和根表面积密度分别高出光叶苕子59.32％和16.86％;抗冲复合体中,拉巴豆平均根长密度、根表面积密度和根体积密度较之光叶苕子高出30.48％、57.78％、92.98％;拉巴豆根系极限抗拉力和抗拉强度均显著高于光叶苕子.(2)2种地埂篱根系均能增强土壤的抗剪和抗冲性能,其中拉巴豆和光叶苕子复合体粘聚力较之对照土体分别增强了 113.06％—124.37％和51.56％—87.12％,抗冲指数最高达到对照土体的2.81倍和2.45倍.(3)不同坡位,下坡2种植物的根长密度显著高于上、中坡;拉巴豆根系抗拉特性在下坡表现最优,光叶苕子在上坡表现更好;拉巴豆复合体粘聚力和抗冲指数均表现为下坡＞中坡＞上坡.(4)主成分分析显示,2种地埂篱下坡的根-土复合体抗剪和抗冲性能综合评分最高,根表面积密度、根系抗拉强度、根系木质素含量对根-土复合体抗剪和抗冲性能的贡献度最高,可作为表征复合体抗剪和抗冲性能的重要参数.