为揭示中国西南喀斯特石漠化植被恢复对土壤活性有机碳组分含量和酶活性的影响,该研究开展了土壤总有机碳含量、活性有机碳组分(微生物生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳)含量以及4种土壤酶(脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、碱性磷酸酶)活性对7种典型的植被恢复措施(柏木(Cupressus funebris)种植、柚木(Tectona grandis)种植、花椒(Zanthoxylum bungeanum)种植、量天尺(火龙果,Hylocereus undatus)种植、忍冬(金银花,Lonicera japonica)种植、皇竹草(Pennisetum sinese)种植和砂仁(Amomum villosum)种植)的响应研究.结果显示:1)植被恢复明显改善了喀斯特石漠化土壤总有机碳的分布和积累,显著改变了土壤活性有机碳各组分的含量及其在土壤总有机碳含量中的占比.不同植被恢复措施对土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的影响明显不同.柏木和金银花种植的土壤总有机碳含量和储量较高,而草地建设的2种措施(皇竹草和砂仁种植)的土壤总有机碳含量和储量最低.柏木和金银花种植的土壤易氧化有机碳和微生物生物量碳含量较高,而花椒种植的土壤可溶性有机碳含量较高.2)7种植被恢复措施均不同程度地明显提升了土壤淀粉酶、碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶的活性.但不同酶活性对植被恢复措施的响应规律明显不同.除花椒种植外,其余6种植被恢复措施的土壤脲酶活性均显著大于对照样地.除皇竹草种植外,其余6种植被恢复措施的土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均显著大于对照样地.而7种恢复措施中,仅有柏木种植的土壤淀粉酶活性显著高于对照样地.3)4种土壤酶活性与土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的相关性明显不同.淀粉酶和碱性磷酸酶活性与土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的相关性明显高于脲酶和蔗糖酶.土壤碱性磷酸酶和淀粉酶活性与喀斯特石漠化土壤有机碳积累矿化、活性有机碳组分形成与转换密切相关.

皇竹草具有速生、高产、营养价值高、抗逆性强、适应性广等生物学特性,广泛应用于饲料工业、纤维产品、环境治理、生物能源等方面.以中国期刊全文数据库为统计分析源,对皇竹草近10年(2010～2019年)的研究现状、学科分布、被引情况、主要研究机构等内容进行统计分析.结果 表明:皇竹草的研究主要集中在农业科技领域,占总文献的79.17％;刊栽文献最多的是《当代畜牧》杂志;皇竹草相关研究最多的单位是华南农业大学;单篇引用最高的文章是“三峡库区皇竹草植物篱对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响”;皇竹草研究基金项目支持最多的是国家自然科学基金.上述研究结果宏观地展示了当前皇竹草研究的现状和发展趋势,可为皇竹草进一步的开发与利用提供参考.

因具有高产、速生、抗逆性强等生物学特性,被选作环境修复材料、优质饲草以及能源植物的皇竹草(Pennisetum hydridum)近年来备受关注.对国内外皇竹草在生态环境、畜禽饲料、清洁能源等领域的研究进展及应用情况进行综述,为皇竹草生物质资源的综合利用提供参考.已有研究表明,皇竹草在退化土壤修复、污水净化和入侵物种治理中均能发挥重要作用,可以高效富集土壤重金属、去氮除磷、取代外来入侵物种等.青饲、干草、氨化和青贮是皇竹草饲料化利用的主要方式,其中青贮利用可均衡营养,缓解冬春饲料短缺.通过热解燃烧、沼气发酵和乙醇发酵可实现皇竹草向生物能源的转化,生物量和纤维含量是影响其能源利用潜力的关键,也是制作纤维板、纳米纤维素膜、食用菌培养基的基础.最后分析皇竹草研究目前存在的问题,强调未来应注重优化工艺技术,拓展皇竹草生物质资源综合利用途径,并提出环境修复材料皇竹草在收获后可作为优质饲草、能源植物以及其他工业原料加以利用,产生的废渣可加工为有机肥的一种综合利用模式.

为探索不同种植模式下重金属污染对牧草生理特性的影响,皇竹草(Pennisetum sinese)、黑麦草(Lolium perenne)和龙须草(Juncus effusus)采用单作和间作模式,研究了重金属污染对其叶片光合参数、光合色素和重金属含量的影响.结果表明,与单作相比,间作下皇竹草叶片的叶绿素(Chl)a、Chl a+b和类胡萝卜素(Car)含量极显著上升,净光合作用速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO2浓度(Ci)和Chl b含量极显著下降,但蒸腾速率(Tr)的差异不显著;黑麦草和龙须草叶片的Ci、Car含量极显著增加,Pn、Tr、Gs、Chl a、Chl b和Chl a+b显著或极显著下降(龙须草Chl a除外).除龙须草的铜含量极显著降低外,3种牧草叶片和总生物量和重金属含量均极显著上升.与对照相比,低浓度污染的皇竹草叶片的光合参数、光合色素含量及叶片和总生物量极显著提高,而黑麦草和龙须草叶片的Pn、Tr、Gs、Ci、叶片和总生物量极显著减少,光合色素含量极显著增加,但黑麦草的Tr、Ci、叶片生物量及黑麦草和龙须草的Chl b差异不显著;重金属污染使3种牧草叶片的重金属含量均极显著上升.种植模式×重金属污染互作对牧草叶片的光合参数、光合色素含量、干质量及重金属含量的影响均极显著.因此,在复合污染土壤间作3种牧草有利于叶片干物质的积累和重金属的吸收,单作更有利于提高叶片的光合作用能力;且皇竹草对重金属污染的适应性强于黑麦草和龙须草.

通过盆栽实验研究了两种复合污染(中度污染土壤S1和重度污染土壤S2)条件下硅(Si)、皇竹草生物炭(BC)单施和复配对空心菜生长和吸收重金属以及土壤中重金属有效性的影响.结果显示:单施Si、BC及其二者复配均可显著促进空心菜的生长,其中复配组对空心菜生长的促进效果最好,S1和S2土壤中复配组空心菜的株高相较于对照组分别提高了131.72％和123.08％,根长分别提高了117.66％和165.66％;单施Si、BC及其二者复配均可显著提高土壤的pH值0.48—2.06个单位,其中Si+BC复配组的提高效果最显著;单施Si、BC以及Si+BC复配均能显著降低土壤中各重金属元素的有效态含量以及空心菜体内的各元素含量,其中复配组的降低效果最为显著,对S1和S2中Cd、Pb、Zn、Ni、Cu、Cr有效态含量的降低幅度分别为29.82％、57.72％、64.97％、71.37％、44.63％、82.85％ 和42.37％、52.18％、69.48％、49.45％、37.98％、62.75％,对S1和S2中空心菜地上部六种重金属元素含量的降低幅度分别为60.36％、47.07％、74.74％、68.90％、62.14％、34.19％和66.32％、65.48％、51.97％、94.47％、68.59％、72.83％.因此,硅和生物炭互作可以协同降低土壤重金属有效性和空心菜体内重金属的含量,二者互作可用于菜地土壤重金属复合污染的钝化修复.