球毛壳ND35微生物菌剂对楸树幼苗抗旱性及土壤肥力的影响

摘要

矿产资源开发在国民经济发展与社会建设中发挥了重要作用，但同时也导致了环境污染、植被退化、生物多样性降低、土地生产力下降及景观破坏等一系列生态问题，严重威胁人们的生产生活，因此近年来矿区废弃地的植被恢复与重建受到广泛关注。目前中国在矿区废弃地的生态恢复中实施了大量工程措施，但恢复效果不佳。通过实地调查和文献查阅可知，土壤持水能力差和养分含量低是限制裸露矿区植被恢复的主要因子，因而如何改善水土资源匮乏的问题是矿区废弃地植被成功恢复的关键。研究表明微生物菌剂中的活性菌株在土壤中定殖后会改良土壤结构、提高土壤肥力、改善微生物区系，从而提高植物抗性、促进植物生长，在矿区废弃地的生态重建中具有广阔的应用前景。研究表明球毛壳ND35菌剂能够有效提高禾本科植物、经济作物的抗旱性及土壤酶活性，但目前关于其如何影响乔木植物抗旱性及植物根际土壤细菌群落结构尚不清楚，而高等植物成功建植是矿区废弃地生态系统重建及生产力恢复的关键。因此本研究以楸树幼苗为研究对象，设置了每株楸树幼苗施用0g、10g、15g、20g球毛壳ND35菌剂4种不同处理，分别标记为CK、T1、T2、T3，通过分析不同用量菌剂对楸树幼苗生长的影响，筛选最适施用量。在此基础上，设置3个水分梯度2个菌剂施用量，通过分析不同处理下楸树幼苗光合荧光指标、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量、光合色素含量及不同器官化学计量分配的变化，探究球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗抗旱性及其根际土壤肥力、酶活性及微生物数量的影响，探讨其对楸树幼苗根际微生态环境的影响。为将球毛壳ND35菌剂应用于矿区退化生态系统植被恢复提供理论支撑。主要研究结果如下： 1.球毛壳ND35菌剂施用量对楸树幼苗生长的影响 球毛壳ND35菌剂显著促进了楸树幼苗的生长。与CK相比，T1处理下楸树幼苗的株高、地径、地下生物量、地上生物量分别显著提高25.37%、7.53%、40.41%、22.60%（P＜0.05），T2处理下地上及地下生物量显著提高41.74%、27.00%（P＜0.05），T3处理下地上生物量显著提高23.59%（P＜0.05）。同时运用隶属函数法对楸树幼苗生长状况进行综合评价发现：T2（0.45）＞T3（0.43）＞T1（0.41）＞CK（0.40），即T2、T3处理下楸树幼苗的生长效果最好。 2.球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗生理生化指标的影响 干旱胁迫下施用球毛壳ND35菌剂可使楸树幼苗净光合速率（Pn）显著提高9.04%~41.50%（P＜0.05）、生物量的积累显著提高26.46%~69.42%（P＜0.05）。同时还可显著提高水分胁迫下楸树幼苗的气孔导度（Gs）、水分利用效率（WUE）、蒸腾速率（Tr）、光系统Ⅱ的最大光化学量（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qP）、表观光合电子传递速率（ETR）等指标（P＜0.05），但对光系统Ⅱ的量子传递效率（φPSⅡ）、叶绿素含量等影响不显著。水分胁迫第10d时，球毛壳ND35的施用使楸树幼苗细胞内过氧化物酶（POD）的活性显著提高25.26%（P＜0.05），但随胁迫时间的延长，其对过氧化物酶活性的影响不再显著。在胁迫第30d时，球毛壳ND35菌剂可通过提高楸树幼苗的非光化学淬灭系数（NPQ），维持其在重度水分胁迫下正常的散热机制，防止光能积累对光系统Ⅱ反应中心造成的损害。微生物菌剂的施用可促进水分胁迫下楸树幼苗茎、叶对磷（P）元素的吸收。 3.球毛壳ND35菌剂对土壤肥力的影响 球毛壳ND35菌剂的施用显著提高了楸树幼苗根际土壤中有机质、硝态氮、氨态氮的含量及脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶的活性（P＜0.05）。采用土壤质量指数（SQI）的评价结果表明：T3（0.656）＞T2（0.576）＞T1（0.447）＞CK（0.391）。水分胁迫条件下可显著提高土壤有机质、氨态氮的含量，且除了能够显著提高以上三种土壤酶活性外，还可使过氧化氢酶活性显著提高4.21%~7.12%（P＜0.05）。而菌剂的施用可显著影响土壤中细菌群落的分布，提高土壤中细菌的数量及多样性，对真菌数量的影响与土壤含水量有关。 综合分析表明，球毛壳ND35菌剂可通过提高土壤肥力、促进土壤酶释放、改善植物根际微生态环境从而促进楸树幼苗的生长，符合其作用机制中的微生态理论观点。同时还可缓解干旱胁迫对楸树幼苗生理生化特征、水分利用效率及养分含量的影响，这一方面与其改善土壤质量有关，另一方面可能与其在生命活动中产生的分泌物及次生代谢产物有关。因此球毛壳ND35菌剂在矿区废弃地等退化生态系统的植被恢复方面具有广阔的应用前景。

目录

声明

1 引言

1.1 研究背景

1.2矿区废弃地土壤修复措施研究进展

1.2.1物理修复措施

1.2.2化学修复措施

1.2.3生物修复措施

1.3微生物菌剂生态效应研究进展

1.3.1微生物菌剂的生物学作用及机制

1.3.2微生物菌剂在矿区生态系统恢复与重建中的应用

1.4球毛壳ND35菌剂的研究现状

1.4.1球毛壳ND35菌剂的生物学作用

1.4.2球毛壳ND35菌剂的作用机制

1.5楸树研究概况

1.6本研究拟解决的科学问题

1.7技术路线

2材料与方法

2.1试验材料

2.2试验设计

2.2.2干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗抗旱性及土壤肥力的影响

2.3植物指标调查与测试方法

2.3.1楸树生长指标的测定

2.3.2楸树光合、荧光指标的测定

2.3.3楸树过氧化物酶活性、丙二醛含量的测定

2.3.4楸树叶绿素含量的测定

2.3.5楸树不同器官内碳、氮、磷含量的测定

2.3.6 楸树生长与抗旱性评价

2.4土壤指标调查与测试方法

2.4.1土壤pH及养分含量的测定

2.4.2土壤酶活性的测定

2.4.3土壤微生物数量的测定

2.4.4土壤细菌群落结构的测定

2.4.5土壤质量评价

2.5数据处理

3结果与分析

3.1不同用量球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗生长及土壤肥力影响

3.1.1不同用量球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗生长指标的影响

3.1.2不同用量球毛壳ND35菌剂对土壤酶活及养分含量的影响

3.1.3不同用量球毛壳ND35菌剂对土壤细菌群落结构的影响

3.1.4不同用量球毛壳ND35菌剂处理下土壤质量评价

3.1.5楸树生长量与土壤指标的相关性

3.2干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗抗旱性的影响

3.2.1干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗生长的影响

3.2.2干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗生理生化指标的影响

3.2.3干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对楸树幼苗不同器官内化学计量参数的影响

3.2.4不同处理下楸树幼苗抗旱性综合评价

3.3干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对土壤肥力的影响

3.3.1干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对土壤pH及养分含量的影响

3.3.2干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对土壤酶活性的影响

3.3.3干旱胁迫下球毛壳ND35菌剂对土壤微生物数量的影响

4讨论

4.1球毛壳ND35菌剂促进植物生长的作用机制

4.2球毛壳ND35菌剂提高植物抗旱性的作用机制

4.2.1干旱胁迫对植物生理生化特征的影响

4.2.2干旱胁迫对植物化学计量的影响

4.2.3球毛壳ND35菌剂对植物抗旱指标的影响

4.3球毛壳ND35菌剂改善土壤肥力的作用机制

4.3.1球毛壳ND35菌剂对植物根际微生物群落的影响

4.3.2球毛壳ND35菌剂对植物根际土酶活性及养分含量的影响

5结论

参考文献

致谢

资助项目

攻读学位期间发表论文情况