连年种植菊芋对滨海盐碱地的生态修复效果与机制

摘要

[目的]本文通过定位试验,比较了菊芋(耐盐植物)和碱蓬(真盐生植物)对滨海滩涂的生态修复作用,探究菊芋对土壤性质及细菌群落的调控作用及驱动机制,为滩涂植物的引种驯化、开发利用及盐碱地生态修复提供指导意义。[方法]采用样方调查法,对同一生境连续6年种植菊芋和自然碱蓬植被的土壤样本进行采集,分析其理化性质和土壤酶活性,并利用16S rRNA高通量测序技术对土壤细菌群落多样性和组成进行测定。[结果]连年种植菊芋有效降低了盐碱土壤盐含量,改善土壤肥力水平,菊芋根际土壤盐含量约为碱蓬生境土壤的20.65%,有机质、碱解氮、有效磷含量较碱蓬生境土壤分别增加0.54、2.40和1.18倍;与碱蓬植被土壤相比,除过氧化氢酶外,种植菊芋土壤的脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均显著提高,根际土壤分别提高0.71、1.17和1.44倍。可能由于根系效应的影响,菊芋根际土壤微生物(包括功能菌)大量增殖,但微生物多样性下降。与碱蓬植被土壤相比,种植菊芋土壤的微生物群落结构得到优化,节杆菌属(Arthrobacter)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)等常见土壤功能菌属丰度显著增加;放线菌门(Actinomarinales)和酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度在菊芋根际土壤中分别增加12.68%和9.30%,与土壤碱解氮含量和脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性显著正相关,说明土壤细菌群落结构的变化与土壤性质密切相关。[结论]连年种植菊芋加速了土壤脱盐熟化过程,使盐碱地性质发生根本性变化,向农用耕地转变,对于保障我国耕地红线和粮食安全具有重要意义。