镉、铅污染土壤的植物-微生物联合修复研究

植物－微生物联合修复是利用微生物作为植物修复重金属土壤的一种强化手段，在弥补单纯植物及微生物修复技术不足的同时，利用植物和微生物的共存体系提高植物修复效率。本研究考察了向日葵（Helianthus annuus L.），芥菜（Brassica juncea L.），紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和蓖麻（Ricinus communis L.）对Cd、Pb的富集特征，并筛选出向日葵作为富集植物；探讨了向日葵根系分泌物在重金属胁迫下的变化；通过重金属耐受菌株与向日葵的配伍对Cd、Pb污染土壤进行联合修复，结果如下： 液体培养实验结果表明，四种植物对Cd、Pb富集能力明显不同，其中向日葵对两种重金属的提取效果较好。四种植物对重金属的富集量随着浓度的增加而增加，而富集系数随重金属浓度的增加而减小，转移系数同重金属浓度及地上部/地下部生物量比值呈现一定的相关性；Cd、Pb复合处理中，一种重金属的存在会在不同程度上影响植物对另一种重金属的吸收；此外，不同植物及重金属处理中根际区域的酸碱度及氧化还原电位呈现负相关性。 砂培实验结果表明，向日葵对重金属的富集规律基本同液体培养实验相似。富集系数与重金属浓度和培养时间呈现线性相关关系。复合处理中，当Cd和Pb在适当浓度比例时，向日葵可以增加对某一重金属的吸收效率。向日葵的根系分泌物组成因重金属的存在而明显减少，根系分泌物中的草酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸及丁二酸含量随着不同浓度Cd、Pb而发生不规则变化。 在以根系分泌物作为唯一营养来源筛选重金属耐受菌株实验中，细菌和真菌对Cd及Pb的耐性及吸附效率不同。总体上看，微生物生物量随重金属浓度升高而降低，而重金属吸附量随浓度升高而增加，重金属复合毒性也减少了微生物对单一重金属的吸收；另外，培养基中酸碱度因微生物种类及重金属浓度而有所差异。 将筛选出的优势微生物与向日葵配伍处理Cd、Pb污染土壤的实验中，由于Cd、Pb污染模式及菌株种类的不同，微生物对向日葵吸收重金属的强化效果呈现很大差异，其中真菌对植物吸收重金属的强化能力较细菌强；同时，根系分泌物中6种有机酸的含量在不同处理中变化较大；在处理单一Cd或Pb污染的时候选用菌株B1、F1或混合菌B1+B2、F1+F2、B2+F1、B1+F2与向日葵配伍修复的效果较好；混合菌F1+F2、B1+F2、B2+F1的添加能较好的强化Cd、Pb复合污染中向日葵吸收重金属的能力。

苜蓿化感作用研究

苜蓿为多年生豆科牧草。具有一次种植、常年收获、产草量高、营养丰富、适口性好等突出特点，并且具有生物固氮、培肥地力、改良土壤结构、防止水土流失等多重生态功能。但是首楷在生产过程中，存在一些缺陷，首蓓含有水溶性的毒性物质，不仅对自身产生毒害（自毒），也对其他作物和杂草具有化感作用（异毒），这对首楷和其他作物的轮作、间作、套作和田间杂草具有重要影响。本研究运用柱层析对首蓓根部皂贰进行了初步分离，比较了不同生长年限的首楷根际土壤的化感潜力，运用生物测定方法评估了首稽叶片的水浸提液对农田常见的几种杂草的抑制效果。结果表明，皂贰是首楷体内主要的化感物质，这些化感物质能够强烈影响作物和杂草的萌发和生长，皂贰浓度越大，抑制程度越强。生物测定表明，首楷叶水浸提液能够抑制田间常见的5种杂草（黎、反枝觅、简麻、马唐和狗尾草）种子萌发，对杂草的抑制程度依赖于浸提液浓度，浸提温度和时间以及杂草种类。其中浸提液浓度为0.45g·ml~(-1)，浸提时间不小于24h以及浸提温度50℃为抑草的最佳组合。这对田间管理杂草具有一定的指导意义。同时，对化感物质的反应，根长比苗高更灵敏。

黄土塬区三种豆科牧草的竞争生长

通过田间试验研究了沙打旺、紫花苜蓿和达乌里胡枝子3种豆科牧草在黄土旱塬以不同密度单播、混播时的竞争生长能力及水分利用效率。单播时苜蓿生长次年3个密度的生产力分别为15349kg·hm-2、20582kg·hm-2、21531kg·hm-2,沙打旺和胡枝子3个密度的生产力分别为7979kg·hm-2、16 440 kg·hm-2、21055kg·hm-2和2412kg·hm-2、5270kg·hm-2、7102kg·hm-2。混播草地生产力以苜蓿+胡枝子最高(平均19227kg·hm-2),沙打旺与胡枝子混播的生产力最低(平均11977kg·hm-2)。和生产力较高的参混种苜蓿、沙打旺单播相比,苜蓿与沙打旺混播及沙打旺与胡枝子混播的生产力在3种密度下均有不同程度的降低。苜蓿主根下扎深度2m,0~60cm根系占总根量的66%,沙打旺和胡枝子根系最大下扎深度分别为1.8 m和1.5m,0~60cm根系占总根量比例分别是80%、91%。3种牧草中苜蓿的平均水分利用效率最高,为25.75kg·mm-1·hm-2,胡枝子最低为7.71kg·mm-1·hm-2,沙打旺居中。苜蓿群体种内个体间竞争强度高于沙打旺和胡枝子。结果...

密度对三种豆科牧草生产力和水分利用率的影响

研究播种密度对3种豆科牧草生产力和水分利用效率的影响,以探讨其在草地农业系统中的合理优化模式。结果表明:沙打旺(Astragelus adsurgens)在高密区第2年生产力最高(18321 kg.hm-2),第3年开始下滑;苜蓿(Medicago sativa)在中、高密区生产力的增幅和增量差别不显著,以第3年最高(22563和22108kg.hm-2);胡枝子(Lespedeza daurica)在中密区第3年最高(7856 kg.hm-2);加大密度使沙打旺提早进入生长盛期,第2年即达到高生产力和较高水分利用效率;苜蓿以中密区(20~30株/m2)效果最好;达乌里胡枝子的生产力和水分利用率偏低,在黄土塬区草地农业中没有优势。

不同轮作施肥对土壤有机氮分解特征的影响

在各长期轮作施肥系统中,耕层土壤矿化培养过程的pH及剖面矿化势的变化,说明了长期不同的轮作和施肥方式引起土壤有机氮数量和性质的变化。pH变化具有一共同特征,在0~4 周,各处理间差异显著;而后期变化趋势趋于一致,向微碱性环境发展。各处理的剖面矿化势的变化反映了有机氮可矿化数量的改变。小麦连作施肥和苜蓿连作施肥均说明施用有机肥对土壤有机氮水平有较好的提高作用。粮豆轮作3 a对土壤供氮能力的提高作用大于粮饲轮作4 a和裸地处理。

紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分研究

以陕北农牧交错带人工草种紫花苜蓿(Medicago sativa L.)和天然草种短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)为对象,采用根钻法调查两个草种的根系垂直分布以及刈割后苜蓿根系变化特征,并通过定位观测研究土壤水分动态变化。结果表明:紫花苜蓿和短花针茅根系密度随土壤深度增加而减少,而且均以直径小于等于1 mm的须根为主;0~50 cm土层紫花苜蓿和短花针茅根系量分别占0~100 cm剖面总量的67%和84%。紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分消耗特征吻合。生长旺盛期苜蓿大量消耗0~140 cm土层土壤水分,5-9月平均有效土壤储水不足10 mm;生长季末深层(140~280 cm)土壤储水也逐渐降低,约为裸地储水量的50%。短花针茅0~280cm剖面土壤水分状况明显好于苜蓿地,比苜蓿地多储水100 mm左右;主要消耗浅层(0~50 cm)土壤水分,深层水分利用较少。

苜蓿对多环芳烃菲污染土壤的修复作用研究

采用盆栽试验方法,研究了苜蓿(Medicago sativaL.)对多环芳烃菲污染土壤的修复作用.结果表明,多环芳烃菲对苜蓿的生长具有抑制作用,土壤中菲初始浓度越高抑制作用越明显.445.22 mg/kg条件下苜蓿茎叶和根的生物量最小,仅为无污染对照土壤的57.31%和31.20%.经过60 d的修复试验,苜蓿能够明显促进土壤中菲的降解.根际和非根际土壤中菲的去除率分别为85.68%~91.40%和75.25%~86.61%.同处理中根际土壤中菲残留浓度低于非根际土壤,而脱氢酶活性高于非根际土壤.无论是在非根际还是根际土壤中随着菲初始浓度增大,菲降解率和脱氢酶活性降低.脱氢酶活性与降解率的关系表明,脱氢酶活性与菲降解率显著正相关.所以植物根系的存在能够有效促进土壤中多环芳烃菲的降解.

黄土塬区3种豆科牧草对土壤水分的消耗利用研究

在田间完全旱作条件下采用3个密度和2种播种方式观察了3种多年生豆科牧草生长第2年对土壤水分的消耗利用情况。结果表明:苜蓿主要耗水深度在2~3 m,最深可达5 m,其中、高密度处理3 m以上土壤水分含量都在稳定田间持水量之下,已经开始形成土壤下伏干层;沙打旺耗水深度在0~2 m,最低含水量(11.61%)处于80~100 cm,在雨季可以恢复到稳定田间持水量之上;达乌里胡枝子主要耗水深度在1 m以上,最低含水量也在稳定田间持水量之上。单播沙打旺、苜蓿和达乌里胡枝子全生长期内对土壤水分的消耗分别为249.9、180.2和136.6 mm,水分利用效率分别是29.39、26.04和8.91 kg.mm-1.hm-2。混播、加大播种密度都会增加3种牧草土壤水分消耗,降低土壤储水量,提高干草产量和水分利用效率,但影响程度因牧草种类、播种方式以及不同的生长时段而异。

苜蓿干草和秸秆组合体外发酵营养特性及其利用研究

应用体外发酵产气技术,评价了苜蓿Medicago sativa干草和玉米Zea mays、小麦Triticum aestivum秸秆分别以0∶100、25∶75、50∶50、75∶25和100∶0进行两两组合时的发酵特性。结果表明：不同比例组合产气量（GP）、理论最大产气量（A）、产气速率（b）及产气延滞时间（LAG）变化趋势不同;苜蓿干草与玉米秸秆按50∶50的比例或苜蓿干草与小麦秸秆按75∶25的比例组合时的效应明显好于其他组合。48 h产气量与粗蛋白（CP）（P〈0.05）及中性洗涤可溶物（NDS）含量呈正相关关系,而与中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、半纤维（HC）含量及NDS/CP（P〈0.01）呈负相关关系;理论最大产气量与CP、NDS的含量呈正相关关系,与NDF、ADF、HC和NDS/CP（P〈0.01）呈负相关关系;产气速率与CP（P〈0.01）、HC（P〈0.01）、NDS（P〈0.01）呈极显著正相关关系,分别与NDF（P〈0.01）、ADF（P〈0.01）、NDS/CP（P〈0.05）呈负相关关系;产气延滞时间与饲草料的主要营养成分的相关关系不明显,只与NDS/CP（P〈0.05）呈显著正相关关系。结论认为,饲草中非结构性碳水化合物与蛋白质比例决定了体外发酵产气的特性。生产实践中应针对低质粗饲料营养特性,适当添补易发酵或高蛋白牧草,提高粗饲料利用效率。

青海东部4种作物群落蒸散规律研究

采用改进的离体连续快速称重法对7~9月燕麦(Avena Sativa)、豌豆(Pisum Sativum)、无芒雀麦(Bromus Innermis)、紫花苜蓿(Medicago Sativa)枝和叶片的蒸腾速率、蒸腾量及土面蒸发量进行了测定。结果表明,豌豆的枝蒸腾速率和叶片蒸腾速率均最高,其次为紫花苜蓿和燕麦,无芒雀麦最低。在7~9月中,8月4种作物整株和叶片的平均日蒸腾量均最高,9月次之,7月最低。4种作物群落土面蒸发量的日变化无明显规律性。