微生物诱导碳酸钙沉淀对干旱半干旱区铜尾矿污染治理效果

为明确微生物诱导碳酸钙沉淀技术（microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP）在干旱半干旱高风蚀地区重金属尾矿治理效果,以研究区生境土中筛选的碳酸盐矿化细菌—纺锤型赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus fusiformis）为研究对象,通过在尾矿渣中加注纺锤型赖氨酸芽孢杆菌菌液和由1 mol/L的尿素及氯化钙配制成的胶结液进行室内模拟试验,研究MICP处理前后尾矿坡顶、坡中、坡底（坡顶—细颗粒（K1<5 mm）、坡中—中颗粒（5 mm15 mm））不同粒径尾矿渣中重金属元素含量、pH、电导率及酶活性等基础理化性质的变化,利用双因素方差分析和相关性热图比较分析揭示基于生境微生物的MICP修复技术对区域不同粒径尾矿渣污染物治理的效果及确定MICP技术对不同粒径尾矿渣修复的菌剂用量。结果表明,采用MICP技术对尾矿渣中重金属含量、pH、电导率及酶活性等基础理化性质有显著影响。MICP处理下细颗粒（K1<5 mm）尾矿渣中As降低21%,中颗粒（5 mm15 mm）中Pb降低22%。K1、K3中的pH降低5%,K2降低4%。K1中全钾、脲酶均升高33%（p<0.05）,K2中全碳升高39%（p<0.05）,K3中蔗糖酶升高7%（p<0.05）,微生物碳氮在K1、K2、K3中显著升高（p<0.05）。同时MICP处理下Ni与Pb、As与Cu、电导率与Pb等呈极显著正相关（p<0.01）,pH与Pb呈极显著负相关（p<0.01）,在MICP技术处理后,全碳、全氮、全钾、全磷及有机质和重金属元素含量间的相关性增强。综上所述基于生境微生物的MICP修复技术能够降低尾矿渣重金属元素含量,调节尾矿渣土体养分状况从而调节污染土体质量,降低由矿产开发导致的环境污染风险。同时,进一步确定不同颗粒尾矿渣达到修复治理水平所需菌剂用量,具有污染土质治理修复应用价值。     

脱硫石膏对盐碱土一维水平吸渗特征及水分运动参数的影响

为探明添加脱硫石膏对盐碱土水分运动参数的影响,以改善和提高银川北部地区土壤结构和土地生产力,进行了室内一维水平土柱吸渗试验。选取6种脱硫石膏添加比例0,1.5%,3%,4.5%,6%和7.5%,探究不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水平吸渗特征及水分运动参数的变化。结果表明:脱硫石膏添加减缓了土壤水分入渗过程,随着脱硫石膏添加比例增加,各处理累积入渗量与湿润锋运移距离均逐渐减小。幂函数与Philip模型能较好地拟合不同脱硫石膏添加比例下盐碱土水分吸渗特征,吸渗率随脱硫石膏配比增加逐渐减小,毛管力对水的吸持作用减弱。随着脱硫石膏配比增加,土壤饱和含水率依次增加,饱和导水率依次减小,土壤持水能力明显提高。在Brooks—Corey模型中,形状系数n逐渐增加,进气吸力h_d逐渐减小,土壤通气性增强。在相同含水率情况下,随着脱硫石膏配比增加,土壤水分扩散率减小。添加脱硫石膏增加了土壤持水性能,改变了土壤水分分布状况,对土壤水分运动参数有显著影响。研究结果可为合理利用脱硫石膏改良盐碱地提供参考依据。     

不同供磷水平对盐碱地柳枝稷根系形态及土壤理化性质的影响

为探究盐碱条件下柳枝稷(Panicum vigatum L.)对供磷水平的响应,以不同品种柳枝稷(Alamo加倍体、Alamo、Pathfinder)为材料进行根箱试验,分析比较了不同磷浓度(0、10、100 mg/kg)处理对柳枝稷根系形态、生理特征及土壤理化性质的影响。结果表明:随着施磷水平的增加,各品种柳枝稷生物量、根系形态、根系活力及土壤有效磷含量整体呈上升趋势,而根冠比、土壤pH值和酸性磷酸酶活性呈下降趋势,均在高磷(100 mg/kg)处理下达到最大值和最小值。与高磷处理相比,低磷(10 mg/kg)处理下3个品种柳枝稷土壤pH值分别增加了0.31、0.28、0.23个单位,酸性磷酸酶活性平均提高了58.0%、42.0%、13.5%。低磷条件下,Alamo加倍体具有较大的根表面积,并保持较高的根系活力,表现出较强的适应性,有利于降低土壤pH,提高土壤酸性磷酸酶活性。总体而言,Alamo加倍体对盐碱低磷胁迫的适应能力优于Alamo、Pathfinder。同时增加供磷水平能够促进盐碱地柳枝稷根系生长、改善土壤环境,提高其生物质产量。     

水氮耦合对盐碱地柳枝稷生物质产量、品质及水肥利用的影响

在宁夏银北盐碱地区,以‘Cave-in-rock’柳枝稷为材料,采用随机区组试验设计,研究了水氮耦合对柳枝稷生物质产量、品质及水肥利用效率的影响,利用模糊相似优先比法分析了不同水氮处理下柳枝稷产量、品质及水肥利用效率的变化特征。结果表明,在盐碱地条件下,充足的灌水和适量的氮肥投入是柳枝稷高产和水肥高效利用的保证。在相同灌水条件下,中氮处理显著提高了柳枝稷的产量、纤维素、半纤维素含量、水分利用效率、氮肥农学效率和氮肥利用效率;在同一施氮量条件下,随着灌水量的提高,柳枝稷产量有所增加,纤维素、半纤维素、灰分含量先降低后升高。中氮处理在不同水分条件下均能维持较低的灰分,且在充足水分条件下能获得最高产量、氮肥农学效率、氮肥利用效率和水分利用效率。高水中氮(3000 m3·hm^-2、N 120 kg·hm^-2)处理有利于柳枝稷高产优质,且水肥利用效率高,是宁夏银北盐碱地区柳枝稷生物质生产的最适水氮管理措施。     

荒漠草原区土壤动物分解作用对土壤C、N、P、K含量分布的影响

选择半干旱(宁夏盐池)、干旱(内蒙古乌拉特后旗)荒漠草原区为研究样地,以牛枝子枯落物为研究对象,采用网孔分解袋法研究土壤动物分解功能对枯落物C、N、P、K分布的影响,结合枯落物分解过程中土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量分布特征,阐明土壤动物分解作用对土壤营养元素含量分布的影响规律。结果表明：(1)共捕获土壤动物226只,隶属14科(属)。土壤动物个体数表现为盐池地区均高于乌拉特地区,而类群数差异较小,仅在乌拉特地区灌丛高于裸地。土壤动物Simpson指数、Shannon指数和Margalef指数在不同生境下均无显著差异,Pielou指数在裸地生境下表现为乌拉特地区显著高于盐池地区。(2)不同网孔分解袋中枯落物养分元素均处于不同程度的释放状态。其中枯落物C、N元素累积系数在盐池地区表现为2 mm网孔显著低于0.01 mm网孔,在乌拉特地区表现为2 mm网孔显著高于0.01 mm网孔;枯落物P、K元素累积系数分别在乌拉特地区和盐池地区表现为2 mm网孔显著高于0.01 mm网孔,且土壤动物对盐池枯落物C、N、P、K元素释放均表现为正效应;对乌拉特枯落物C、...     

贺兰山油松林冠层的辐射能量截获及传输利用特征

油松作为我国北方地区典型的森林植被类型,研究辐射能量在其冠层中的分配、收支及传输,是构建森林冠层辐射传输模型和生态过程模型的理论基础,对阐明森林植被群落中能量流动和物质循环机理具有重要意义。基于贺兰山生态站油松林通量塔定位观测获取的上、下行长短波辐射、光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)以及气象数据,分析2021年4—9月不同天气和季节条件下油松林冠层的辐射能量截获及传输特征。结果表明：(1)晴天条件下太阳总辐射的日变化表现为光滑的“单峰”曲线,但多云条件下则呈现不规则的“多峰”曲线,且减弱48.3%的太阳总辐射能量到达冠层顶部。(2)太阳总辐射以下行短波辐射为主,晴天的上行短波辐射日变化虽也呈“单峰”形态,但仅占下行短波辐射的8.1%,上行和下行长波辐射随昼夜交替略有波动。(3)太阳短波辐射的季节动态特征表明,上行和下行短波辐射在6月最高,而上行和下行长波辐射在7月最高。(4)在冠层上方(25 m处)呈规则“单峰”形态的PAR日动态曲线,经过冠层截获和传输作用后,在冠层下方(7 m处)变为不规则曲线;PAR的透过率为32.2...     

植物协同微生物诱导碳酸钙沉淀对铜尾矿的固化效果

为探讨微生物诱导碳酸钙沉淀技术(microbially induced calcium carbonate precipitation, MICP)和植物技术对污染矿区的固化效果。利用纺锤型赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus fusiformis)、碱蓬(Suaeda salsa)、红砂(Reamuria songarica)开展干旱半干旱高风蚀区尾矿污染固化试验。通过植物根系拉力及根—土复合体抗剪强度表征污染矿区响应效果。结果表明:MICP处理后红砂、碱蓬2种植物根系抗拉力分别增加59.9%,19.7%,抗拉强度分别降低7.4%,22.5%。较MICP处理前,100 kPa下红砂、碱蓬复合体抗剪强度分别提高62.7%,45.9%;200 kPa下分别提高130%,122%;300 kPa下分别提高26.8%,30.6%。胶结后,红砂、碱蓬根系中的半纤维素、纤维素、木质素的含量显著增加(p＜0.05),红砂根系分别增加64%,74%,153%;碱蓬根系分别增加24%,46%,95%。综上,MICP协同植被为干旱半干旱高风蚀尾矿区污染修复提供高效途径,研究结果对实现矿区自然环境改善,加速矿区的生态修复具有重大意义。     

地膜覆盖与氮肥配施对玉米生长及氮素利用的影响

覆膜栽培是旱区农业常用的种植技术。为探究滴灌水肥一体条件下,覆盖生物降解膜后,配施氮肥对玉米生长和氮素利用的影响,从而减少农田残膜污染和过量施氮等问题。于2020和2021年在宁夏旱作节水灌溉区设置两类地膜[Ⅱ类环境生物降解膜(S)和普通地膜(P)]和4个氮素水平裂区试验,探究滴灌条件下降解膜覆盖配施氮肥对膜下滴灌玉米生长和氮素吸收利用的影响。结果表明:S与P覆盖下对滴灌玉米出苗率和出苗期影响效应一致,且在玉米苗期保温效果相当,无显著性差异;S覆盖下,随着施氮量的增加,滴灌玉米干物质累积量、氮素吸收利用、穗数、籽粒重和产量均表现为先增加后降低的趋势,在施氮量为240 kg·hm-2时最佳,且与P覆盖下无显著性差异,这表明生物降解地膜可替代普通地膜投入到农业生产中去;建立膜下滴灌玉米施氮量与产量、吸氮量、氮素利用效率的多元回归曲线得到S和P膜覆盖下的最大产量(13338、13806 kg·hm-2)对应的施氮量均为240 kg·hm-2,两种地膜覆盖下的最大产量较施氮量360 kg·hm-2(N3)时分别提高6.8%和6.1%,氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别提高63.8%、45.2%和 58.7%、59.8%。降解膜在促进作物出苗、前期增温、氮素吸收利用和产量等方面与普通地膜一致,施氮量为240 kg·hm-2时在促进作物干物质累积、氮素吸收利用和作物增产增效等方面达到最佳。因此,S覆盖下配施氮肥240 kg·hm-2可作为西北灌区滴灌玉米适宜的种植措施。     

外源褪黑素对盐胁迫下两种紫花苜蓿生理及光合特性的影响

为探究外源褪黑素(Melatonin, MT)对盐胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)生理及光合特性的影响,本研究以紫花苜蓿‘中苜1号’(耐盐)和‘渭南’(敏盐)为材料,根施浓度为25(MT1),50(MT2),70(MT3),100(MT4),150(MT5)μmol·L^-1的褪黑素预处理,用浓度为150 mmol·L^-1的盐溶液胁迫并分析处理前后紫花苜蓿幼苗生理及光合指标。结果表明：150 mmol·L^-1盐浓度使植株生长受明显抑制,当褪黑素浓度为50,70,100μmol·L^-1时可显著提高盐胁迫下2种紫花苜蓿幼苗叶片相对含水量、脯氨酸和叶绿素含量,降低相对电导率和丙二醛含量;各浓度褪黑素处理均显著提高2种紫花苜蓿的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶活性。50,70,100μmol·L^-1MT处理显著提高2种紫花苜蓿的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度和蒸腾速率。外源褪黑素浓度为100μmol·L^-1时对...     

贺兰山低山区土壤种子库与地上植被关系分析

土壤种子库是地上植被更新的潜在种源,它影响地上植被的自然恢复、植被群落的演替进程和区域生物多样性维持。通过对贺兰山低山区不同海拔高度植物群落进行室内种子萌发试验和野外植被调查,发现5个海拔高度的土壤种子库植物种均以一年生草本居多,而相对应的地上植被群落在5个海拔高度的物种重要值均呈现为一年生草本<灌木或半灌木<多年生草本;土壤种子库和相对应的地上植被的物种多样性指数均在海拔1 200 m处最高;土壤种子库种子密度与相对应的地上植被密度的关系可用对数曲线表示,随着地上植被密度的增加土壤种子库种子密度呈减少趋势。贺兰山低山区5个海拔高度土壤种子库种子密度和物种多样性均较低,无法满足植被自然恢复需求,可通过采取飞播等生态恢复措施来弥补表层土壤种子的不足,从而满足地上植被恢复所需种子数量。