类芦植被对AMD污染土壤的生态修复效应及潜力

以贵阳市花溪区麦坪废弃煤矿区为研究区域,选择在受酸性矿山废水(AMD)污染的土壤上经类芦植被恢复的土壤为研究对象,研究自然恢复类芦植被后对AMD污染土壤的养分、酶活性及微生物数量的改善作用,探讨类芦植被对AMD污染土壤的生态修复效应及潜力。结果表明:AMD污染土壤呈养分极贫瘠、土壤酶活性和微生物活性极低的特征,污染土壤经自然恢复类芦植被后,污染土壤的理化性质及生物化学特性有显著改善,具体表现为:经类芦植被恢复的土壤的有机质、全氮、有效氮、有效磷、速效钾含量较对照(无类芦植被恢复)的污染土壤分别平均增加了48.95%,133.71%,46.23%,23.10%,29.83%,土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶、纤维素酶和脲酶活性得到极显著(p0.01)提高,土壤主要微生物类群(细菌、真菌、放线菌)数量和生物量极显著(p0.01)增加。相关性分析表明,土壤养分、酶活性和微生物数量之间呈正相关关系,表明土壤酶活性和微生物数量可作为评价AMD污染土壤修复前后质量改善状况的重要生物学指标。另外,主成分分析表明,在类芦植被对AMD污染土壤修复过程中土壤酶(脲酶)、土壤养分(全磷、全氮、有效磷、有效氮、有机质、速效钾)、土壤微生物(细菌)是主要控制因素。基于类芦植被能显著地提高AMD污染土壤有效养分含量、土壤酶活性和微生物数量,使AMD污染土壤朝着良性方向发展,并表现出对AMD污染土壤修复具有较大的潜力,因此类芦植被可作为AMD污染土壤植物修复和生态恢复的先锋物种或优势植物。     

水土流失山地套种类芦后马尾松生长变化规律调查研究

在水土流失山地进行马尾松"小老头"林套种类芦研究,结果表明:马尾松树高总生长量随年份的增加而逐步增加,其中种植后前2年与对照的差异不大,3~6年差异开始显著体现,7年差异最大;树高年平均生长量随年份的增加则表现出先增加后减少的趋势,且在种植6年后与对照的差异达到最大;胸径总生长量、胸径年平均生长量随时间的推移而逐步增加;材积平均年生长量表现出先上升后下降的规律;套种类芦后马尾松的密度得到提高,林分密度趋向稳定。     

Pb在类芦组织和亚细胞中的分布规律和毒害效应

通过研究类芦体内Pb在组织和亚细胞水平的毒害效应和分布规律,分析类芦对Pb的耐性机制,为了解类芦对重金属的富集能力、耐性机制及逆境生理提供理论依据。采用营养液培养的方法,以Pb为目标污染物,胁迫后测定类芦体内(分为根和叶)Pb在各亚细胞组分的含量,并分别通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱透射电子显微镜(TEM-EDS)观察Pb在组织和亚细胞的分布以及对其损伤情况。结果显示:从组织水平来看,Pb胁迫下组织结构由排列整齐变为不规则,局部出现较大破损而形成一些碎片,并出现晶体堵塞导管的现象;从亚细胞水平来看,类芦根叶细胞均损伤,出现细胞壁模糊、线粒体减少、叶绿体肿胀等现象,在根部Pb主要分布于细胞壁(12.28 mg·kg~(-1))和以液泡为主的可溶组分(38.82 mg·kg~(-1)),而叶片中以可溶组分占比例最大(32.56%),且EDS元素分析也显示细胞内含有大量Pb。这些结果表明,类芦对Pb有一定的吸收富集能力,并可通过改变Pb在其组织和亚细胞水平的分布来降低毒害作用,因此类芦对重金属Pb有较强的耐性。     

类芦对铅镉的吸收动力特性及亚细胞分布规律研究

以南方水土保持植物类芦为研究对象,采用营养液培养的方法,以Pb、Cd为目标污染物,设置不同的胁迫浓度和时间,胁迫后测定类芦体内重金属的含量和亚细胞分布。结果分析发现,类芦体内重金属含量与浓度和时间有显著的关系,可利用Freundlich方程和Michaelis-Menten方程进行拟合,R~20.95,相关性强。通过拟合发现,重金属主要分布在根部,类芦对Pb的吸收能力更强(最高含量达到4 687.87 mg·kg~(-1)),但是对Cd的吸收速率增长更为明显,即类芦在吸收Cd方面有一定的潜力。就亚细胞分布而言,两种重金属均主要分布在细胞壁和可溶组分中,不同浓度和时间处理下,两个组分中的重金属含量共占总量的60%以上。由此说明,类芦对Pb的吸收能力更强,同时,类芦通过改变重金属的亚细胞分布来降低重金属的毒害作用,维持自身的稳态。     

干旱胁迫对水土保持先锋植物类芦光合特性的影响

以水土保持先锋植物类芦为研究材料,通过4个不同梯度干旱胁迫的盆栽试验,测定类芦的光合色素、叶绿素荧光参数和光合参数.研究干旱胁迫对类芦的光台特性的影响.结果表明:中度、轻度干旱胁迫类芦叶绿素含量增加,叶绿素a/b比值下降,干旱胁迫下叶绿素荧光参数F0、Fm,Fv提高,Fv/Fm、Fv/F0下降.类芦叶片的胞问CO2浓度随千旱程度加重而逐渐增加,日变化表现为上午缓慢上升,下午快速上升,到16:00达到最高.净光合速率、气孔导度、蒸腾速率日变化均表现为"单峰型",为先升后降,12:00达到高峰,日均值随着干旱程度加重而逐渐下降.中度、轻度干旱胁迫下WUE提高,重度干旱WUE稍有下降,类芦具有较强的耐干旱能力.     

土壤颗粒组成及黏着剂对类芦种子萌发和幼苗生长的影响

南方红壤侵蚀区土壤表层沙砾化影响植被植物种子萌发和幼苗生长,是限制其植被恢复的主要限制因子之一。为了促进沙砾化土壤植被恢复,本研究以水土保持先锋草本植物类芦种子为材料,采用不同土壤颗粒组成模拟5种不同沙砾化程度的土壤,添加不同含量土壤黏着剂PAM(0、0.125、0.250和0.500 g·kg^-1),研究土壤颗粒组成及土壤黏着剂对类芦种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明:添加PAM使类芦种子发芽提前1~2 d,提高种子发芽率和促进幼苗生长;黏着剂含量对类芦种子萌发和幼苗生长有极显著影响,黏着剂含量为0.125 g·kg^-1时最有利于种子萌发;0.250和0.500 g·kg^-1较有利于幼苗生长。黏着剂对幼苗生长影响还与土壤颗粒组成有关,随着土壤粗颗粒比例增加,黏着剂的添加量增加对幼苗高生长有利。土壤颗粒组成对种子萌发及幼苗生长存在显著影响,在土壤粗细颗粒比例适中(>2 mm、1~2 mm、<1 mm配比为2∶3∶3)时适宜类芦种子萌发,粗颗粒(>2 mm)含量比例较大(≥75%)时可以促进类芦幼苗生长。研究结果为类芦在水土流失区的植被恢复和边坡治理应用提供了理论参考。     

类芦的生长与VA菌根的关系分析

类芦是我国南方快速绿化水蚀荒漠化地区的优良草种。对类芦根蔸土壤中VA菌根真菌的调查表明，栽植类芦后，土壤中的VA菌根真菌数量大幅度增加，并与类芦根系形成一种协调的共生体系，极显著地促进了类芦的生长。新栽植类芦时，可在基肥中增施少量VA菌根土与磷肥，以促进土壤中VA菌根菌的快速繁衍。     

类芦根系对不同磷胁迫的形态学响应

为探讨类芦(Neyraudia reynaudiana)在极耐瘠薄条件下生存的机制,通过设计5个不同磷胁迫盆栽模拟试验,测定磷胁迫条件下类芦根系生物量和根系形态特征.结果表明:随着低磷胁迫的加剧,类芦地上部生物量、根系生物量、根条数、根系总长度、根表面积、根系体积均呈增加趋势,其中根径 < 0.5 mm的细根长度、表面积增加明显,根冠比增大,在中度磷胁迫条件下达到最大;从中度磷胁迫至极度磷胁迫,随着磷胁迫程度加重,根系各形态指标逐渐减少.根平均直径则相反.可见类芦根系通过缩小根直径,促进不定根形成,增加细根数量、延长根系长度,形成庞大根系网络,增加根系-土壤接触面,扩大根系吸收磷范围,以此来提高根系的吸收能力.     

水土保持植物类芦对土壤酸胁迫的形态生理响应

土壤酸度低是限制一些金属矿山废弃地植被恢复的主要因素之一,类芦可在酸度极低的稀土矿废弃地正常生长,其中可能存在对酸胁迫特殊的形态生理响应机制。因此,采用室内土培盆栽模拟胁迫试验,设计不同强度酸胁迫处理(pH: 3.5,4.5,5.0和5.6),测定不同酸胁迫条件下,类芦地上部分和根系生长、生物量、抗氧化酶活性及MDA含量等指标,探讨类芦对土壤酸胁迫的适应策略。结果表明,类芦对土壤酸胁迫有一定的耐性,pH 3.5处理仍能较正常生长;随土壤pH的逐渐增大,类芦地上部分和根系各生长指标整体表现为先增大后减小的变化趋势,弱酸胁迫对类芦根系生长有一定促进作用,pH 4.5处理均达最大值,为类芦最适宜生长的土壤酸度;酸胁迫条件下,类芦可通过加快根直径的生长,增大根系的生物量分配,以适应酸胁迫条件,但酸胁迫对类芦体内抗氧化酶活性具有一定抑制作用。     

先锋植物类芦抗逆性及其应用

禾本科(Gramineae)植物类芦(Neyraudia reynaudiana)以其抗逆性强、生态幅广等优良性状,成为植被恢复先锋植物,在南方生态治理中有较广的应用前景。本文介绍了类芦的自然分布及其生物学特性,从抗旱性、耐贫瘠性、抗污染等方面阐述了类芦的抗逆性,分析了类芦通过缩小根直径、延长根系长度、促进根系增生、扩大根系范围的根系形态策略和提高水分养分利用效率的生理策略来适应干旱贫瘠逆境,以及富集重金属的机理和耐受机制,回顾了类芦在水土流失治理、边坡治理、土壤污染生态修复等方面应用,指出类芦抗逆性的分子机理与调控机制,以及逆境下的生存机制还有待研究。本文综述了类芦在逆境中生存的原因和适应困难立地的机理,以期为类芦在植被恢复、生态建设方面的研究与应用提供理论依据。