微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固沙對典型沙生植物葉片性狀和生理特性的影響

摘要：微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀（microorganism induced carbonate precipitation，MICP）能夠填充土壤孔隙，減少水分蒸發(fā)和增強(qiáng)風(fēng)沙土的抗風(fēng)蝕性，其防風(fēng)固沙效果已得到證實(shí)，但其對沙生植物葉片性狀和生長生理過程的影響尚不明確，為揭示微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固沙對沙生植物葉性狀和光合生理特征的影響，以沙蓬（Agriophyllum squarrosum）、斜莖黃芪（Astragalus laxmannii）、檸條錦雞兒（Caragana korshinskii）、蒙古羊柴（Corethrodendron fruticosum）4種沙生植物為研究對象，開展室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，對比分析不同菌劑施用量（高、中、低）和固結(jié)層位置（下、中、上）處理下沙生植物的葉性狀和生理特性。結(jié)果表明，①微生物誘導(dǎo)碳酸鈣分布在風(fēng)沙土顆粒間，且呈立方體形、菱形、球形和不定形等多種晶態(tài)，能夠膠結(jié)風(fēng)沙土顆粒。②菌劑處理顯著提高了4種沙生植物土壤的有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量；施加高水平菌劑時(shí)，固結(jié)層下處理組沙蓬和斜莖黃芪土壤的有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量顯著高于其他處理組；其中斜莖黃芪土壤有機(jī)質(zhì)含量的增幅最大，為90.19%，檸條錦雞兒土壤碳酸鈣含量增幅最大，為41.47%。③高水平菌劑處理組沙蓬的比葉面積顯著高于其他處理組，平均提高0.98%；低水平菌劑處理組沙蓬和斜莖黃芪的葉干物質(zhì)含量顯著高于其他處理組，分別平均提高34.11%和24.18%。固結(jié)層中處理組沙蓬、斜莖黃芪和檸條錦雞兒的比葉面積顯著低于其他處理組。④高水平菌劑處理組沙蓬、斜莖黃芪和檸條錦雞兒的葉綠素含量顯著高于其他處理組，分別平均提高9.01%、12.97%和31.77%；中水平菌劑處理組沙蓬、高水平菌劑處理組斜莖黃芪和檸條錦雞兒的最大凈光合速率顯著高于其他處理組，分別平均提高55.70%、48.39%和13.24%。綜上，施加菌劑能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量，為植物生長提供充足的養(yǎng)分，因此沙蓬、斜莖黃芪和檸條錦雞兒的光合生理特性顯著高于對照組，但植物葉性狀對土壤有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣含量響應(yīng)不顯著。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固沙對中水平菌劑處理沙蓬、高水平菌劑處理斜莖黃芪和檸條錦雞兒的葉性狀和光合生理特性有促進(jìn)作用，但是對蒙古羊柴的葉性狀和光合生理特性有抑制作用。以上研究結(jié)果為豐富完善微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固沙技術(shù)提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐。

關(guān)鍵詞：微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀；沙生植物；葉片性狀；生理特性

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0420

中圖分類號：S156.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10080864（2024）06017013

風(fēng)沙土是一種非地帶性、半隱域性的新成土，不僅廣泛分布于干旱、半干旱和濕潤等各個(gè)生物氣候帶，在古生代、中生代和新生代等巖層中也均有記錄[1]。風(fēng)沙土質(zhì)地粗糙，結(jié)構(gòu)松散，抗蝕性差，是導(dǎo)致全球陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤風(fēng)蝕以及沙塵暴頻繁發(fā)生的重要原因之一[23]。因此，如何高效、環(huán)保地改良風(fēng)沙土，提高風(fēng)沙土抗蝕性仍然是土壤風(fēng)蝕相關(guān)研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn)問題[4]。土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)中分布廣泛、較為活躍的生命形式，具有豐富的物種、遺傳和功能多樣性，極強(qiáng)的環(huán)境敏感性、適應(yīng)性和抗逆性，被喻為“生物界的暗物質(zhì)”，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的生態(tài)功能[5]。近年來，土壤微生物在風(fēng)沙土改良領(lǐng)域的重要作用日益得到重視，成為風(fēng)沙土改良的新途徑[1，67]。

微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀（microbially inducedcarbonate precipitation，MICP）廣泛發(fā)生于陸地生態(tài)系統(tǒng)，是由微生物生理代謝形成碳酸鈣沉淀的一種微生物礦化作用[8]。研究證實(shí)，土壤微生物可以通過生理代謝生成CO23 -或者直接利用氣態(tài)或溶解的CO2將游離態(tài)Ca2+轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀[9]。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀產(chǎn)生的碳酸鈣晶體具有較強(qiáng)的膠結(jié)功能，能夠填充土壤顆粒空隙，膠結(jié)松散砂粒，提高土體強(qiáng)度，降低土體滲透性，并被成功應(yīng)用于建筑和巖土工程等領(lǐng)域[1011]。顯而易見，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀對于增強(qiáng)風(fēng)沙土抗蝕性也具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀固沙技術(shù)可以有效膠結(jié)風(fēng)沙土顆粒，增強(qiáng)風(fēng)沙土抗蝕性，并顯著降低土壤風(fēng)蝕過程中的輸沙量，對于控制土壤風(fēng)蝕具有重要意義[12-14]。