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由于过度放牧、虫鼠灾害等原因,导致若尔盖草地沙化十分严重[1],植被覆盖度降低,沙化土地面积每年大幅度增加[2],沙化导致土壤中微生物数量急剧降低,土壤环境变得更加恶劣[3]。沙地表层土壤水分含量受气候影响,水分含量波动剧烈[4],普通的撒播种子暴露在空气当中,萌发率极低;种子萌发所需土壤湿度至少高于10%,严重沙化地区土层水分含量往往低于5%,导致种子无法正常萌发生长[5]。同时沙地内土壤结构被破坏,有机质、氮、磷、钾等养分含量极低[6],无法为沙地植被提供充足的营养供给。由此可见牧草在沙化地上生存面临两大难题:一是沙化地土壤水分流失严重,土壤干旱缺水,地表温度灼伤植被;二是沙地土壤养分流失严重[7]。若增加土壤湿度、降低地表温度,提升土壤养分可能显著提高植物在沙化地上存活。
目前常用的沙障固沙计数能够较好地减少沙土流动[8]。张帅等人利用“草方格”等技术结合人工播种进行治沙[9],但沙障并没有改善沙地土壤生态环境,植被生长依旧被缺水、高温所限制。为提升植被在沙化地区存活率,缓解沙地土壤水分流失,有研究利用秸秆、棕榈制备生态垫覆盖在沙地表面缓解水分蒸发[10],Chongfeng Bu等人利用藻类、地衣等孢子植物进行沙地治理,并取得了较好的成果[11],藻类等植物在缺水地区无法快速生长,此类技术会受地理条件的限制[12]。易志坚等人利用植物纤维素与沙土混合后对流沙进行黏合,从而达到治沙效果[13]。这些方法需与生物治沙相结合,治理时间长、投入成本高,往往需要3~5年才能够初见效果。程登喜等人利用高分子吸水材料应用于沙地治理中,改善了沙地上作物的养分供给[14],证明高分子吸水材料在沙化地的治理中有着广阔的前景。枯草芽孢杆菌是一类常用的植物根际促生菌,对于植物的生长、抗逆能力提升都有着显著的促进效果[15-16]。有研究发现利用高吸水性竹纤维和枯草芽孢杆菌混合使用能够提升土壤水分、养分含量并促进植物生长[17-18]。这为本试验的开展铺下了基础。有关高吸水性竹纤维在沙地上提高植被存活率的报道尚不多,本研究通过将枯草芽孢杆菌与高吸水性竹纤维进行有机结合,为植物生长提供养分;高吸水性竹纤维、枯草芽孢杆菌、植物根系三者形成根际微生态良性的促生体系,以此促进沙地植被生长。
采用对比试验方法,主要探讨以下3个问题:(1)高吸水性竹纤维结合枯草芽孢杆菌对牧草在沙化地上生长的影响;(2)高吸水性竹纤维结合枯草芽孢杆菌对沙化地养分的影响;(3)高吸水性竹纤维结合枯草芽孢杆菌对沙化地植被恢复的作用。
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通过对种植后7-12月试验区及对照区沙地20 cm处土壤湿度变化进行检测后发现,在8月过后,沙地内土壤湿度呈现逐渐降低的趋势,但试验组内土壤湿度均显著高于所有对照组(P<0.05)。7—12月试验组内沙地土壤湿度均显著高于对照组,其中土壤湿度最高在8月为55.98%,最低为11月土壤湿度为39.25%,对照组土壤湿度最高为8月为42.37%,最低为11月土壤湿度为27.74%;试验组月平均土壤湿度为48.32%,对照组为35%,高于对照组13.31%,试验组土壤湿度从8月逐步下降至11月,下降29.88%,对照组下降30.28%,试验组土壤湿度下降水平略微低于对照组。由表1可知8月试验组土壤平均温度最高为24.24℃,对照组最高平均温度为25.02℃,试验组土温高出对照组6.66%;7-11月试验组温度均低于对照组,其中试验组10月平均土壤温度显著低于对照组(P<0.05),12月试验组、对照组土温均达到最低,分别是8.97℃和8.41℃。
月份 土湿% 土温℃ 处理组 CK 较CK±% 处理组 CK 较CK±% 7月 48.3±1.7a 29.41±1.14b 64.23 23.93±0.28a 24.62±0.34a −2.80 8月 55.98±1.5a 42.37±1.28b 32.12 24.24±0.31a 25.02±0.31a −3.12 9月 53.72±0.75a 40.8±0.53b 31.67 21.15±0.26a 21.96±0.25a −3.69 10月 52.07±0.55a 40.15±0.44b 29.69 16.70±0.25a 17.66±0.24b −5.44 11月 39.25±0.66a 29.54±0.72b 32.87 14.69±0.45a 15.27±0.43a −3.80 12月 40.61±0.58a 27.74±0.43b 46.40 8.97±0.21a 8.41±0.22a 6.66 均值 48.32±2.84a 35.00±2.76b 38.06 18.28±2.43a 18.82±2.61a 2.87 注:字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Table 1. Results of soil moisture and soil temperature in sandy land
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在试验组沙化地内,披碱草单位面积产量为0.58 kg·m−2,高对照组75.76%,差异显著(P<0.05);披碱草的全氮、全磷、全钾含量均高于对照组,其中含量变化最大的为披碱草全氮含量,试验组全氮含量为13.77 kg·m−2,显著高出对照组(6.42 kg·m−2)114.49%;其次为试验组全钾含量(32.52 kg·m−2)显著高出对照组(22.52 kg·m−2)44.47%;变化差异不显著的为披碱草全磷含量,试验组平均全磷含量(3.57 kg·m−2)虽高出对照组(2.63 kg·m−2)35.74%,差异并不显著(P=0.225)(见表2)。
CK 处理组 较CK±% 产量kg·m−2 0.33±0.02a 0.58±0.09b 75.76 全氮g·kg−1 6.42±0.56a 13.77±0.71b 144.86 全磷g·kg−1 2.63±0.31a 3.57±0.68a 35.74 全钾g·kg−1 22.53±0.68a 32.51±2.34b 44.30 注:字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Table 2. Contents of total nitrogen, phosphorus, potassium and yield of Elymus dahuricus
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沙化地内细菌变化如表所示,试验组内0—10 cm土层内的细菌数量最多(117.11×105 CFU/g),显著高于10—20、20—30 cm处土层内细菌数量(P<0.05),但随着土层深度递增,细菌数量显著减少,10—20 cm土层细菌数量仅为0—10 cm处土层数量的44.97%,减少122.34%,20—30 cm处土层细菌数量为10—20 cm土层细菌数量的28.69%,减少248.57%;对照组细菌变化情况与试验组接近,均是随着土层加深,菌落数量减少,但细菌数量随着土层深度增加减少的幅度更低,10—20 cm处土层降幅为9.15%,20—30 cm处土层降幅为65.08%。试验组中0—10 cm土层细菌数量最高,显著高于对照组同土层细菌数量达到126.69%,10—20 cm土层内试验组细菌数量高出对照组11.23%,但不显著;在20—30 cm土层处,对照组细菌数量显著高于试验组,高出89.74%(见表3)。
细菌×105CFU·g−1 CK 处理组 较CK±% 0-10cm 51.66±6.55aA 117.11±7.52aB 126.70 10-20cm 47.33±4.17abA 52.67±9.93bA 11.28 20-30cm 28.67±3.48bA 15.11±3.13cA −47.30 注:小写为相同处理不同土层对比,大写字母为不同处理同土层对比,字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Table 3. Bacterial amount result
同一处理不同厚度土层内,试验组内真菌数量大多集中在0—10 cm处土层(68.11×105 CFU·g−1)且显著高于其他两个处理,分别高出10—20 cm、20—30 cm土层真菌数量的243.46%和214.45%,10—20 cm、20—30 cm土层内真菌数量差异并不显著;对照组不同土层内真菌数量呈增加再减少的趋势,真菌数量更多集中于10—20 cm处土层,真菌数量为68.66×105 CFU·g−1,高出0—10 cm、20—30 cm土层51.47%和64.81%,对照组三个土层内真菌数量差异并不显著。试验组真菌数量在0—10 cm厚度的土层高出对照组50.25%,但在10—20 cm及20—30 cm厚度的土层内,试验组真菌数量均少于对照组(见表4)。
真菌×105CFU·g−1 CK 处理组 较CK±% 0-10cm 45.33±4.7aA 68.11±11.93aA 50.25 10-20cm 68.66±12.03aA 19.83±2.01bB −71.12 20-30cm 41.66±8.17aA 21.66±1.31bB −48.01 注:小写为相同处理不同土层对比,大写字母为不同处理同土层对比,字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Table 4. Fungal amount result
相比于细菌和真菌数量而言,放线菌数量较少(见表5),最高为对照组10—20 cm处土层,放线菌数量为74.67×104 CFU·g−1,随着土层逐步深入,对照组中放线菌数量并没有发生显著变化;试验组内放线菌数量仅在20—30 cm处土层降幅较大,相比于10—20 cm土层降幅为30.09%,10—20 cm与0—10 cm处土层相比放线菌数量减少幅度为7.73%,差异并不显著(P>0.05)。对照组在放线菌数量上均高于试验组,除20—30 cm处菌落显著高于试验组外,其余土层内放线菌数量略微高于试验组,但差异均不显著。
放线菌104CFU·g−1 CK 处理组 较CK±% 0-10cm 71.67±5.78aA 68.43±5.51aA −4.52 10-20cm 74.67±5.36aA 63.14±5.73abA −15.44 20-30cm 73.33±13.54aA 44.14±6.25bB −39.81 注:小写为相同处理不同土层对比,大写字母为不同处理同土层对比,字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Table 5. Actinomycete amount result
对试验组、对照组内土壤养分进行检测后发现,试验组铵态氮、有效磷、速效钾均高于对照组,其中试验组速效钾含量(42.81 mg·g−1)显著高于对照组(22.53 mg·g−1)90.01%(P<0.05),有效磷高出对照组29.24%,铵态氮高出0.79%;在有机质含量方面,试验组有机质含量(8.39 mg·g−1)相比于对照组(8.72 mg·g−1)少了5.35%,但不显著。
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试验组内条播披碱草生长情况明显优于对照组(见图1),试验区内植被覆盖度(12.36%)显著高于对照组(3.09%)P<0.05,试验组内与对照组内植物类型分布基本接近(表6),主要以披碱草、老芒麦为主要优势群落,对照组内禾本科类植物数量占比89.69%,其次为伞形科17%,最后为杨柳科;试验组中仅比对照组多出紫堇属的地丁草一类植物,但禾本科类植物占比97.82%,远远高于其余几种植物,试验组内披碱草数量高出对照组463.69%,老芒麦数量高出对照组5.91%,裂叶独活数量低对照组14.63%,试验组每平方米植株总数超过对照组345.04%。
CK 处理组 较CK±% 铵态氮mg·g-1 34.1±0.76a 34.37±0.75a 7.92 有效磷mg·g-1 5.13±0.44a 6.63±0.89a 29.24 速效钾mg·g-1 22.53±2.46a 42.81±6.76b 90.01 有机质mg·g-1 8.72±0.48a 8.39±0.34a -3.78 注:字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Table 6. Soil nutrients result
组名 科 属 植物名 数量·m−2 较CK±% CK 禾本科 披碱草属 披碱草(Elymus dahuricus ) 117.5 老芒麦(Elymus sibiricus ) 27.5 伞形科 独活属 裂叶独活(Heraeleum millefolium) 13.67 杨柳科 柳属 杯腺柳(Salix cupularis) 3 试验组 禾本科 披碱草属 披碱草(Elymus dahuricus ) 662.33 463.69 老芒麦(Elymus sibiricus ) 41.5 50.91 伞形科 独活属 裂叶独活(Heraeleum millefolium) 11.67 −14.43 杨柳科 柳属 杯腺柳(Salix cupularis) 2 −33.33 罂粟科 紫堇属 地丁草(Corydalis bungeana) 2 / Table 7. Statistical results of plant types in sandy land
Application of Super Absorbent Bamboo Fiber Combined with Bacillus subtilis in Sandy Grassland
doi: 10.12172/202207190003
- Received Date: 2022-07-19
- Available Online: 2023-03-03
- Publish Date: 2023-06-25
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Key words:
- Bamboo fiber /
- Sandy land /
- Elymus dahuricus /
- Bacillus subtilis
Abstract: Due to lack of water and fertilizer in sandy land, the grass survival rate is low and the growth is slow. In this paper, the effect of super absorbent bamboo fiber combined with Bacillus subtilis on vegetation restoration of sandy land was explored. The results were as follows: (1) Compared with the control group, the average monthly soil humidity in the experimental group was 38.06% higher, and the average monthly soil temperature was 2.89% lower. The number of bacteria and fungi in the 0-10cm soil layer was 126.69% and 50.25% higher than that in the control group; (2) The total nitrogen, total phosphorus, total potassium and yield of forage in the experimental group increased by 114.49%, 35.74%, 44.47% and 52.63% compared with the control group. The soil ammonium nitrogen, available phosphorus, available potassium and organic matter in the experimental group were higher than those in the control group, but not significantly; (3) The survival rate of Elymus dahuricus in the experimental group was significantly higher than that in the control group, and the number of plants per unit area was 345.04% higher than that in the control group. The results showed that the super absorbent bamboo fiber combined with Bacillus subtilis could effectively improve the soil moisture and nutrient content in sandy land, and improve the plant survival rate in sandy land.