中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (11): 64-73.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0577
秦欣科1,2(), 李琪1,2,3(
), 李宇航1,2, 张慧媛1,2, 何昌龙1,2, 黄欣瑞1,2, 张威振1,2,3, 雷泞菲1,2,3, 裴向军1,2,3
收稿日期:
2024-09-01
修回日期:
2025-01-18
出版日期:
2025-04-15
发布日期:
2025-04-11
通讯作者:
作者简介:
秦欣科,男,2000年出生,甘肃嘉峪关人,硕士研究生,研究方向:环境生物技术研究。通信地址:610059 四川省成都市成华区二仙桥街道 成都理工大学,E-mail:956804462@qq.com。
基金资助:
QIN Xinke1,2(), LI Qi1,2,3(
), LI Yuhang1,2, ZHANG Huiyuan1,2, HE Changlong1,2, HUANG Xinrui1,2, ZHANG Weizhen1,2,3, LEI Ningfei1,2,3, PEI Xiangjun1,2,3
Received:
2024-09-01
Revised:
2025-01-18
Published:
2025-04-15
Online:
2025-04-11
摘要:
近年来,土地沙漠化已然成为全球最重要且亟待解决的生态环境问题之一。生物结皮能够形成具有一定覆盖面、覆盖厚度和发育较好的保护层,这对沙化土地的生态恢复有益。然而,“生物—化学”联合结皮对沙化土地的影响尚不明确。本研究选取了新疆和田地区沙土,添加SJP有机材料,并搭配不同种类与浓度的苔藓(朵朵藓、星星藓、翡翠藓)以及藻类(固氮鱼腥藻、小颤藻、土生绿球藻)构建沙土结皮层,结合土壤养分含量、酶活性和微生物群落结构特征选取最优配置方案。结果表明,在不同种类和浓度处理下,土壤有机碳、速效钾、有效磷、全氮、全磷及pH含量随着处理时间的增加而持续升高;相较于空白对照组,土壤酶活性总体上有所提高;各结皮层土壤对土壤微生物多样性的改变具有显著作用,其中变形菌门、蓝藻门和厚壁菌门为优势物种。微生物α与β多样性的研究结果显示,各处理组对土壤菌群的多样性有显著的影响,其标志物种的菌群在本属的等级上存在差异。基于主成分分析得到了最优沙土结皮方案为30 g/m2朵朵藓+10 g/m2固氮鱼腥藻。本研究为沙漠化土地的生态修复提供一定技术支撑。
秦欣科, 李琪, 李宇航, 张慧媛, 何昌龙, 黄欣瑞, 张威振, 雷泞菲, 裴向军. “苔—藻—SJP”对沙化土地生物结皮恢复的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(11): 64-73.
QIN Xinke, LI Qi, LI Yuhang, ZHANG Huiyuan, HE Changlong, HUANG Xinrui, ZHANG Weizhen, LEI Ningfei, PEI Xiangjun. Impact of “Moss-Algae-SJP” on Restoration of Biological Soil Crusts in Sandy Land[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(11): 64-73.
孢子种类 | 规格/(g/m2) | 藻种类 | 藻液浓度/(g/m2) | 编号 |
---|---|---|---|---|
朵朵藓 | 30 | 固氮鱼腥藻 | 10 | DG |
星星藓 | 30 | 固氮鱼腥藻 | 50 | XD |
翡翠藓 | 30 | 固氮鱼腥藻 | 100 | FG |
翡翠藓 | 60 | 小颤藻 | 10 | FX |
星星藓 | 60 | 小颤藻 | 100 | XX |
朵朵藓 | 60 | 小颤藻 | 50 | DX |
星星藓 | 100 | 土生绿球藻 | 10 | XT |
翡翠藓 | 100 | 土生绿球藻 | 50 | FT |
朵朵藓 | 100 | 土生绿球藻 | 100 | DT |
孢子种类 | 规格/(g/m2) | 藻种类 | 藻液浓度/(g/m2) | 编号 |
---|---|---|---|---|
朵朵藓 | 30 | 固氮鱼腥藻 | 10 | DG |
星星藓 | 30 | 固氮鱼腥藻 | 50 | XD |
翡翠藓 | 30 | 固氮鱼腥藻 | 100 | FG |
翡翠藓 | 60 | 小颤藻 | 10 | FX |
星星藓 | 60 | 小颤藻 | 100 | XX |
朵朵藓 | 60 | 小颤藻 | 50 | DX |
星星藓 | 100 | 土生绿球藻 | 10 | XT |
翡翠藓 | 100 | 土生绿球藻 | 50 | FT |
朵朵藓 | 100 | 土生绿球藻 | 100 | DT |
指标 | 各主成分得分 | ||||
---|---|---|---|---|---|
第一成分 | 第二成分 | 第三成分 | 第四成分 | 第五成分 | |
pH | 0.246 | 0.178 | -0.294 | 0.878 | 0.056 |
有机碳 | 0.462 | 0.015 | 0.175 | 0.345 | 0.760 |
速效钾 | 0.934 | -0.038 | -0.136 | -0.167 | 0.083 |
有效磷 | 0.665 | -0.236 | -0.512 | 0.045 | -0.308 |
全氮 | 0.319 | 0.786 | 0.438 | -0.085 | -0.174 |
全磷 | 0.499 | -0.537 | 0.312 | -0.147 | 0.225 |
土壤过氧化氢酶 | 0.244 | -0.455 | 0.803 | -0.024 | -0.153 |
土壤纤维素酶 | 0.656 | -0.457 | 0.049 | 0.326 | -0.469 |
土壤蔗糖酶 | 0.501 | -0.172 | -0.460 | -0.560 | 0.231 |
土壤碱性磷酸酶 | 0.650 | 0.403 | 0.336 | 0.023 | -0.038 |
土壤硝酸还原酶 | 0.514 | 0.768 | -0.103 | -0.179 | -0.080 |
指标 | 各主成分得分 | ||||
---|---|---|---|---|---|
第一成分 | 第二成分 | 第三成分 | 第四成分 | 第五成分 | |
pH | 0.246 | 0.178 | -0.294 | 0.878 | 0.056 |
有机碳 | 0.462 | 0.015 | 0.175 | 0.345 | 0.760 |
速效钾 | 0.934 | -0.038 | -0.136 | -0.167 | 0.083 |
有效磷 | 0.665 | -0.236 | -0.512 | 0.045 | -0.308 |
全氮 | 0.319 | 0.786 | 0.438 | -0.085 | -0.174 |
全磷 | 0.499 | -0.537 | 0.312 | -0.147 | 0.225 |
土壤过氧化氢酶 | 0.244 | -0.455 | 0.803 | -0.024 | -0.153 |
土壤纤维素酶 | 0.656 | -0.457 | 0.049 | 0.326 | -0.469 |
土壤蔗糖酶 | 0.501 | -0.172 | -0.460 | -0.560 | 0.231 |
土壤碱性磷酸酶 | 0.650 | 0.403 | 0.336 | 0.023 | -0.038 |
土壤硝酸还原酶 | 0.514 | 0.768 | -0.103 | -0.179 | -0.080 |
指标 | 各主成分得分系数 | ||||
---|---|---|---|---|---|
第一成分 | 第二成分 | 第三成分 | 第四成分 | 第五成分 | |
pH | 0.134 | 0.120 | -0.228 | 0.742 | 0.054 |
有机碳 | 0.252 | 0.010 | 0.135 | 0.291 | 0.735 |
速效钾 | 0.509 | -0.026 | -0.105 | -0.141 | 0.080 |
有效磷 | 0.362 | -0.159 | -0.396 | 0.038 | -0.298 |
全氮 | 0.174 | 0.531 | 0.339 | -0.072 | -0.168 |
全磷 | 0.272 | -0.363 | 0.242 | -0.124 | 0.218 |
土壤过氧化氢酶 | 0.133 | -0.307 | 0.622 | -0.020 | -0.148 |
土壤纤维素酶 | 0.358 | -0.309 | 0.038 | 0.275 | -0.454 |
土壤蔗糖酶 | 0.273 | -0.116 | -0.356 | -0.473 | 0.224 |
土壤碱性磷酸酶 | 0.354 | 0.272 | 0.260 | 0.019 | -0.037 |
土壤硝酸还原酶 | 0.280 | 0.519 | -0.080 | -0.151 | -0.077 |
指标 | 各主成分得分系数 | ||||
---|---|---|---|---|---|
第一成分 | 第二成分 | 第三成分 | 第四成分 | 第五成分 | |
pH | 0.134 | 0.120 | -0.228 | 0.742 | 0.054 |
有机碳 | 0.252 | 0.010 | 0.135 | 0.291 | 0.735 |
速效钾 | 0.509 | -0.026 | -0.105 | -0.141 | 0.080 |
有效磷 | 0.362 | -0.159 | -0.396 | 0.038 | -0.298 |
全氮 | 0.174 | 0.531 | 0.339 | -0.072 | -0.168 |
全磷 | 0.272 | -0.363 | 0.242 | -0.124 | 0.218 |
土壤过氧化氢酶 | 0.133 | -0.307 | 0.622 | -0.020 | -0.148 |
土壤纤维素酶 | 0.358 | -0.309 | 0.038 | 0.275 | -0.454 |
土壤蔗糖酶 | 0.273 | -0.116 | -0.356 | -0.473 | 0.224 |
土壤碱性磷酸酶 | 0.354 | 0.272 | 0.260 | 0.019 | -0.037 |
土壤硝酸还原酶 | 0.280 | 0.519 | -0.080 | -0.151 | -0.077 |
主成分 | 特征值 | 贡献率/% | 累计贡献率/% |
---|---|---|---|
第一主成分 | 3.367 | 30.608 | 30.608 |
第二主成分 | 2.192 | 19.927 | 50.535 |
第三主成分 | 1.669 | 15.173 | 65.708 |
第四主成分 | 1.402 | 12.745 | 78.454 |
第五主成分 | 1.068 | 9.712 | 88.166 |
主成分 | 特征值 | 贡献率/% | 累计贡献率/% |
---|---|---|---|
第一主成分 | 3.367 | 30.608 | 30.608 |
第二主成分 | 2.192 | 19.927 | 50.535 |
第三主成分 | 1.669 | 15.173 | 65.708 |
第四主成分 | 1.402 | 12.745 | 78.454 |
第五主成分 | 1.068 | 9.712 | 88.166 |
试验组 | 第一主成分综合指数 | 第二主成分综合指数 | 第三主成分综合指数 | 第四主成分综合指数 | 第五主成分综合指数 | 综合指数 | 排序 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
CK | 61.652 | -58.149 | 67.619 | 18.937 | -45.117 | 17.667 | 10 |
DG | 81.709 | -58.726 | 62.629 | 12.623 | -42.106 | 23.061 | 1 |
XD | 77.524 | -59.906 | 67.757 | 14.127 | -42.557 | 22.391 | 3 |
FG | 75.768 | -59.071 | 67.608 | 16.015 | -44.629 | 21.989 | 4 |
FX | 78.325 | -60.294 | 62.422 | 11.227 | -41.744 | 21.334 | 7 |
XX | 69.637 | -57.610 | 67.145 | 17.300 | -43.958 | 20.371 | 8 |
DX | 77.875 | -58.685 | 64.452 | 11.961 | -42.390 | 21.926 | 5 |
XT | 67.295 | -59.289 | 70.299 | 17.137 | -45.399 | 19.539 | 9 |
FT | 77.861 | -59.412 | 66.114 | 14.584 | -42.285 | 22.433 | 2 |
DT | 76.449 | -60.693 | 66.739 | 14.425 | -43.986 | 21.551 | 6 |
试验组 | 第一主成分综合指数 | 第二主成分综合指数 | 第三主成分综合指数 | 第四主成分综合指数 | 第五主成分综合指数 | 综合指数 | 排序 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
CK | 61.652 | -58.149 | 67.619 | 18.937 | -45.117 | 17.667 | 10 |
DG | 81.709 | -58.726 | 62.629 | 12.623 | -42.106 | 23.061 | 1 |
XD | 77.524 | -59.906 | 67.757 | 14.127 | -42.557 | 22.391 | 3 |
FG | 75.768 | -59.071 | 67.608 | 16.015 | -44.629 | 21.989 | 4 |
FX | 78.325 | -60.294 | 62.422 | 11.227 | -41.744 | 21.334 | 7 |
XX | 69.637 | -57.610 | 67.145 | 17.300 | -43.958 | 20.371 | 8 |
DX | 77.875 | -58.685 | 64.452 | 11.961 | -42.390 | 21.926 | 5 |
XT | 67.295 | -59.289 | 70.299 | 17.137 | -45.399 | 19.539 | 9 |
FT | 77.861 | -59.412 | 66.114 | 14.584 | -42.285 | 22.433 | 2 |
DT | 76.449 | -60.693 | 66.739 | 14.425 | -43.986 | 21.551 | 6 |
[1] |
蔡丽红. 土地沙漠化原因及林业防沙治沙措施[J]. 农业灾害研究, 2023, 13(5):188-190.
|
[2] |
周颖, 杨秀春, 金云翔, 等. 中国北方沙漠化治理模式分类[J]. 中国沙漠, 2020, 40(3):9.
|
[3] |
陆超, 黄丽丽, 张芳, 等. 土地沙漠化原因及防沙治沙策略[J]. 内蒙古林业调查设计, 2023, 46(6):45-47,53.
|
[4] |
陈亚宁. 我国西北地区沙化土地治理的成功经验及启示——以新疆为例[J]. 国家治理, 2023(24):48-55.
|
[5] |
闵庆文, 刘寿东, 杨霞. 内蒙古典型草原生态系统服务功能价值评估研究[J]. 草地学报, 2004(3):165-169,175.
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2004.03.001 |
[6] |
民勤连古城保护局. “民勤沙漠化防治与生态修复技术集成试验示范研究”项目在民勤启动[J]. 甘肃林业, 2008(3):1.
|
[7] |
周竞红. 沙产业开发与沙区发展——基于内蒙古的探索之路[J]. 开发研究, 2018(3):6.
|
[8] |
李建华. 农林牧复合系统实践意义的探讨[J]. 现代化农业, 2004(11):12-14.
|
[9] |
|
[10] |
李守中, 肖洪浪, 宋耀选, 等. 腾格里沙漠人工固沙植被区生物土壤结皮对降水的拦截作用[J]. 中国沙漠, 2002(6):90-94.
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
李新荣, 谭会娟, 回嵘, 等. 中国荒漠与沙地生物土壤结皮研究[J]. 科学通报, 2018, 63(23):15.
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
许文文, 赵燕翘, 王楠, 等. 人工蓝藻结皮对沙区表层土壤酶活性及其恢复速率的影响[J]. 生态学报, 2023, 43(7):9.
|
[18] |
李新荣, 回嵘, 赵洋. 中国荒漠生物土壤结皮生态生理学研究[M]. 北京: 高等教育出版社, 2016.
|
[19] |
李勋, 程晓彬, 彭彬, 等. 生物土壤结皮在沙化土壤修复中的研究与应用[J]. 现代园艺, 2022, 45(13):32-34,37.
|
[20] |
|
[21] |
唐东山, 王伟波, 李敦海, 等. 人工藻结皮对库布齐沙地土壤酶活性的影响[J]. 水生生物学报, 2007(3):339-344.
|
[22] |
吴易雯, 饶本强, 刘永定, 等. 不同生境对人工结皮发育及表土氮、磷含量及其代谢酶活性的影响[J]. 土壤, 2013, 45(1):52-59.
|
[23] |
黄婷, 岳西杰, 葛玺祖, 等. 基于主成分分析的黄土沟壑区土壤肥力质量评价——以长武县耕地土壤为例[J]. 干旱地区农业研究, 2010(3):8.
|
[24] |
李骏盈, 陈林, 李育中, 等. 几种苔藓植物的组织培养[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2011(S1):6.
|
[25] |
王楠, 许文文, 赵燕翘, 等. 荒漠蓝藻规模化培养试验[J]. 中国沙漠, 2022(4):42.
|
[26] |
赵燕翘, 连煜超, 许文文, 等. 中国人工蓝藻结皮研究进展[J]. 中国沙漠, 2023, 43(5):214-222.
doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00071 |
[27] |
许书军. 典型荒漠苔藓人工繁殖特征与抗御干热环境胁迫的生理生化机制研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2007.
|
[28] |
|
[29] |
田云飞, 安俊芳, 陶士敏. 重铬酸钾氧化-分光光度法测定土壤有机碳含量的研究[J]. 现代化工, 2020, 40(4):5.
|
[30] |
孙兰香. 乙酸铵浸提——火焰光度计法测定土壤速效钾[J]. 现代农业科技, 2008(17):199.
|
[31] |
李立平, 张佳宝, 邢维芹. 0.5 mol/L NaHCO3提取土壤氮磷钾的研究[J]. 土壤通报, 2009, 40(2):338-343.
|
[32] |
刘晶晶, 尹亚丽, 李世雄, 等. 调控措施对祁连山中度退化高寒草甸土壤的影响[J]. 应用生态学报, 2022, 33(4):988-994.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202203.009 |
[33] |
陈家坊, 方柏. 应用硫酸重铬酸钾消煮液的土壤氮素测定法[J]. 土壤学报, 1955(2):125-128.
|
[34] |
马有芳, 陈式谷. 土壤中全氮、全磷联合快速消化法——硫酸钾—高氯酸—硫酸消化法[J]. 土壤, 1983(6):240-242.
|
[35] |
王金成, 井明博, 张绍鹏, 等. 油污胁迫下土壤微生物群落结构对外源施用玉米秸秆生物质炭的响应[J]. 水土保持通报, 2020, 40(3):11.
|
[36] |
吕晶阳, 沈逸凡, 肖维阳, 等. 气温急变带工程创面植生层土壤及微生物群落特征研究[J]. 地质灾害与环境保护, 2023, 34(2):114-120.
|
[37] |
侯芸芸. 小陇山国家级自然保护区土壤理化性质及其与土壤微生物群落特征的相关性研究[D]. 兰州: 西北师范大学, 2013.
|
[38] |
李颖, 朱炜, 徐新泉, 等. 利用主成分分析对不同覆盖时间毛竹林土壤质量进行评价——以浙江长兴毛竹林为例[J]. 东北林业大学学报, 2024, 52(1):85-91.
|
[39] |
魏新, 郑小锋, 张硕新. 秦岭火地塘不同海拔梯度森林土壤理化性质研究[J]. 西北林学院学报, 2014, 29(3):6.
|
[40] |
张雨虹, 张韶阳, 张树煇, 等. 毛乌素沙地苔藓结皮对沙化土壤性质和细菌群落的影响[J]. 土壤学报, 2021, 58(6):1585-1597.
|
[41] |
关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 农业出版社,1986.
|
[42] |
费裕翀, 黄樱, 刘丽, 等. 中亚热带紫色土丘陵区几种典型人工林土壤质量评价[J]. 东北林业大学学报, 2020, 48(9):8.
|
[43] |
王娟, 谷雪景, 赵吉. 羊草草原土壤酶活性对土壤肥力的指示作用[J]. 农业环境科学学报, 2006, 25(4):5.
|
[44] |
|
[45] |
尹亚琳. 库布其沙地生物结皮微生物群落特征及其稳定性研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2022.
|
[46] |
杨山, 李小彬, 王汝振, 等. 氮水添加对中国北方草原土壤细菌多样性和群落结构的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(3):8.
|
[47] |
李晓捷. 六盘山林区主要森林群落物种多样性研究[D]. 兰州: 兰州大学, 2007.
|
[48] |
郑鹏, 张玥. 野生生境青刺果根际土壤细菌群落结构多样性分析[J]. 安徽农业科学, 2023(22):148-153,157.
|
[49] |
赵娜, 孟平, 张劲松, 等. 华北低丘山地不同退耕年限刺槐人工林土壤质量评价[J]. 应用生态学报, 2014, 25(2):351-358.
|
[1] | 王丽丽, 朱诗君, 卢晓红, 金树权. 木霉菌W1生物有机肥对滨海番茄种植的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(7): 100-106. |
[2] | 李相花, 范彩英, 徐芹, 侯剑, 王慧, 刘艳艳, 王恒, 刘光亚, 韩伟. 不同玉米大豆种植模式对作物产量、经济效益与土壤养分的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(6): 22-28. |
[3] | 王立禹, 杨峰山, 付海燕, 葛志坚, 苑明睿, 刘春光. 植物对土壤微生物介导碳循环的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(5): 63-68. |
[4] | 孙广涛, 包桂荣, 邰继承, 萨如拉, 刘乃嘉, 于淼, 李安宁. 玉米花生间作对作物及土壤特性的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(5): 7-12. |
[5] | 张建, 周岭. 新疆地区棉花秸秆粉碎还田及腐解现状调研[J]. 中国农学通报, 2025, 41(3): 48-58. |
[6] | 张楠, 潘雪, 刘杰, 于洪久, 张博, 杜海伦, 刘沣漫, 郝帅. 白浆土土壤养分及微生物群落结构对增施菌渣的响应[J]. 中国农学通报, 2025, 41(2): 49-55. |
[7] | 房佰涵, 刘晶晶, 郭晓雯, 叶扬, 杨茂琪, 张楠, 郭慧娟, 闵伟. 等碳量秸秆和秸秆炭还田对棉田土壤理化性质及酶活性的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(2): 69-82. |
[8] | 唐旭, 田辉, 张浩冉, 柴国华, 吴秀文. 外源L-天门冬氨酸纳米钙对镉污染土壤理化性质及微生物群落分布的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(2): 98-108. |
[9] | 王申正, 张荣涛, 李琳, 柴春荣. 灌木扩张对三江平原湿地土壤微生物多样性的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(11): 82-89. |
[10] | 孙鹏鹏, 查倩, 殷向静, 简攀煜, 蒋爱丽, 奚晓军. 葡萄园行间土壤覆盖方式对土壤理化性质及树体生长的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(10): 115-121. |
[11] | 郑剑超, 李明, 董飞. 减施化肥增施有机肥和菌肥对番茄产量及土壤微生物和酶活性的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(9): 48-54. |
[12] | 庞英华, 顾万帆, 金鑫, 张舟娜, 金雅慧, 郑洪福. 杭州余杭径山茶园土壤养分状况及肥力质量评价[J]. 中国农学通报, 2024, 40(9): 97-105. |
[13] | 杨汉, 黄志谋, 瞿和平, 柴沙沙, 黎雨薇, 赵清纯, 秦晓银. 优化施肥对鲜食型甘薯产量、养分利用及土壤性质的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(8): 63-67. |
[14] | 展文洁, 周犇, 朱林星, 王敏, 朱长太, 沈其荣, 郭世伟. 木霉生物有机肥对盐渍化土壤肥力及杭白菜产量和品质的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(7): 108-117. |
[15] | 陈睿, 崔泽远, 李志, 耿贵, 於丽华. AM真菌对连作土壤上作物生长影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 1-8. |
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