微生物与保水剂添加对客土喷播植物根土力学特性的影响.pdf

摘要 我国经济的高速发展使社会对能源及矿产资源的需求大大增加，岩石矿产资 源的过度开发导致大量矿区被废弃。同时，在开采的过程中，矿区生态平衡遭到 严重破坏，造成了水土流失，植被衰退，岩石裸露，生产力下降等恶劣的生态环 境。客土喷播技术已经被广泛应用到破坏山体生态修复中来，但是人工喷播的基 质土壤非常的薄，同时外界环境的变化也容易使其松散脱落。因此，解决这些问 题的一个关键可能是如何通过加固岩石表面的土壤，来促进废弃矿区的生态恢复 和长期维护。大量的研究表明，根系的固土能力非常明显，所以增强根系的固土 能力尤为重要，土壤水分也可以显著影响固土能力。以前的研究表明，从碳酸岩 中筛选出来的微生物菌株可以促进植物的生长，保水剂对土壤水分也有很大的影 响。因此，了解微生物与保水剂的添加对土壤与植物的影响机制尤为重要。 鉴于此，本研究以喷播工程中常用的两种豆科植物（刺槐和胡枝子）为研究 对象，在室内模拟喷播实验，研究不同的微生物菌剂的配置（CK, NL- 11, NL- 11+NL- 15 和 NL - 1+NL- 11+ NL- 15）和不同保水剂浓度（CK ，3‰ ，5‰ ）对根系 抗拉特性、根-土复合体抗剪特性的影响，并结合土壤酶活性，土壤理化性质，根 系生长指标，根系木质素，纤维素与半纤维素分析，探讨根系力学特性对微生物 菌剂和保水剂的响应机制，以期丰富溶岩微生物菌株对植物根系影响的现有数据， 同时为进一步提高客土喷播技术的有效性和效益提供指导。研究的主要结果如下： （1）在无保水剂添加时，微生物的添加对土壤pH 无显著变化。当添加了保 水剂后，微生物的添加对刺槐与胡枝子根际土 pH 产生了影响。微生物的添加会 增加土壤 TC 、TN 、TS ，其中双微生物处理对土壤养分的影响最大。3‰保水剂 对土壤 TC 、TN 、TS 的影响大于5‰保水剂处理。微生物的添加会增加土壤过氧 化氢酶与蔗糖酶活性。3‰保水剂对土壤酶活性的提升最大。 （2 ）微生物的添加会提升刺槐与胡枝子根系的生长，其中双微生物处理对 刺槐与胡枝子的根长、根表面积，根体积的提升效果最好。对于刺槐来说，在 SJ ， DJ ，NJ 处理下，保水剂含量越高，根长，根表面积，根体积越高。对于胡枝子 来说，3‰浓度的保水剂浓度对根长，根表面积，根体积的提升效果要高于 5‰保 水剂处理。刺槐的生长速度相较于胡枝子要更快一点，但是胡枝子根系的木质素 要高于刺槐根系。微生物的添加也可以增加木质素含量，减少纤维素含量。保水 剂的添加又会降低木质素与半纤维素含量。 （3 ）微生物的添加均会增强刺槐、胡枝子根系的抗拉力与抗拉强度。不同 保水剂浓度处理背景下，微生物的添加对刺槐或胡枝子根系的抗拉特性均有一定 的差异。对刺槐来说，在无保水剂处理背景下，微生物的添加对根系抗拉特性的 影响按降序排列如下：DJ ，WJ ，SJ 和 NJ ；在 3‰与 5‰保水剂处理背景下，微 生物的添加对根系抗拉特性的影响按降序排列如下：DJ ，SJ ，WJ 和 NJ 。对胡枝 子来说，在无保水剂处理背景下，微生物的添加对根系抗拉特性的影响按降序排 列如下：SJ ，WJ ，DJ 和 NJ ；在3‰保水剂处理背景下，微生物的添加对根系抗 拉特性的影响按降序排列如下：DJ ，SJ ，WJ 和 NJ ；在 5‰保水剂处理背景下， 微生物的添加对根系抗拉特性的影响按降序排列如下：SJ ，DJ ，WJ 和 NJ 。保水 剂的添加会降低刺槐根系的抗拉力与抗拉强度，3‰与 5‰保水剂处理所造成的 抗拉特性的差异性并不明显。刺槐与胡枝子根系微生物与保水剂的力学响应不一 致。 （4 ）添加了根系的土壤的抗剪强度明显高于未添加根系的土壤，而垂直荷 载的增加会增加土壤的抗剪强度。对于刺槐而言，5‰保水剂与微生物的组合会 抑制微生物并减弱根系发育的影响。无微生物处理时，3‰保水剂处理的抗剪强 度最低，而 5‰保水剂处理的抗剪强度最高。对于胡枝子而言，无保水剂处理背 景下，单微生物处理的抗剪强度明显低于双微生物与三微生物处理。5‰保水剂 处理下，三微生物处理显著高于其余处理。相较于刺槐根系，微生物与保水剂对 胡枝子根-土复合体的抗剪强度的增幅要更加明显。微生物与保水剂的添加对刺 槐根-土复合体的内聚力有显著影响，对内摩擦角无明显影响。 （5 ）根系的生长主要依赖于土壤养分与土壤酶活性的变