固氮蓝藻在松嫩平原盐碱土生态修复中作用的研究

论文摘要

由于不合理的农田灌溉、过度使用化肥及植被破坏,土地盐碱化越来越严重,盐碱地的改良和修复工作也一直深受重视。本论文从生态工程学和盐碱地生态修复的角度出发,选择松嫩平原典型的盐碱化草地作为研究对象,考察了盐碱化草地土壤的理化特征及土壤微生物的分布规律;对盐碱土中土著蓝藻的形态、种属、生态分布规律以及酶活性进行了研究;考察了固氮蓝藻Nostoc commune和Anabaena azotica Ley在不同浓度Na2CO3培养液环境下的适应能力;研究了含水率、接种量以及土壤深度在Nostoc commune和Anabaena azotica Ley对盐碱土改性作用中的的影响。在此基础上,考察了Anabaena azotica Ley对羊草的促生效果,探讨了作用机理,并初步研究了Anabaena azotica Ley对3种类型盐碱土土质的改善效果。按照土壤生态学研究方法,在黑龙江省安达市典型盐碱化草地中,分别从重度、中度和轻度盐碱土壤中选择3块100×100m2大方作为研究对象,采用梅花布点法采样,分析了土壤样品的Na+、K+、Ca2+、Mg2+等无机离子含量,SO42-、Cl-、NO3-等阴离子浓度以及EC、pH等。2006年按季节分12个月,采集土壤样品,采用MPN法分析了土壤中细菌、放线菌、真菌、藻类含量。研究结果表明:3种类型土壤的理化特征和微生物构成各有其特点,轻度盐碱土为非碱性钠质土,中度和重度盐碱土属于碱性钠质土,重度盐碱化区土壤氮含量严重缺乏;微生物数量呈现明显的季节变化,随着土壤盐碱化程度的增加,细菌、真菌、放线菌数量逐渐降低,而重度盐碱土中放线菌处于优势地位,微生物数量差异达到显著或极显著的水平。利用BG110培养基从黑龙江省安达市典型盐碱化草地中分离筛选出了20株具有一定耐盐能力的固氮蓝藻,它们分别属于10个属,轻度盐碱土和重度盐碱土上各有3种蓝藻,而中度盐碱土上有4种蓝藻。其中Nostoc和Anabaena丰度最高,且可耐受15%的NaCl。采用BG110培养基进行纯培养,分别测定了Nostoc commune和Anabaena azotica Ley在不同生长阶段的叶绿素a含量、胞外多糖含量、氨基酸含量和固氮酶活性。结果表明:两种固氮蓝藻都能在Na2CO3盐胁迫条件下生长,且随着Na2CO3盐胁迫性增加,两种蓝藻的叶绿素a含量、胞外多糖含量、氨基酸含量和固氮酶活性都呈现先增加后减少的趋势;而随着培养天数的增加,两种藻类叶绿素a的变化曲线与微生物的生长曲线很相似,胞外多糖和氨基酸的增长和叶绿素a的增长是同步的,其中Anabaena azotica Ley的固氮酶活性在培养到21天时达到最大值,Nostoc commune的固氮酶活性在培养到28天时达到最大值;比较而言Anabaena azotica Ley的耐盐性好于Nostoc commune的耐盐性,固氮能力也高于Nostoc commune。考察了含水率对固氮蓝藻Anabaena azotica Ley和Nostoc commune改性盐碱土的作用效果。结果表明:含水率在30%,蓝藻已经可以形成藻结皮,而含水率在50%,蓝藻生长得更好。盆栽试验考察了接种量对固氮蓝藻Anabaena azotica Ley和Nostoc commune改性盐碱土的作用效果。结果表明:接种量为0.03mg干藻/cm2时,更适合固氮蓝藻Anabaena azotica Ley在轻度盐碱土上生长,而接种量为0.18 mg干藻/cm2时,更适合固氮蓝藻Nostoc commune在中度盐碱土上着生;分别测定2种固氮蓝藻在盆栽试验不同培养阶段（每10天为一个阶段）的阴阳离子、pH值、电导率、水溶性总盐、交换性钠、TOC、BAB和固氮酶活性的变化。结果表明:固氮蓝藻提高了土壤有机质530.01%,降低土壤pH 8.0以下,提高了土壤氮含量269.12%,降低了土壤交换性Na+ 86.28%。但当土壤深度达到9cm时,蓝藻对盐碱土的改性效果减弱。以盐碱土典型植物—羊草作为考查对象,在实验室盆栽条件下分析了菌种的促生效果。接种一定时间后,测定羊草植株高度,发现接种Anabaena azotica Ley后,植株高度比对照增加30%左右,而且这种促进作用具有持续性。分析了接种菌种后羊草根际土壤固氮酶活的变化,接种固氮蓝藻能促进根际菌构成发生变化,进而影响植物的生长。结果表明:Anabaena azotica Ley不仅能适应盐碱土环境,而且能提高盐碱土的氮含量,改变根际微生物构成,促进植物生长。现场实验表明,Anabaena azotica Ley在三种类型盐碱土上对温度、光照和碱度都有很好的生态适应性,而且可以积累土壤的有机质、转化无机盐、降低土壤的pH,使土壤氮含量提高106.99%。本论文研究表明,固氮蓝藻可以改善土质,促进植物生长,这对于生态修复盐碱化土壤具有一定的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 盐碱地的基本概况
• 1.2.1 盐碱地的成因及危害
• 1.2.2 盐碱地的类型及盐碱化程度变化
• 1.2.3 土壤盐碱化与植被退化
• 1.3 国内外盐碱化土地生态修复的研究现状及分析
• 1.3.1 物理修复方法
• 1.3.2 化学修复方法
• 1.3.3 生物修复方法
• 1.4 固氮蓝藻在盐碱化土地生态修复中的应用研究进展
• 1.4.1 固氮蓝藻的细胞结构和功能
• 1.4.2 固氮蓝藻在盐碱土生态修复中的研究进展
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验仪器设备、菌种和实验试剂
• 2.1.1 主要实验仪器设备
• 2.1.2 菌种
• 2.1.3 主要实验试剂
• 2.2 实验方法与分析项目
• 2.2.1 土样采集方法
• 2.2.2 土壤浸提液制备方法
• 2.2.3 土壤理化特性测定方法
• 2.2.4 MPN 法测定盐碱土中的微生物数量
• 2.2.5 蓝藻生长量的测定
• 2.2.6 蓝藻胞外多糖的测定
• 2.2.7 蓝藻固氮酶活性的测定
• 2.2.8 土壤BAB 的测定
• 2.2.9 蓝藻形态观察
• 第3章 松嫩平原盐碱土理化特性及微生物时空变化规律
• 3.1 盐碱地生态系统
• 3.1.1 盐碱地生态研究的重要性
• 3.1.2 盐碱地生态体系的构成
• 3.2 研究区域确定及生态初步考察
• 3.3 松嫩平原土壤理化特性分析
• 3.3.1 土壤盐渍化分级的研究
• 3.3.2 土壤碳含量特征分析
• 3.4 土壤微生物数量的季节动态
• 3.5 土壤微生物数量的差异比较
• 3.6 蓝藻数量季节变化比较
• 3.7 蓝藻种群的分离鉴定
• 3.7.1 重度盐碱土区的蓝藻群落
• 3.7.2 中度盐碱土区的蓝藻群落
• 3.7.3 轻度盐碱土区的蓝藻群落
• 3.7.4 蓝藻群落结构分析
• 3.8 NaCl 浓度对蓝藻生长的影响和蓝藻的酶活性
• 3.9 本章小结
• 第4章 Nostoc commune 和Anabaena azotica Ley 生理生化特性研究
• 4.1 固氮蓝藻形态观察
• 4.2 固氮蓝藻生理生化特性分析
• 4.2.1 不同盐浓度对固氮蓝藻生长规律的影响
• 4.2.2 不同盐浓度对固氮蓝藻胞外多糖的影响
• 4.2.3 不同盐浓度对固氮蓝藻氨基酸的影响
• 4.2.4 不同盐浓度对固氮蓝藻固氮酶活性的影响
• 4.3 Nostoc commune 和Anabaena azotica Ley 耐盐碱机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 Anabaena azotica Ley 和Nostoc commune 对盐碱土的改性作用
• 5.1 实验方案
• 5.1.1 培养皿实验
• 5.1.2 盆栽试验
• 5.1.3 接种菌液制备
• 5.2 含水率对轻度盐碱土改性作用的影响
• 5.3 接种量对轻度盐碱土和中度盐碱土改性作用的影响
• 5.3.1 盆栽实验环境
• 5.3.2 轻度盐碱土上的盆栽实验
• 5.3.3 中度盐碱土上的盆栽实验
• 5.4 机理分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 Anabaena azotica Ley 对羊草生长的影响研究
• 6.1 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对盐碱土的适应性
• 6.1.1 实验方案
• 6.1.2 土壤微生物构成比较
• 6.1.3 土壤固氮酶活比较
• 6.2 耐盐碱固氮蓝藻的应用研究
• 6.2.1 实验方案
• 6.2.2 盆栽实验环境
• 6.2.3 接种效果比较与分析
• 6.3 接种菌种促进羊草生长的机理探讨
• 6.3.1 菌种的固氮作用
• 6.3.2 羊草根际微生物构成的改变
• 6.3.3 菌种对土壤碱度和电导率的调解作用
• 6.4 菌种的吸附作用对电导率的影响
• 6.5 本章小结
• 第7章 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对碱化草原生态修复研究
• 7.1 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对盐碱土生态适应性
• 7.1.1 生态适应性理论基础
• 7.1.2 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对温度的生态适应性
• 7.1.3 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对光照的生态适应性
• 7.1.4 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对碱度的生态适应性
• 7.2 固氮蓝藻Anabaena azotica Ley 对盐碱土修复效果评价
• 7.2.1 固氮蓝藻对轻度盐碱土改性作用的影响
• 7.2.2 固氮蓝藻对中度盐碱土改性作用的影响
• 7.2.3 固氮蓝藻对重度盐碱土改性作用的影响
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历