微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对典型沙生植物叶片性状和生理特性的影响

摘要：微生物诱导碳酸钙沉淀（microorganism induced carbonate precipitation，MICP）能够填充土壤孔隙，减少水分蒸发和增强风沙土的抗风蚀性，其防风固沙效果已得到证实，但其对沙生植物叶片性状和生长生理过程的影响尚不明确，为揭示微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对沙生植物叶性状和光合生理特征的影响，以沙蓬（Agriophyllum squarrosum）、斜茎黄芪（Astragalus laxmannii）、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、蒙古羊柴（Corethrodendron fruticosum）4种沙生植物为研究对象，开展室内盆栽试验，对比分析不同菌剂施用量（高、中、低）和固结层位置（下、中、上）处理下沙生植物的叶性状和生理特性。结果表明，①微生物诱导碳酸钙分布在风沙土颗粒间，且呈立方体形、菱形、球形和不定形等多种晶态，能够胶结风沙土颗粒。②菌剂处理显著提高了4种沙生植物土壤的有机质和碳酸钙含量；施加高水平菌剂时，固结层下处理组沙蓬和斜茎黄芪土壤的有机质和碳酸钙含量显著高于其他处理组；其中斜茎黄芪土壤有机质含量的增幅最大，为90.19%，柠条锦鸡儿土壤碳酸钙含量增幅最大，为41.47%。③高水平菌剂处理组沙蓬的比叶面积显著高于其他处理组，平均提高0.98%；低水平菌剂处理组沙蓬和斜茎黄芪的叶干物质含量显著高于其他处理组，分别平均提高34.11%和24.18%。固结层中处理组沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的比叶面积显著低于其他处理组。④高水平菌剂处理组沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的叶绿素含量显著高于其他处理组，分别平均提高9.01%、12.97%和31.77%；中水平菌剂处理组沙蓬、高水平菌剂处理组斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的最大净光合速率显著高于其他处理组，分别平均提高55.70%、48.39%和13.24%。综上，施加菌剂能够提高土壤有机质和碳酸钙含量，为植物生长提供充足的养分，因此沙蓬、斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的光合生理特性显著高于对照组，但植物叶性状对土壤有机质和碳酸钙含量响应不显著。微生物诱导碳酸钙沉淀固沙对中水平菌剂处理沙蓬、高水平菌剂处理斜茎黄芪和柠条锦鸡儿的叶性状和光合生理特性有促进作用，但是对蒙古羊柴的叶性状和光合生理特性有抑制作用。以上研究结果为丰富完善微生物诱导碳酸钙沉淀固沙技术提供理论依据和科学支撑。

关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀；沙生植物；叶片性状；生理特性

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0420

中图分类号：S156.5 文献标志码：A 文章编号：10080864（2024）06017013

风沙土是一种非地带性、半隐域性的新成土，不仅广泛分布于干旱、半干旱和湿润等各个生物气候带，在古生代、中生代和新生代等岩层中也均有记录[1]。风沙土质地粗糙，结构松散，抗蚀性差，是导致全球陆地生态系统土壤风蚀以及沙尘暴频繁发生的重要原因之一[23]。因此，如何高效、环保地改良风沙土，提高风沙土抗蚀性仍然是土壤风蚀相关研究的焦点和难点问题[4]。土壤微生物是陆地生态系统中分布广泛、较为活跃的生命形式，具有丰富的物种、遗传和功能多样性，极强的环境敏感性、适应性和抗逆性，被喻为“生物界的暗物质”，在陆地生态系统中发挥着至关重要的生态功能[5]。近年来，土壤微生物在风沙土改良领域的重要作用日益得到重视，成为风沙土改良的新途径[1，67]。

微生物诱导碳酸钙沉淀（microbially inducedcarbonate precipitation，MICP）广泛发生于陆地生态系统，是由微生物生理代谢形成碳酸钙沉淀的一种微生物矿化作用[8]。研究证实，土壤微生物可以通过生理代谢生成CO23 -或者直接利用气态或溶解的CO2将游离态Ca2+转化为碳酸钙沉淀[9]。微生物诱导碳酸钙沉淀产生的碳酸钙晶体具有较强的胶结功能，能够填充土壤颗粒空隙，胶结松散砂粒，提高土体强度，降低土体渗透性，并被成功应用于建筑和岩土工程等领域[1011]。显而易见，微生物诱导碳酸钙沉淀对于增强风沙土抗蚀性也具有重要意义。研究发现，微生物诱导碳酸钙沉淀固沙技术可以有效胶结风沙土颗粒，增强风沙土抗蚀性，并显著降低土壤风蚀过程中的输沙量，对于控制土壤风蚀具有重要意义[12-14]。