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呼伦湖蓝藻对典型退化草原区不同类型土壤性质的影响马欢欣1,2,5，童仪2,5，焦琰雯3,5，徐梓瑄3,5，王琪4,5，陈星瑶4,5，王文林2,5，韩睿明1*，曹秉帅2,5*，刘宝贵11.南京师范大学环境学院，江苏 南京2100232.生态环境部南京环境科学研究所，江苏 南京2100423.南通大学地理科学学院，江苏 南通2260004.呼伦贝尔市北方寒冷干旱地区内陆湖泊研究院，内蒙古 呼伦贝尔0210005.国家环境保护呼伦湖湿地生态环境科学观测研究站，江苏 南京210042摘要：近年来呼伦湖蓝藻水华频发，当地应对手段多以打捞为主，如何处理打捞上岸的蓝藻藻液成为需要解决的首要问题之一.接种蓝藻被证实对土壤具有一定的修复功能，但所用蓝藻多为人工培养的本土陆生藻，淡水藻对土壤性质的影响尚不明确.该研究基于呼伦湖气候特征、经济发展等实际情况，选择本土典型退化草原区两种类型土壤栗钙土和砂性土，按质量比 0%、1%、3%、5%、10%依次施加蓝藻藻液，观测蓝藻藻液对土壤性质的影响.结果表明：与对照相比，施加蓝藻藻液能够改善呼伦湖栗钙土和砂性土的理化性质，使土壤有机质含量升高 5.50%103.93%、全氮含量升高 10.27%166.46%、有效磷含量升高 12.84%573.16%，土壤 pH 降低 2.34%12.43%，且对砂性土养分含量的提升更显著.施加蓝藻藻液对两种典型土壤的水分蒸发均有较好的抑制作用，可提高土壤吸水能力和保水性，同一施藻量情况下，蓝藻对两种不同土壤蒸发的抑制作用相近，蒸发量较对照降低 17.10%59.44%.施用 10%蓝藻藻液对两种典型土壤性质的改善效果最好，能够显著提高土壤尤其是砂性土的养分含量，增强吸水能力和保水性，虽然土壤全盐量有所升高，但总量偏低.综合而言，在呼伦湖退化草地和沙地施用蓝藻藻液是一种提高土壤质量的新选择，对于本地蓝藻资源化利用模式探索具有重要意义.关键词：呼伦湖；蓝藻资源化利用；土壤性质；水分蒸发中图分类号：X53文章编号：1001-6929（2023）08-1586-10文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.06.05Effects of Cyanobacteria from Hulun Lake on Properties of Different Types ofSoils in Typical Degraded Grassland AreaMA Huanxin1,2,5，TONG Yi2,5，JIAO Yanwen3,5，XU Zixuan3,5，WANG Qi4,5，CHEN Xingyao4,5，WANG Wenlin2,5，HAN Ruiming1*，CAO Bingshuai2,5*，LIU Baogui11.School of Environment,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China2.Nanjing Institute of Environmental Sciences,Ministry of Ecology and Environment,Nanjing 210042,China3.School of Geographical Science,Nantong University,Nantong 226000,China4.Administration Burean of Inner Mongolia Hulun Lake National Nature Reserve,Hulunbuir 021000,China5.State Environmental Protection Scientific Observation and Research Station for Ecological Environment of Hulun Lake Wetland,Nanjing 210042,China 收稿日期：2023-03-27修订日期：2023-05-17作者简介：马欢欣（2000-），女，江西南昌人，.*责任作者：韩睿明(1980-)，男，陕西陇县人，教授，博士，主要从事污染生态学、元素生物地球化学、水体污染生态修复研究，；曹秉帅(1988-)，男，新疆克拉玛依人，高级工程师，博士，主要从事区域生态安全评估与预警、区域生态保护与修复研究，基金项目：内蒙古科技兴蒙合作指导项目(No.2021CG0037)；呼伦湖保护区科学技术研究能力加强关键技术研究项目委托课题 1 期(No.HSZCS-C-F-210094)；呼伦湖蓝藻水华监测预警与应急处置试点项目(No.HSZCS-G-F-210110)Supported by Cooperation and Guidance Project of Prospering Inner Mongolia through Science and Technology,China(No.2021CG0037);First Phase ofthe Project of Strengthening the Scientific and Technological Research Capacity of Hulun Lake Natrue Reserve,China(No.HSZCS-C-F-210094);HulunLake Cyanobacterial Bloom Monitoring,Early Warning and Emergency Response Pilot Project(Services),China(No.HSZCS-G-F-210110)第 36 卷第 8 期环境科学研究Vol.36，No.82023 年 8 月Research of Environmental SciencesAug.，2023Abstract：In recent years,cyanobacterial blooms have occurred frequently in Hulun Lake,and the local response method is mainly toremove cyanobacteria from the lake.How to handle the collected cyanobacteria from the lake has become one of the primary problems tobe solved.Cyanobacteria inoculation has been proven to have a certain restorative function on soil,but the cyanobacteria used are mostlycultured native terrestrial algae,and the effect of freshwater algae on soil properties is still unclear.Based on the climatic characteristicsand economic development of Hulun Lake,two types of soil,chestnut soil and sandy soil,were selected in a typical local degradedgrassland area,and the cyanobacteria weight ratios were set at 0%,1%,3%,5%and 10%to observe the effect of cyanobacteria on soilproperties.The results showed that:(1)Compared with the control treatment,cyanobacteria could improve the physical and chemicalproperties of chestnut soil and sandy soil in Hulun Lake.The organic matter content increased by 5.50%-103.93%,the nitrogen contentincreased by 10.27%-166.46%,the content of available phosphorus increased by 12.84%-573.16%,the pH decreased by 2.34%-12.43%,and the nutrient content of sandy soil increased more significantly.(2)The application of cyanobacteria stock solution had a good effect onthe water evaporation of the two typical soils,which could improve soil water absorption and water retention.Under the same amount ofalgal application,the inhibitory effect of cyanobacteria on the evaporation of the two soils was similar,and the evaporation was reduced by17.10%-59.44%compared with the control.(3)The application of 10%cyanobacteria stock solution had the best effect on theimprovement of the two typical soil properties,which could significantly increase the soil nutrient content and enhance the waterabsorption capacity and water retention capacity,especially sandy soil.Although the soil total salt content increased,the total amount waslow.In conclusion,the application of cyanobacteria stock solution in degraded grassland and sandy land in Hulun Lake is a new treatmentmethod to improve soil quality,and this is of great significance for exploring the beneficial utilization of local cyanobacteria.Keywords：Hulun Lake；algae utilization；soil properties；water evaporation 自 20 世纪 80 年代以来，在富营养化和全球变暖的推动下，全球蓝藻水华在发生频率、强度和持续时间上都有迅速增加的趋势1，带来臭气释放2、水体溶解氧降低3、危害水生生物生长发育4等不良影响.呼伦湖作为我国北方生态安全屏障，对于维系区域生态系统稳定具有重要作用.然而，近年来呼伦湖蓝藻水华频发5，为不破坏水生态系统平衡，当地采取的应急手段多以机械打捞为主，而对打捞上岸的蓝藻藻液如何进行资源化利用成为一个难题.目前国内外蓝藻资源化技术中较为成熟的有好氧堆肥和厌氧发酵，已在我国南方湖泊(如太湖6-7、巢湖8-9、滇池10)的蓝藻资源化利用中得到应用.还有一些研究集中于提取生物活性物质11-12、制备生物燃料13等具有高附加值利用的方向.但是，这些技术在实际应用中存在堆肥周期长、需持续维持高温环境(如好氧堆肥14)，对生产条件及装置要求较高(如厌氧发酵12,15)，能耗较高(如生物燃料制备13,16)，以及技术复杂(如生物活性物质提取17)等诸多限制条件.考虑到呼伦湖地处我国北疆偏远地区，经济发展与南方地区存在较大差距，建设成本和运营成本较高的资源化利用技术无法长久维持；此外，由于其位于中高纬度温带半干旱区，夏季温凉短促、降水较多18，缺少自然升温的堆肥发酵环境.因此，上述技术难以在呼伦湖地区推广应用，亟需探索一条本土适用的蓝藻资源化利用新途径.接种蓝藻被证实对土壤具有一定的修复功能19-21，这为呼伦湖蓝藻资源利用提供了新思路.蓝藻体内富集大量的氮磷及有机物22，经微生物分解后可释放大量碳、氮、磷等营养物质23-25，能够调节和改善土壤养分状况26，进而提升作物产量，已在小白菜27、黄瓜28等农作物种植中得到应用.此外，有研究表明施加蓝藻有利于土壤水分保持29-30.蓝藻分泌物(如胞外多糖)具有黏性和吸水性，能够提高土壤稳定性31-32.Sadeghi 等33研究发现，接种蓝藻后，土壤裂缝指标、粗糙度和团聚体稳定性分别提高了 5.1%27%、14%20%和 13%22%，能够有效抑制径流和土壤流失，特别是退化旱地.呼伦湖以东分布着大量沙地和退化草地34-35，且随着气候暖干化加剧，存在进一步退化的潜在风险.将蓝藻用于沙地治理、退化草地修复可能是呼伦湖蓝藻资源化的主要应用方向之一.呼伦湖的蓝藻主要为卷曲鱼腥藻等淡水藻，而目前用于沙地土壤改良的蓝藻多为人工培养的陆生荒漠藻，鲜有针对淡水藻对土壤性质的影响研究.该研究基于呼伦湖气候、生态环境、社会经济发展等实际情况，就近选取退化草地和沙地中的两种典型土壤，探究呼伦湖蓝藻藻液对两种不同类型土壤性质的影响，以期为蓝藻藻液在呼伦湖沙地治理和退化草地修复领域的应用提供依据和关键技术参数.1 材料与方法 1.1 试验材料供试土样为呼伦湖周边两种典型代表性土壤栗钙土和砂性土，分别采自乌尔逊管护站退化草场第 8 期马欢欣等：呼伦湖蓝藻对典型退化草原区不同类型土壤性质的影响1587(48.518 484N、117.699 313E)和 乌 都 鲁 管 护 站(48.740 355N、117.338 771E)的 020 cm 土层，其理化性质见表 1.蓝藻藻液于 2022 年 7 月取自内蒙古呼伦湖西岸拴马桩处(48.932 236N、117.128 447E)，蓝藻藻液 pH 为 9.00，全盐量为 854 mg/L，总有机碳浓度为 23.40 mg/L，总氮浓度为 2.76 mg/L，总磷浓度为 0.76 mg/L，浮游植物生物量为 33.28 mg/L，其中蓝藻门占比约为 98.8%.表 1 供试土壤理化性质Table 1 Physical and chemical properties of test soils土壤类型pH容重/(g/cm3)全盐量/(g/kg)有机质含量/(g/kg)全氮含量/(g/kg)有效磷含量/(mg/kg)栗钙土7.061.480.7915.500.759.30砂性土7.711.670.777.340.286.52 1.2 试验方法土样取回后过 2 mm 筛，将蓝藻藻液以土壤质量的 1%、3%、5%和 10%分别与土壤进行均匀混合，分别记作 LZ-1、LZ-3、LZ-5 和 LZ-10，没有添加蓝藻藻液的土壤作为对照处理，记作 CK，每个处理设置3 个平行，共 30 个处理.2022 年 7 月 16 日，将各处理均匀混合的土壤装入规格为 29.5 cm23.5 cm26.5cm 的花盆，每盆 6 kg 土壤，试验于温度控制在 25 的室内实验室进行，每天通风 2 h.每 24 h 根据盆栽前后质量差补充水分，保持土壤含水量为 60%.2022年 11 月 3 日，取各处理土壤，用于土壤容重、pH、全盐量、有机质、全氮、有效磷含量的测定.2022 年 7 月 23 日，在内径 10 cm、高度 15 cm、底部用保鲜膜密封的圆柱形微型蒸发器中开展蒸发实验，探究不同处理的土壤水分蒸发情况.土样均匀填入蒸发器后，加水使土壤处于水饱和状态，静置 24 h使水土均衡，此后开始对各蒸发器进行称量.每日08:00 用天平称量，次日重复该过程，直至 25 d 后蒸发器质量趋于稳定时结束.1.3 测定指标和方法土壤容重使用环刀法(NY/T 1121.42006土壤检测 第 4 部分：土壤容重的测定)测定.pH 采用电位法36测定.全盐量采用烘干残渣重量法37测定：吸取土水质量比为 15 的土壤浸出液 30 mL 至已知烘干质量的瓷蒸发皿中，在水浴上蒸干.待液体快蒸干时，用滴管从周围向蒸发皿中滴加少量 15%H2O2，使残渣湿润，加热蒸干，如此反复少量加 H2O2直至干残渣全变成白色，蒸干后将残渣和蒸发皿放在 105110 烘箱中烘干 12 h，取出冷却，用分析天平称量，记录质量.将蒸发皿和残渣再次烘干 0.5 h 后冷却称量，如此反复直至两次质量之差小于 1 mg；有机质含量由有机碳换算而来，换算方法见式(1)37，有机碳和全氮含量使用元素分析仪(EA300，Euro Vector，意大利)测定，土壤前处理方法参照文献 38；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法39测定.另外，土壤日蒸发量、累积蒸发量计算公式40如下：OM=OC1.724（1）式中：OM 为有机质含量，g/kg；OC 为有机碳含量，g/kg；1.724 为由有机碳换算成有机质的系数.EDi=Mi10/(wA)（2）ECi=ni=1EDi（3）式中：EDi为第 i 天土壤日蒸发量，mm；Mi为第 i 天蒸发器质量变化，g；w为水的密度，1 g/cm3；A 为土壤表面积，cm2；ECi为第 i 天土壤累积蒸发量，mm.1.4 数据处理使用 Microsoft Excel 2021 软件对数据进行录入和初步整理，使用 SPSS 25.0 软件中的单因素方差分析(one-way ANOVA)和最小显著差法(LSD)对数据进行差异显著性分析，使用 SigmaPlot 14.0 软件绘图.2 结果与分析 2.1 土壤基本理化因子 2.1.1 土壤容重不同藻液量处理的两种土壤容重如图 1 所示，总体看来，施加蓝藻藻液对土壤容重的影响不大.栗钙土中，各处理土壤容重范围为 1.301.35 g/cm3，组间差值不超过 0.05 g/cm3，具体表现为 LZ-10CKLZ-1LZ-5LZ-3.其中，CK 处理土壤容重为1.32 g/cm3，LZ-1、1.81.71.6容重/(g/cm3)1.51.41.31.2ababbbaaaaaaCKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10栗钙土砂性土土壤类型注：柱上无相同字母表示处理间差异显著(PLZ-10CKLZ-3LZ-1.其中，CK 处理土壤容重为1.59 g/cm3，LZ-1、LZ-3 处理土壤容重较 CK 处理分别降低了 1.19%、0.75%，而 LZ-5、LZ-10 处理土壤容重较 CK 处理分别升高了 1.04%、1.01%.2.1.2 土壤 pH不同藻液量对两种土壤 pH 的影响如图 2 所示.由图 2 可见，施加蓝藻藻液后，土壤 pH 总体表现为降低的趋势.栗钙土中，随着施藻量的增加，土壤 pH呈现明显的下降趋势，且后期下降趋势逐渐变缓.与CK 处理(7.56)相比，LZ-3、LZ-5、LZ-10 处理的 pH分别降低了 7.54%、11.24%、12.43%，均达到显著水平(P0.05)；LZ-1 处理的pH 降低了2.34%，变化不显著.8.58.0pH7.57.06.56.0aabccaaabbCKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10栗钙土砂性土土壤类型图 2 不同藻液量对土壤 pH 的影响Fig.2 Effect of different amounts of algal on pHof the soils 砂性土中，除个别处理外，pH 随施藻量的增加总体呈下降趋势，且较栗钙土 pH 的变化趋势更为平缓.与 CK 处理(8.39)相比，LZ-3、LZ-10 处理的 pH 分别降低了 6.32%、8.51%，达到显著水平(P0.05)；LZ-1、LZ-5 处理的 pH 变化不显著，较 CK 处理分别降低了2.62%、2.66%.2.1.3 土壤全盐量施加蓝藻藻液后各处理土壤全盐量的情况如图 3 所示.由图 3 可见，两种土壤的全盐量都随着施藻量的增加而增加，其中栗钙土的增幅较大，砂性土的增幅较小.栗钙土中，与 CK 处理(1.47 g/kg)相比，LZ-5、LZ-10 处理的土壤全盐量分别显著(P0.05)升高了 40.52%、57.51%；LZ-1、LZ-3 的土壤全盐量变化不显著，分别升高了 5.91%、14.41%；各处理土壤全盐量表现为 CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10.3.02.52.0全盐量/(g/kg)1.51.0ccbcabacbcaabaCKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10栗钙土砂性土土壤类型图 3 不同藻液量对土壤全盐量的影响Fig.3 Effect of different amounts of algal on total saltcontent of the soils 砂性土中，与 CK 处理(1.21 g/kg)相比，LZ-3、LZ-5、LZ-10 处理的全盐量分别显著(P0.05)升高了 18.33%、20.73%、21.23%；LZ-1 处理全盐量变化不显著，较 CK 处理升高了 2.74%；各处理土壤全盐量表现为 CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10.2.2 土壤养分特征 2.2.1 土壤有机质施加蓝藻藻液后各处理土壤的有机质含量变化情况如图 4 所示.栗钙土中，CK 处理的有机质含量为 18.70 g/kg，LZ-5、LZ-10 处理的有机质含量分别为 21.87、22.39 g/kg，较 CK 处理分别显著(P0.05)提高了 16.95%、19.73%；LZ-1、LZ-3 处理的有机质含量分别为 19.73、20.40 g/kg，较 CK 处理分别提高了5.50%、9.05%；各处理土壤有机质含量表现为 CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10.可以看出，栗钙土的有机质含量随施藻量的增加而增加，且施藻量在 5%以上时，有机质含量的增幅随施藻量的增加而减小.对于砂性土，CK 处理的有机质含量为 5.24 g/kg，LZ-1、LZ-3、LZ-5、LZ-10 处理的土壤有机质含量分别为 6.36、7.91、9.00、10.48 g/kg，较 CK 处理分别显著(P0.05)提高了21.52%、50.94%、71.92%、103.93%.砂性土的有机质含量同样随施藻量的增加而增加，施藻量在 3%以上时，有机质含量的增幅随施藻量的增加而变小.整体而言，施加蓝藻藻液后砂性土有机质含量的升高趋势较栗钙土更为显著.2.2.2 土壤全氮土壤全氮随施藻量的变化如图 5 所示.栗钙土中，CK 处理的全氮含量为 0.84 g/kg，LZ-3、LZ-5、LZ-10处理的全氮含量分别为 0.97、1.02、1.07 g/kg，较 CK第 8 期马欢欣等：呼伦湖蓝藻对典型退化草原区不同类型土壤性质的影响1589处 理 分 别 显著(P0.05)提 高 了 16.23%、21.70%、28.35%；LZ-1 处理的全氮含量为 0.92 g/kg，较 CK 处理提高了 10.27%；各处理土壤全氮含量表现为 CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10.1.21.00.8全氮含量/(g/kg)0.60.40.20aabbcbccaabbcCKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10栗钙土砂性土土壤类型图 5 不同藻液量对土壤全氮含量的影响Fig.5 Effect of different amounts of algal on totalnitrogen content of the soils 砂性土中，CK 处理的全氮含量为 0.17 g/kg，LZ-3、LZ-5、LZ-10 处理的全氮含量分别为 0.32、0.34、0.45g/kg，较 CK 处理分别显著(P0.05)提高了 90.31%、103.18%、166.46%；LZ-1 处理的全氮含量为 0.19 g/kg，较 CK 处理增加了 10.88%；各处理土壤全氮含量表现为 CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10.可见，施加蓝藻藻液会使土壤全氮含量升高，且对砂性土全氮含量升高的效果更为显著.2.2.3 土壤有效磷施加蓝藻藻液后各处理土壤有效磷含量的变化情况如图 6 所示.对于栗钙土，CK 处理的土壤有效磷含量为 15.41 mg/kg，LZ-5、LZ-10 的有效磷含量分别为23.89、31.64 mg/kg，较CK 处理分别显著(P0.05)提高了 55.01%、105.29%；LZ-1、LZ-3 有效磷含量分别为 17.39、20.18 mg/kg，较 CK 处理分别提高了 12.84%、30.95%；各处理土壤有效磷含量表现为CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10.5040有效磷含量/(mg/kg)3020100ccbcbaccbbaCKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10栗钙土砂性土土壤类型图 6 不同藻液量对土壤有效磷含量的影响Fig.6 Effect of different amounts of algal on availablephosphorus content of the soils 对于砂性土，CK 处理的土壤有效磷含量为 5.01mg/kg，LZ-3、LZ-5 和 LZ-10 处理的土壤有效磷含量分别为 13.48、16.50、33.74 mg/kg，显著(P0.05)高于 CK 处理，分别提高了 168.93%、229.23%、573.16%；LZ-1 处理的有效磷含量为 7.88 mg/kg，较 CK 处理升高了57.31%；各处理土壤有效磷含量表现为CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-1LZ-3LZ-5LZ-10，其中 CK 处理的日蒸发量最大，第 18 天起 LZ-1 处理日252015有机质含量/(g/kg)1050aaabbccabdceCKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10栗钙土砂性土土壤类型图 4 不同藻液量对土壤有机质含量的影响Fig.4 Effect of different amounts of algal on organicmatter of the soils1590环境科学研究第 36 卷蒸发量最大，第 20 天起 LZ-3 处理日蒸发量最大，第22 天起 LZ-5 处理日蒸发量最大.砂性土各处理也表现出相似的规律，但整体蒸发进程快于栗钙土各组.第 111 天，各处理日蒸发量以 CK 处理为最大，表现为 CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10，从第 12 天起 LZ-1 代替 CK 成为日蒸发量最高的处理，第 15 天起 LZ-3 处理日蒸发量最大，第 18天起 LZ-5 处理日蒸发量最大，第 23 天起 LZ-10 处理日蒸发量最大.在各处理土壤水分充足期间，分别选取栗钙土和砂性土各处理日蒸发量差异最大的一天，比较各处理日蒸发量差异情况，结果如表 2 所示.可以看出，栗钙土中，蒸发第 15 天时 LZ-1、LZ-3、LZ-5、LZ-10 处理的日蒸发量相较于 CK 处理分别降低了 17.10%、37.97%、52.49%、59.44%；砂性土中，蒸发第 11 天时LZ-1、LZ-3、LZ-5、LZ-10 处理的日蒸发量分别比CK 处理降低了 22.25%、37.84%、48.17%、57.34%.这说明在两种土壤中施加蓝藻藻液均可降低土壤水分蒸发，并且施藻量相同的情况下，蓝藻降低水分蒸发的作用效果相近，施藻量越高，蒸发量越少.表 2 栗钙土(第 15 天)和砂性土(第 11 天)各处理日蒸发量Table 2 Daily evaporation of chestnut soil(day 15)andsandy soil(day 11)处理组日蒸发量/mm栗钙土砂性土CK2.130.03a1.850.22aLZ-11.770.18b1.440.07bLZ-31.320.10c1.150.03cLZ-51.010.06d0.960.09cdLZ-100.870.07d0.790.10d 2.3.2 土壤水分累积蒸发量试验期间各处理土壤水分累积蒸发量随时间的变化如图 8 所示.可以看出，两种土壤的累积蒸发量总体上都呈现出先稳步增加后趋于平缓的趋势.栗钙土各处理自第 17 天起，各处理土壤累积蒸发量陆续趋于稳定.此外，随着施藻量的增加，土壤中水分的累积蒸发量逐渐降低，土壤水分蒸发逐渐减少.第 25 天时，各处理的累积蒸发量表现为CKLZ-1LZ-3LZ-52.42.01.61.20.80.400510152025日蒸发量/mm栗钙土CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-100510t/dt/d152025砂性土CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10图 7 不同藻液量对栗钙土和砂性土日蒸发量的影响Fig.7 Effect of different amounts of algal on daily evaporation of chestnut soil and sandy soil35302520151050累积蒸发量/mm栗钙土CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-100510152025t/d0510152025t/d砂性土CKLZ-1LZ-3LZ-5LZ-10图 8 不同藻液量对栗钙土和砂性土累积蒸发量的影响Fig.8 Effect of different amounts of algal on cumulative evaporation of chestnut soil and sandy soil第 8 期马欢欣等：呼伦湖蓝藻对典型退化草原区不同类型土壤性质的影响1591LZ-10.砂性土中，各处理自第 11 天起土壤累积蒸发量趋于稳定，砂性土累积蒸发量趋于稳定的拐点明显早于栗钙土.与栗钙土不同的是，25 d 内，砂性土中 CK处理的累积蒸发量低于 LZ-1 和 LZ-3 处理，各处理的累积蒸发量表现为 LZ-1LZ-3CKLZ-5LZ-10.3 讨论 3.1 施加蓝藻藻液对土壤基本理化因子的影响该研究结果表明，随施藻量增加，两种典型土壤pH 下降，全盐量升高，且栗钙土变化更明显.蓝藻降解会释放大量酸性物质(如碳酸和有机酸)，从而降低环境 pH41.此外蓝藻自身具有调节土壤 pH 的能力42，这可能与蓝藻释放的多糖、肽、脂类等胞外化合物有关43.施加蓝藻会使土壤全盐量升高，这与已有研究中发现的蓝藻可用于盐渍土修复44的结论相悖，可能是因为，蓝藻是通过产生胞外多糖(EPS)改善土壤结构并在土壤中产生更多的通道，使土壤表层中的盐通过这些通道移动到更深的层44，并非直接去除土壤中的盐.而试验测定土壤全盐量所用的土是已将盆栽中的土壤混匀后的土，由于所用藻液自身全盐量较高，故施藻量高的处理土壤全盐量高.3.2 施加蓝藻藻液对土壤养分特征的影响与 CK 处理相比，随施藻量增加，栗钙土和砂性土有机质、全氮、有效磷含量均有所提升，且砂性土提升更为显著，其中有效磷含量的提升最为显著，而全氮含量虽有所增加但总量偏低，这与已有研究结果26-28一致.蓝藻释放的胞外聚合物可增加土壤碳库45，其所含的胞外多糖有利于固定空气中的 CO246，提供土壤益生菌生长所需的有机碳源，提高土壤有机质含量.蓝藻细胞中含有大量可降解物质，分解过程中释放大量营养盐(如硝酸盐、正磷酸盐、总溶解态碳等)47，且蓝藻具有解磷作用，可增加无机磷酸盐(PO43+)的溶解41，这使得土壤中碳氮磷含量增加.土壤养分转化是一个复杂的过程，与土壤中微生物的活动密切相关48.各处理全氮含量均较低，可能是由于退化土壤中固氮微生物的活性较低，土壤固氮基因丰度低49，加之随着施藻量增加，土壤盐分也相应增加，在一定程度上限制了土壤中微生物的数量和活性等，从而阻碍蓝藻中养分的释放50，导致栗钙土、砂性土的氮素含量都偏低，而砂性土退化程度更为严重，固氮微生物活性更低，因此土壤中氮素含量更低.3.3 施加蓝藻藻液对土壤水分蒸发的影响土壤蒸发是土壤与近地表进行水热交换的重要组成部分，是提高水分利用效率的关键环节51.土壤水分蒸发随施藻量的增加呈降低趋势，土壤保水性和吸水能力均有所提高.究其原因：蓝藻细胞分泌的EPS 具有黏滞性和吸湿性，可作为蓝藻和土壤颗粒之间的黏合基质，在土壤表面形成结皮覆盖层，加大土壤的抗侵蚀性52，并从周围环境中吸引和吸收水分53，从而减少土壤水分蒸发，提高土壤保水性.可能与土壤盐分有关，实验前期(栗钙土蒸发时间17 d，砂性土蒸发时间11 d)土壤含水量较高，土壤蒸发主要受盐分控制，全盐量越高，土壤水分蒸发速率越低43；而实验后期土壤含水量降低、全盐量升高，土壤含水量成为土壤蒸发的主要限制因子，含水量越高，土壤水分蒸发速率越低54.此外，25 d 内，施加 1%和 3%蓝藻藻液的 LZ-1 和 LZ-3 处理比未施加蓝藻的 CK处理的累积蒸发量还高，这与栗钙土表现出的随施藻量增加累积蒸发量减少的趋势不同.这可能是由于砂性土相较于栗钙土，其体积含水率更低，饱和导水率更高30，砂性土中 CK 处理的土壤水饱和时体积含水率最低且水分蒸发速率相对加藻的处理更快，故后期土壤中可供蒸发的水分已趋近于无，因此最后砂性土 CK 处理的累积蒸发量少于 LZ-1 和 LZ-3 处理.蓝藻藻液能改善土壤养分和水分条件，有助于草地植被恢复，但大量施加也会带来更多的盐分，土壤含盐量高则不利于植被生长.有研究表明，羊草生长适宜土壤含盐量为 0.088%1.63%，且生物量随含盐量的升高呈降低趋势55.该研究在室内进行试验，重点探究了蓝藻对不同类型土壤养分含量及土壤蒸发的影响，蓝藻对土壤呼吸、土壤碳组分、土壤微生物、不同牧草不同发育期生长的影响及野外实地应用效果需进一步研究.此外，鉴于该研究未来应用方向以退化草地修复、沙地治理等生态恢复为主，短期内不具备畜牧功能，因此未检测土壤藻毒素含量，蓝藻施加是否会造成藻毒素富集还需进一步探索.4 结论a)施加蓝藻藻液能够改善呼伦湖两种典型土壤栗钙土和砂性土的理化性质，提高土壤有机质、全氮和有效磷含量，降低土壤 pH，且对砂性土养分含量的提升更显著.b)施加蓝藻藻液对两种典型土壤的水分蒸发均有较好的抑制作用，可提高土壤吸水能力和保水性.c)施用 10%蓝藻藻液对两种典型土壤性质的改善效果最好，能够显著提高土壤养分含量，增强吸水能力和保水性，虽然土壤全盐量有所升高，但总量偏低.综合而言，在呼伦湖退化草地和沙地施用蓝藻藻1592环境科学研究第 36 卷液是一种提高土壤质量的新选择，对于本地蓝藻资源化利用模式探索具有重要意义.参考文献(References)：HO J C,MICHALAK A M,PAHLEVAN N.Widespread globalincrease in intense lake phytoplankton blooms since the 1980sJ.Nature,2019,574（7780）:667-670.1 ZHANG W Z,LIU J,XIAO Y X,et al.The impact of cyanobacteriablooms on the aquatic environment and human healthJ.Toxins,2022,14（10）:658.2 PAERL H W,HUISMAN J.Blooms like it hotJ.Science,2008,320（5872）:57-58.3 MASSEY