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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p H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p H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化,根系抗拉特性与根-土复合体抗剪特性主要依赖于根系木质素、纤维素、半纤维素的变化。另外,对于刺槐而言,木质素受土壤特性的影响较大;对于胡枝子而言,纤维素受土壤特性的影响较大。总的来说,在喷播基质中添加微生物是可以对土壤和根系起到正面的作用,但是保水剂所造成的正负影响的差异却无从得知,需要进行更进一步的研究。因此,在喷播基质中添加微生物菌株可以帮助植物强化土壤,并有助于提高该技术对严重退化的生态系统(如废弃矿区)的治理的效益。