聚焦荒漠化问题——土壤改良及生物治理探究

翁侨 宫铭彤 郭可心 杜瑶佳

背景：荒漠化是由于干旱少雨，植被破坏，过度放牧，大风吹蚀，流水侵蚀，土壤盐渍化等因素造成的土壤生产力下降或丧失的自然现象。目前我国现有荒漠化土地 267.4 万平方千米，约占我国陆地总面积的 27%。而且我国荒漠化区域分布较广，其荒漠生态系统主要遍及东北，华北，西北，西南地区，对当地的土地资源，基础设施建设，民族区域团结和社会安定，生物质量及生物多样性具有严重影响。

我国的土地荒漠化现象形式严峻，故本组将采用实验的方法进行研究关于土地荒漠化现象的影响和改良方式。

课题一：风沙土与田园土的比较

本课题主要探究了风沙土与田园土在储水量，渗透速率以及日蒸发量之间的关系。所需的 实验 器材为 1 量筒 2筛网 3 手套 4 自封袋 5 粉煤灰 6 搅拌棒 7 滴管标签纸 8 滤纸 9 塑料烧杯 10 分装瓶 11 漏斗 12 电子秤及称量纸。

（1）第一个实验，探究风沙土与田园土在储水量之间的差异。本实验需用到量筒，滤纸，田园土和风沙土样品，水。通过分别取 14ml 的田园土和风沙土样品，放在垫了滤纸的漏斗之上，向里面滴入 15ml 的水，静置 20 分钟，测量每组的量筒内液体的体积，从而量出各土壤的储水量。，在分别进行了一组实验后，本组在经过一番讨论后，依据“收集的数据具有代表性的原则。”获得了本组的一组实验数据：在两组土壤样本均为 14cm3 时，滴入 15ml水，田园土的储水量为 9ml，风沙土的储水量为 6.5ml。在得到这一组数据后，本组分为四个小组又进行了四次实验，以第一组的数据为准，所得到的数据的偏差也均在 0.2ml 以内。据此，我们得到了第一个结论：田园土的储水量比风沙土要大。

（2）第二个实验，探究风沙土与田园土在渗透速率快慢之间的差异。本实验需用到的器材为量筒，土壤样品，水。通过在每个装有 40ml 的土壤样品的量筒中滴入 1.9ml 的水（由于在模拟降雨环境，故在换算过来，在每个量筒上滴入 1.9ml 的水）在经过 10 分钟、20 分钟、1 小时、2 小时、12 小时、24 小时之时分别记录渗透的深度，通过相同时间比路程的方法比较速率。我们得到了四组数据，其中，第三小组的数据由于田园土未烘干，再加上下雨未拿进屋的缘故，所得的数据与其他组的数据的平均数相差较大，故将此舍去。经过结果，我们得到了第二个结论：风沙土的渗透速率比田园土要快。

（3）探究田园土和风沙土在日蒸发量上的关系，通过将实验二的入渗组直接放到阴凉通风下，另加一组实验组，放在屋内通光的地方，通过比较自然通风和自然阳光下的区别，我们得到第三个结论：风沙土的土壤蒸发量要大于田园土的土壤蒸发量。

课题二：土壤改良剂对于土壤改良的影响

本实验所需材料：漏斗、量筒、电子秤、田园土、风沙土、粉煤灰添加粉煤灰的风沙土组别设置，为形成对照探究粉煤灰质量对风沙土影响，设置四组：对照组（CK)及粉煤灰施用率为风沙土质量 10%、20%、40%。每组质量各 80g。开始实验，模拟降雨 将四管土装在五十毫升的量筒后，向每个量筒中滴入 1.9 毫升的水，固定时间记录土壤的蒸发量与入渗速率数据。在得到了数据后，经过分析，我们得出了一个结论：增加了土壤改良剂后的风沙土的蒸发量和入渗速率都有明显的减弱。

实验反思：经过了前两个实验，我们推测，由于风沙土的土壤颗粒更大，土质更加疏松，故其的渗透速率与蒸发量高于田园土。

课题三：飞播植草，探究不同种子的抗旱能力

本实验所需用的材料：电子秤、PEG-6000、蒸馏水、100mL 试剂瓶*3、瓶量筒（根据细胞失水的原理，PEG-6000 溶液主要是为了营造一个高浓度环境，从而模拟干旱环境）

实验过程：用电子称称 10g 和 20g 的 PEG-6000，放在 2 个相同的 100mL 试剂瓶中，并分别添加 90mL和 80mL 的水，所得即为 2 种浓度不同（分别为 10%，20%）的 PEG-6000 液。其中 10%PEG-6000 液模拟中度胁迫条件，20%PEG-6000 液模拟 重度胁迫条件。另外量取 100mL 清水放在 100mL 试剂中模拟正常供水条件，形成对照。从种子被放入发芽床开始的那一天开始，每天定时、定量地补充适量对应浓度的 PEG-6000 溶液，种子周圈无水膜就行，大概 2-4mL。同时每天按时记录下发芽种子的数量，胚芽长度达到种子长度的 1/2 时即算作发芽，在第 4 天计算发芽势，第 8 天试验计算出发芽指数。 发芽率计算方法： 发芽率 GR=第 8 天正常发芽种子数/供试种子数 X100% 发芽势 GE-第 4 天正常发芽种子数/供试种子数 X100% 发芽指数 GI=∑（Gt/Dt）式中，Gt 指时间:日当天的发芽数，Dt 为相应的发芽天数。 抗旱指数计算： 综合所得实验数据，计算不同种子的抗旱指数。参照 Bouslama 等的计算法，对计算公式稍加改 动。 抗旱指数=PIS/PIC 式 中 PIS 、 PIC 分 别 表示 干 旱 胁 迫 下 种 子 发 指 数 、 对 照 种 子 萌 发 指 数 ; 其 中PI=(1.00)Rd3+(0.75)Rd4+(0.5)Rd6+(0.25)Rd8；Rd3、Rd4、Rd6、Rd8 分别为第 3、4、5 的种子发芽率随后我们可以发现，在我们所得的实验数据中，经过加权平均后我们发现了一下规律：

在正常的供水情况下发芽指数从高到低为稗草>沙打旺>狗尾草；

在中度胁迫条件下发芽指数从高到低为稗草>沙打旺>狗尾草；

在重度胁迫条件下发芽指数从高到低为稗草>沙打旺=狗尾草；

创新课题

纵观实验 1-实验 3，我们不难发现不论是风沙土与田园土的对比试验，粉煤灰添加量的多少对入渗，蒸发的影响，亦或是不同植物在不同环境下的生存率对比，都能多多少少地观察到含水量对植物生长的重要影响。所以本次我们大组以土壤含水量对植物生长的影响为核心进行创新课题探究。在以实验二，实验三的基础上对创新实验进行研究：实验二（方案 2）结束后，4 组各分取一半（8g）的土壤进行含水率检测（估算带入数值），余下 8g 进行种子（均为狗尾草）培育实验，进行观察，得到实验数据。重量含水量公式ŵ=Mw/Ms=W 湿-W 干/W 湿.100%（静置足够长的时间）最后我们得到了以下结论：含水率不是越多越好，当含水率处于 20%-30%时，植物更易生长。PS：新鲜的田园土的含水率约为 26.3%左右。

反思 1 采样数目过少 2 估算部分易增大误差。实验到此结束，回望过去的一个月，我们收获颇丰，懂得了很多关于荒漠化的内容，收获了宝贵的友谊，同时，我们也应当如蝴蝶振翅一般，从自己做起，努力为土地荒漠化的治理贡献自己的力量。让这个世界更加宁静，美好。

参考文献：

成钢，赵亮，孙鹏程，唐泽军。施用粉煤灰对沙土土面蒸发的影响【j】. 灌溉排水报，2011，30（06）：135-137.

杨景宁，王彦荣.PEG 模拟干旱胁迫对四种荒漠植物种子萌发的影响【j】. 草业学报，2012，21（06）：23-29.

王莹，五种禾木科牧草抗旱性综合评价【D】. 宁夏大学，2015.

特别鸣谢：

许浩然，邵梓豪