安太堡矿区不同复垦年限油松林土壤微生物群落演替特征.doc

安太堡矿区不同复垦年限油松林土壤微生物群落演替特征山西省平朔安太堡煤矿是大型露天开采煤矿,大规模的煤炭开采使得矿区生态环境严重恶化,特别是表层土壤剥离和植被丧失导致土地失去利用价值。由于矿区基质缺少熟化土壤,营养贫瘠,使得土地复垦率较低,因此有必要通过人为创造有助于植被生长的环境来进行矿区生态恢复。土壤微生物作为维持土壤生物活性的重要组分,在土壤结构改良、肥力保持,营养循环,以及植物生长等方面起着重要的作用,但目前的研究更多的集中于矿区植被复垦后的植被群落演替和土壤理化性质,而对在复垦过程中发挥着重要作用的土壤微生物研究甚少,因此本研究将对不同复垦年限的土壤微生物群落进行研究。本研究选取安太堡露天煤矿12个不同复垦年限(复垦年限分别为1、2、4、5、6、8、10、15、18、20、22和25年)油松林代表性样地,测定不同复垦年限油松林土壤理化性质,通过高通量测序技术测定不同复垦年限油松林土壤中微生物群落结构的变化及其相对丰富度,运用Biolog平板法对不同复垦年限油松林土壤微生物进行功能多样性研究。通过分析不同复垦年份的土壤理化性质、土壤微生物群落组成变化和微生物功能多样性的变化,从而掌握在植被复垦进程中土壤理化性质和微生物的动态演替过程。主要研究结果如下:(1)黄土区安太堡露天煤矿不同复垦年限油松林土壤中,12个样地土壤pH值范围在7.06-8.15之间,均为弱碱性土壤,各样地间无显著的差异。土壤全氮和全碳含量整体上呈现出随复垦年限增加而增加的趋势,复垦年限较短样地中含碳、含氮量显著低于复垦年限较长的样地。随着复垦年限的增加,土壤持水能力也随着复垦年限的增加而有所增强。(2)通过高通量测序,获取了土壤细菌、古菌和真菌的多样性指数和不同分类水平的群落组成。微生物的操作单元数量表现为随复垦年限的增加而提高,细菌和古菌在样地间有显著的差异性,而真菌各样地间的差异并不显著。多样性指数也表现出相同的趋势。古菌优势菌群主要为广古菌门(Euryarchaeota)和泉古菌门(Crenarchaeota);细菌主要菌群(含量>1%)共20种,优势菌群为放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria);真菌主要菌群(含量>1%)有7种,优势菌群为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)。(3)通过典范对应分析(CCA)可得,土壤中影响古菌分布的因子主要有土壤含水量和土壤pH,其中土壤含水量对广古菌门的分布具有较为显著的影响。全氮含量对细菌和真菌群落组成影响显著,尤其对是变形菌门会产生较大影响。另外土壤全氮与真菌多样性显著相关。(4)利用Biolog-ECO微平板对12个样地土壤中微生物利用碳源的能力进行测定,结果显示不同复垦年限土壤微生物随培养时间的增长,AWCD值呈现出先增加,后趋于稳定的趋势;且随着复垦年限的增加(从1-25年),土壤的AWCD最大值及变化速率也基本呈现逐步增加的趋势。表明不同复垦年限油松林土壤微生物平均吸光值(AWCD)随复垦年限的增加而增大,即土壤微生物代谢活性随着复垦年限的增加而增强。不同复垦年限油松林土壤对不同种类碳源的利用强度也存在差异。6类碳源均呈现出随着培养时间的增长,微生物利用碳源的强度逐渐增加的趋势。其中,各样地土壤对酯类的利用率高于其他几类碳源,而对碳水化合物的利用率最低,复垦25年土壤在碳水化合物、氨基酸类、酯类、醇类和酸类这5类碳源中的利用率均为最高值。总之,土壤理化特征,微生物组成和功能多样性均表明随着复垦年限的增加土壤质量会逐步改善。