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煤矿区AM真菌多样性与土壤微生物数量特征的研究

旭日干  
【摘要】:煤炭开采扰动了自然生态系统,露天煤矿开采直接毁坏地表土层和植被,而地下开采会导致地层塌陷、引起土层和植被的破坏,势必影响土壤微生物及其功能,进而引起生态系统结构与功能的紊乱。微生物是土壤中的重要生物组成,也是重要的环境监视器,反映生态系统受扰动的状态及影响其植被恢复潜力。其中丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是重要的高等植物共生真菌,其种类与多样性直接影响植物养分的吸收、生长和抗逆特性,决定自然生态系统植物的多样性、分布与生产力,影响生态修复与植被重建过程。本文以内蒙古准格尔地区不同开采年限的露天与地下开采煤矿为对象,研究煤炭开采对土壤AM真菌、土壤微生物数量、土壤磷酸酶活性及土壤理化性质的影响及其相关性。旨在探索煤炭生产扰动对草原生态系统的土壤微生物群落的影响机制,为筛选矿区耐贫瘠和耐干扰的AM真菌资源及其应用奠定研究基础,为开展矿区土地复垦与植被恢复提供理论依据。具体结论如下: 1.开采扰动影响地表植被,破坏程度表现出采矿区过渡区未受扰动区。露天开采采矿区植被完全被破坏、面积大,而为地下开采采矿区植被受破坏面积相对小。露天开采样地植被覆盖度及植物密度比地下开采区开低。 2.开采扰动影响土壤理化性质及土壤磷酸酶活性,其中露天开采煤矿各样地未受扰动区pH值、全磷、水解氮及土壤磷酸酶活性比采矿区的高,但采矿区和过渡区速效磷、全氮及有机质值比未受扰动区高。除水解氮,各组成均随土层深度的增加而减少。地下开采煤矿各样地未受扰动区全磷、全氮、水解氮、有机质及土壤磷酸酶活性均比采矿区高,并随开采年限增加有逐渐增高的趋势,pH值没有明显变化。把露天开采与地下开采样地比较结果显示,露天开采样地的全磷、速效磷、全氮和水解氮的值比地下开采样地的低,地下开采样地的过渡区有机质比未受扰动区的低,而露天开采样地中相反。 3.研究区总土壤细菌数量为8-50×105/g,真菌数量为0-6×102/g,放线菌数量为0-16×104/g。煤矿开采的类型和年限对土壤微生物数量的影响不是很明显,但开采年限最短的小鱼沟煤矿土壤细菌数量和放线菌数量均高于其它煤矿。多数煤矿(除小鱼沟煤矿)土壤微生物数量均表现出未受扰动区过渡区采矿区,煤矿开采降低了矿区土壤微生物数量,露天开采的影响程度比地下开采明显。在所有的开采扰动区中,细菌、真菌和放线菌数量都随土壤深度增加而减少,即土壤微生物数量由高到低依次是0-5cm5-15cm15-30cm。 4.本研究从矿区土壤中共分离出AM真菌3属13种,其中无梗囊霉属Acaulospora 1种、球囊霉属Glomus 11中、盾巨孢囊霉属Scutellospora1种。已鉴定12种,尚有1个未定种Acaulospora sp.1。球囊霉属为优势属。Glomus mosseae, G. constrictum, D. versiforme, G. deserticola等种类为优势种类。研究区AM真菌分布有时空变化,六个样地AM真菌孢子密度变化为U1U3U5、S5S10、S15,AM真菌种的丰富度U1样地高出别的样地。总的趋势是地下开采矿区的值高于露天开采煤矿区。AM真菌种的丰富度和孢子密度随土层的变化由高到低依次5-15cm0-5cm15-30cm,AM真菌香农-威纳指数,0-5cm和5-15cm之间的差别不明显但比15-30cm的要高。研究区AM真菌种的丰富度、孢子密度、香农-威纳指数均显示,未扰动坏区过渡区煤矿采矿区。开采方式和开采年限均不同程度的影响AM真菌多样性,露天开采的影响程度比地下开采明显,开采年限长比年限短的影响明显。 5.相关性分析结果表明,AM真菌孢子密度与开采扰动极显著负相关(0.01),与土壤深度呈显著负相关(0.05);种的丰富度与开采扰动极显著负相关(0.01),与开采方式和土壤深度呈显著负相关(0.05);香农-威纳指数与开采方式和开采扰动有显著负相关(0.05)。AM真菌种的丰富度、孢子密度和香农-威纳指数与细菌数量、放线菌数量和磷酸酶呈极显著正相关(0.01),与真菌数量呈显著正相关(0.05)。AM真菌孢子密度和香农-威纳指数与土壤各因子的相关性不显著。AM真菌种的丰富度与土壤pH值呈显著正相关(0.05),与土壤有机质呈显著负相关(0.05),与其它土壤因子的相关性不明显。细菌数量、真菌数量和放线菌数量与开采年限、露天开采方式相关性不显著,而与开采扰动、土壤深度达到显著负相关关系(见表4)。磷酸酶活性与开采方式显著相关(0.05),与开采扰动极显著负相关(0.01),与开采年限、土壤深度相关性显著负。磷酸酶活性与细菌数量、放线菌数量、AM真菌种的丰富度、孢子密度和香农-威纳指数呈极显著正相关(0.01)。 6.露天开采方式对环境破坏和影响比地下开采方式大,并随开采规模加大而破坏程度越大。黄土高原本身的环境脆弱性使煤炭开采对环境的破坏和影响程度显著。


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