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多年冻土矿区渣山人工植被对微生物群落恢复的影响研究

金立群  
【摘要】:针对高寒矿区渣山人工植被恢复问题,选取青海木里煤田圣雄矿区南北2座渣山为研究对象,进行渣山未恢复区域基质特征,周边自然山体及原始群落背景值调查,不同种植年限、不同生境及不同恢复处理控制试验,通过对植被群落特征,土壤理化性质,及高通量测序下细菌与真菌群落多样性的测定,探讨高寒矿区人工植被恢复对微生物群落的影响。结果表明:(1)渣山未恢复区域基质理化性质较差,优势属有芽孢单菌属(Gemmatimonas)、GP6属、赤霉菌属(Gibberella)、未识别囊菌属。自然山体土壤养分因放牧有所损失,渣山周边沼泽湿地土壤生态系统稳定,优势属有GP6属与GP16属。渣山微生物OTU数量(样品的有效序列数)比周边沼泽湿地原始群落高9.8%,比自然山体较高21.8%,细菌多样性在沼泽湿地中较高,而真菌在沼泽湿地比渣山未种草区域低。(2)人工植被高度、发芽率随着种植年限的增长先增加后下降,植被盖度、生物量均增加,生殖枝数下降。大部分土壤理化性质均有所改善。土壤微生物OTU数量随年限呈增加-降低-增加的趋势,细菌微生物多样性与丰富度随着年限的增长,而真菌微生物则反之,细菌中鞘氨醇单胞菌属、GP6属与真菌中的Preussia属为主要优势属,随着恢复年限的增长而增加,向自然山体靠近,且与土壤中含水量、速效N与速效K含量显著相关(P0.05)。(3)矿区渣山南坡与半阴半阳坡的人工植被特征均显著高于阴坡。表层土壤N、P、K含量均在阳坡与半阴半阳坡最高,而其有机质含量显著低于阴坡(P0.05)。细菌OTU数量、多样性和Chaol指数在南坡最高,半阴半阳坡最低,真菌OTU数量在半阴半阳坡最高,芽孢单菌属(Gemmatimonas)在阳坡占比较阴坡与半阴半阳坡大,而黑粉菌属(Ustilago)在阴坡较多。微生物优势菌属与土壤速效N、含水量呈显著正相关(P0.05)。(4)播期试验2年后对人工植被地上与渣山地下生物量的影响无显著差异(P0.05)。不同播量的处理对植被生长的影响较小,无显著差异(P0.05)。土壤细菌微生物OTU数量在播量3(100%)和播量4(150%)最大,而真菌OTU数量在播量5(200%)处理中最多。但微生物多样性、均匀度及chaol指数在不同播量无显著变化(P0.05)。(5)植被高度与盖度在肥控3(450kg/hm~2)处理中最大,土壤速效N与速效K含量在肥控4(675kg/hm~2)处理中含量最高,细砂粒含量在肥控2(225kg/hm~2)处理中比例最高。土壤OTU数量与细菌Shannon指数均在肥控4处理中最高,真菌Shannon指数与chaol指数在肥控1(0kg/hm~2)处理中最高。肥控2中芽孢单菌属、GP6属、鞘氨醇单胞菌属、略高于其他3种处理,火丝菌属,而黑粉菌属在肥控4处理中比例最小。土壤中全N、全P、p H值与属水平优势类群呈显著正相关(P0.05)。植被地上生物量与盖度随着覆土厚度增大而增长,速效N与有机质含量增高。土壤细菌OTU数量在覆土3(15cm)处理中最多,真菌OTU数量在覆土1(5cm)与覆土2(10cm)处理中含量最高,节杆菌属(Arthrobacter)在覆土3处理中明显增多,与速效N、速效K呈显著正相关(P0.05)。综上所述,渣山人工建植可促进土壤微生物群落的恢复,微生物多样性及优势属丰度逐渐增大,一些优势类群丰度逐渐接近自然山体微生物群落,并且与环境条件有显著相关性,有利于稳定土壤微生物、植被与土壤三者之间的关系,对整个矿区生态恢复起促进作用。


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