神东矿采陷区人工植被土壤微生态特征研究

摘要

丛枝菌根真菌(AMF)是自然界中普遍存在的一种土壤微生物,能够与陆地90%以上的有花植物形成菌根共生体，对促进植物吸收利用矿质养分和水分，提高植物抗逆性和抗病性，改良土壤结构，维持矿区生态稳定性十分重要。本文以神东煤矿采煤沉陷地作为研究区，以丛枝菌根真菌和土壤因子为对象，比较研究地表沉陷和种植植物对土壤AMF多样性的影响，旨在阐述种植不同植物对矿区土壤生态环境的影响机制。主要研究结果如下：
　　1.研究区土壤样本中一共分离得到AM真菌6科9属27种。在样方土壤中分离得到5科8属19种AM真菌，分别为：Acaulospora属1种，Entrophospora属1种,Glomus属10种,Rhizophagus属1种,Funneliformis属1种,Septoglomus属2种,Claroideogomus属2种,Scutellospora属1种。人工种植植物根际土壤中分离得到6科9属18种AM真菌，分别为：Acaulospora属3种，Entrophospora属1种，Glomus属4种，Funneliformis属1种，Septoglomus属2种，Rhizophagus属1种，Claroideogomus属2种，Diversispora属1种，Scutellospora属1种。样地土壤中的优势种为Septoglomus constrictum，根际土壤中的优势种为Claroideogomus etunicatum、Septoglomus constrictum。
　　2.研究区样方土和根际土AM真菌物种多样性表现为孢子密度（个/50g土样）分别为12.00-424.67和31.00-683.67，物种丰富度（种/50g土样）分别为3.33-5.67和2.33-6.67，香农-威纳指数为0.814-1.518，和1.448-0.498，辛普森指数为0.459-0.746和0.459-0.746。样方土壤与植物根际土AM真菌多样性相比，孢子密度和物种丰富度较低，随着土壤深度的增加，孢子密度呈减少的趋势。
　　3.研究区样方土和根际土壤真菌数量（个/g土样）分别为0.467-49.667*10-2和0.467-49.667*10-2，细菌数量（个/g土样）分别为0.833-17.000*10-4和0.833-17.000*10-4，放线菌数量（个/g土样）分别为2.167-104.633*10-3和2.167-104.633*10-3，土壤微生物群落中细菌所占比例最高。
　　4.研究区样方土和根际土壤酶活性：酸性磷酸酶（mg/g）分别为0.0008-0.0025和0.0012-0.0039，中性磷酸酶（mg/g）分别为0.0004-0.0029和0.0005-0.0027，碱性磷酸酶（mg/g）分别为0.0022-0.0052和0.0020-0.0073，脲酶（μg/d/g）分别为23.813-463.136和28.580-221.859，蔗糖酶（mg/d/g）分别为4.710-112.892和4.263-47.794，过氧化氢酶（μmol/d/g）分别为18.025-51.130和25.718-55.145。.除沉陷-未治理样地（S1）、沉陷-杨树治理样地（S2）、沉陷-油松混合治理样地（S5），样方土壤脲酶含量沿土层深度的增加均呈下降趋势，0-10cm土层土壤脲酶含量均显著高于10-20cm、20-30cm土层，除柳树（P13），根际土壤脲酶含量随土层深度的增加均呈下降趋势，0-10cm土层土壤脲酶含量均显著高于10-20cm、20-30cm土层。除沉陷-玉米治理样地（S6），样方土壤蔗糖酶含量沿土层深度的增加均呈下降趋势。除野樱桃（P5）、玉米（P9）和山杏（P10），其余植物根际土壤蔗糖酶含量均沿土层深度的增加而呈下降趋势。
　　5.研究区样方土和根际土壤理化性质分别为：含水量3.773%-16.170%和4.301%-17.959%，pH7.926-8.424和7.544-8.468，铵态氮（ppm）3.178-7.333和2.111-11.489，速效磷（ppm）19.667-62.778和3.511-22.844，有效钾（ppm）8.000-34.667和7.1110-36.000，全氮（mg/g）0.184-0.444和0.45-0.784，全磷（mg/g）0.181-0.634和0.037-0.124，有机质（mg/g）1.295-20.50和1.751-40.273。除杨树（P1）、沉陷区-锦鸡儿（P2），其余植物根际土壤pH随土层深度变化无显著差异。除沉陷-未治理样地（S1）、沉陷-杨树治理样地（S2）、沉陷-油松混合治理样地（S5），其余样地土壤全氮含量均随土层深度增加而减少，且0-10cm和20-30cm土层土壤全氮含量差异显著。除杨树（P1）、山杏（P10）根际土壤全氮含量随土层深度变化差异不显著；其余根际土壤全氮含量均随土层深度增加而呈下降趋势，且0-10cm和20-30cm土层土壤全氮含量均差异显著。
　　6.综合土壤因子及微生物等得出规律：采煤沉陷降低土壤养分及微生物多样性；人工建植对该区域植物多样性、土壤微生物及养分有所恢复。菌根侵染率呈现规律：阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus(Willd)Novopokr）＞直立黄芪（Astragalus adsurgens Pall）＞短花针茅（Stipa breviflora Griseb）。
　　7.样方土壤AM真菌孢子密度与土壤含水量、土壤pH呈极显著负相关（P<0.01），与速效磷、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶呈显著正相关（P<0.05），与土壤脲酶和过氧化氢酶呈极显著正相关（P<0.01）。乔灌木根际土壤AM真菌孢子密度与土壤含水量、铵态氮呈极显著正相关（P<0.01），与土壤pH、有机质呈显著正相关（P<0.05），与土壤深度呈显著负相关（P<0.05）。
　　8.沉陷后土壤pH、速效磷、磷酸酶活性、脲酶活性、AMF多样性指数、微生物数量均下降，人工种植植物后土壤养分、脲酶活性、蔗糖酶活性、AMF多样性指数、微生物数量均上升，其中沉陷地的野樱桃（P5）、文冠果（P6）、欧李（P7）等混合种植和未沉陷地侧柏（P12）的修复效果更好。未沉陷未治理样地的AMF种类和数量较高，说明具有较丰富的AMF资源。

目录

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第一章引言

1.1研究背景

1.1.1 我国煤炭开采现状

1.1.2 采煤引发的生态环境问题

1.1.3 研究区简介

1.1.4 丛枝菌根真菌简介

1.1.4.1丛枝菌根结构特征

1.1.4.2丛植菌根的生态功能

1.1.4.3影响丛枝菌根的因素

1.1.4.4丛枝菌根在矿区生态重建中应用的研究进展

1.2 研究目的及意义

第二章 材料与方法

2.1 研究区自然地理概况

2.2 实验方法

2.2.1 植物群落调查及土壤样品采集

2.2.2 植物群落指标测定

辛普森多样性指数

2.2.3 土壤理化性质测定

2.2.4 土壤酶活性测定

2.2.5 土壤微生物数量的测定

2.2.6 AM真菌孢子的分离与鉴定

2.2.7 AM真菌群落指标

2.2.8 AM真菌侵染率的测定

2.2.9 数据统计与分析

3.1 研究区植物群落分布特征

3.2土壤理化性质

3.2.1含水量

3.2.2 pH值

3.2.3 铵态氮

研究区土壤铵态氮含量为3.178 ppm-7.333 ppm（表3.2），从大到小依次为S1﹥S9﹥

3.2.6 全氮

研究区土壤全磷含量为0.181 mg/g-0.634 mg/g（表3.2），从大到小依次为S3﹥S1

3.2.8 有机质

3.3土壤酶活性

3.3.1酸性磷酸酶活性

3.3.2中性磷酸酶活性

3.3.3碱性磷酸酶活性

3.3.4脲酶活性

3.3.5蔗糖酶活性

3.3.6过氧化氢酶活性

3.4 三种草本植物的菌根侵染率

3.5 AM真菌群落组成及多样性

3.5.1 AM真菌种类

3.5.2 AM真菌频度

3.5.3 孢子密度

3.5.4 物种丰富度

3.5.5 AM真菌群落多样性

3.6土壤可培养微生物量

3.7 相关性分析

3.7.1研究区AMF与土壤因子的相关性

3.7.1.1样方土壤AMF与土壤因子的相关性

3.7.1.2乔灌木根际土壤AMF与土壤因子的相关性

3.7.2研究区土壤微生物与土壤非生物因子的相关性

3.7.2.1样方土壤微生物与土壤非生物因子的相关性

3.7.2.2乔灌木根际土壤微生物与土壤非生物因子的相关性

3.7.3土壤深度与AMF和土壤因子的相关性

第四章讨论

4.1 研究区AM真菌多样性及其分布特征

4.2 研究区草本植物AM真菌共生特征

4.3 研究区AM真菌多样性与土壤因子变化

4.4 研究区AM真菌多样性及相关因子

参考文献

附录