不同复垦年限煤矸山土壤微生物群落和酶活性及其影响因素

摘要

土壤微生物和酶是土壤生态系统物质循环和能量交换的重要枢纽，是衡量土壤质量好坏的敏感指标，对于土壤质量状况演变具有重要的指示作用，能较早地反映土壤微环境的变化。因此，研究土壤微生物和酶对土壤质量的响应有助于认识微生物和酶对土壤环境变化的适应与演变机理，促进土壤生态系统功能的稳定。我国煤矸山在复垦治理过程中，普遍采用推平覆土后进行植被绿化的方式，但在推平覆土形成的重构土壤存在一系列的质量问题，如土壤结构差、养分、水分不足以及重金属污染等。因此，如何有效地评价复垦地土壤质量状况是煤矸山开展植被恢复工作的关键。本研究通过分析不同复垦年限煤矸山土壤微生物群落结构、微生物量碳、氮和酶活性的变化及其与土壤性质的关系，查明不同复垦年限煤矸山重构土壤微生物和酶对土壤质量状况的响应，对于指导矿区煤矸山因时制宜的进行植被恢复十分必要，同时也对矿区复垦地合理进行农业生产具有重要的理论指导价值。 本研究以山西省曹村矿区煤矸山复垦3a（R-3a）、5a（R-5a）和7a（R-7a）果园为例，研究了0-10cm和10-20cm土层土壤的5种微生物群落（普通细菌、真菌、放线菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌）、微生物量碳、氮和4种酶活性（过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脱氢酶和脲酶）的变化情况，并分析了土壤理化性质对微生物和酶活性的影响。主要研究结果如下： （1）从3种复垦年限样地土壤理化性质的差异来看：在0-10cm和10-20cm土层，土壤有机质、全量养分、速效养分、含水量、黏粒含量、pH值、阳离子交换量和有机碳含量均随复垦年限的增加而显著增加，且在R-7a样地中增加最明显，但速效钾含量和电导率呈下降趋势。同时，与原地貌普通果园（CK）相比，除速效钾和电导率外，3种复垦年限果园土壤养分含量、含水量、黏粒含量、pH值、土壤阳离子交换量和有机碳仍明显偏低。 （2）从3种复垦年限样地土壤微生物PLFAs总浓度和群落PLFAs浓度的差异来看：土壤微生物PLFAs总浓度呈现随复垦年增加而增加的趋势。土壤微生物群落PLFAs浓度随复垦年限有不同程度的增加：在0-10cm土层，革兰氏阴性菌和普通细菌PLFAs浓度增加最显著，而放线菌PLFAs浓度的增加仅体现在R-7a样地；在10-20cm土层，放线菌PLFAs浓度增加最显著，而革兰氏阳性菌仅在R-7a样地有大幅增加，与CK样地相比，3种复垦年限样地土壤5种微生物群落PLFAs浓度仍偏低。土壤微生物群落结构表现为，革兰氏阳性菌和普通细菌占比均最大，放线菌则占比均最小，真菌和革兰氏阴性菌出现不同程度变化。 （3）从3种复垦年限样地土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异来看：3种复垦年限样地土壤微生物量碳、氮和酶活性随复垦年限表现出不同的增加趋势：土壤微生物量碳、氮总体随复垦年限的增加而增加，在0-10cm土层中，微生物量碳增加较为显著，在10-20cm土层中，微生物量氮增加较为显著，与CK样地相比，3种复垦年限样地土壤微生物量碳、氮仍明显偏低。酶活性也随复垦年限的增加而增加，在0-10cm和10-20cm土层中，脱氢酶和碱性磷酸酶活性增加最为显著，与CK样地相比，3种复垦年限样地的4种酶活性明显偏低。 （4）从3种复垦年限样地土壤微生物群落PLFAs浓度、微生物量碳、氮及酶活性与土壤理化性质的关系来看：有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、黏粒、有机碳、含水量、阳离子交换量和pH值对微生物PLFAs总浓度和群落PLFAs浓度有较大影响；有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷和黏粒对微生物量碳、氮有较大影响；有机质、全氮、全磷、全钾、黏粒、有机碳和阳离子交换量对酶活性有较大影响。

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Abstract

In this study, the orchards of 3a (R-3a), 5a (R-5a

（1）It can be seen from the difference in soil phys

(2) It can be seen from the difference in total so

(3) It can be seen from the differences in soil mi

(4) It can be seen from the relationship among the

KEY WORDS: coal waste pile, vegetation restoration

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 煤矸石的危害及利用途径

1.1.2 煤矸山的生态危害及治理措施

1.1.3 煤矸山推平复垦治理中存在的土壤质量问题

1.2 国内外研究进展

1.2.1 煤矸山植被恢复过程中的限制因素

1.2.2 土壤微生物和酶活性对煤矸山复垦地质量状况的指示作用

1.2.3 煤矸山复垦地土壤微生物和酶活性的影响因子

1.3 研究目的及意义

1.4 研究内容及技术路线图

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 样品采集与预处理

2.3 土壤样品的测定

2.3.1 土壤理化性质的测定

2.3.2 土壤微生物的测定

2.3.3 土壤微生物量碳、氮和酶活性的测定

2.4 数据处理与分析

3 结果与分析

3.1 3种复垦年限样地0-10 cm和10-20 cm土层土壤理化性质

3.1.1 土壤物理性质

3.1.2 土壤化学性质

3.2 3种复垦年限样地0-10 cm和10-20 cm土层土壤微生物PLFAs总浓度和群落PLFA

3.2.1 土壤微生物PLFAs总浓度

3.2.2 土壤生物群落PLFAs浓度

3.3 3种复垦年限样地0-10 cm和10-20 cm土层土壤微生物量碳、氮及酶活性

3.3.1 土壤微生物量碳、氮

3.3.2 土壤酶活性

3.4 3种复垦年限样地0-10 cm和10-20 cm土层土壤理化性质与土壤微生物群落PLFAs浓

3.4.1 土壤理化性质与微生物群落PLFAs浓度的关系

3.4.2 土壤理化性质与土壤微生物量碳、氮及酶活性的关系

4 讨论

4.1 土壤微生物PLFAs浓度对煤矸山复垦土壤质量的响应

4.2 土壤微生物量碳、氮和酶活性对煤矸山复垦土壤质量的响应

4.3 煤矸山复垦地0-10 cm和10-20 cm土层土壤性质随复垦年限变化情况

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致 谢