不同植被恢复土壤微生物群落的数量、组成和分布

不同植被恢复土壤微生物群落的数量、组成和分布

0矿区排土场黑岱沟露天矿矿区位于内蒙古内蒙古鄂尔多斯准格尔旗东部。煤炭储量丰富,是我国上个世纪九十年代建设的四大露天矿之一。对矿区排土场,该矿采用逐层回填的方式:即把矿区开采时原有的深层土回填到下部,再在其上覆以剥离出去的原有表土。尽管如此,还是对土壤的结构和理化性质造成极大破坏,且矿区又处在生态非常脆弱的黄土高原地区,生态重建问题引起了各方面的高度重视。土壤微生物与土壤质量有密切的关系1气候、地貌条件黑岱沟露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部。地理坐标为东经111°13′～111°20′,北纬39°43′～39°49′,海拔在1025～1302m之间。矿区气候属于中温带半干旱大陆性气候,年平均气温5.3℃～7.6℃。年降水量为231～459.5mm,多集中在7～9月份,约占全年降水量的60～70%。地貌为典型的黄土丘陵沟壑区。矿区内地带性土壤不明显,非地带性土壤——黄绵土广泛分布,土壤呈微碱性,土壤肥力低下。2学习方法2.1不同植被恢复地土样的采集2009年9月在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗黑岱沟露天煤矿排土场采集土壤样品,采用“S”形布点采样法,依次取不同植被恢复地(果树、沙棘、沙棘+山杏+沙枣、火炬树)土样及未经开挖破坏的原土土样,每个恢复地分别按0～10cm,10～20cm,20～30cm的间隔采集土壤样品,共计15个样品,装入聚乙烯塑料袋,封口,冰箱中4℃保存,供土壤微生物类群数量的测定分析。2.2培养基培养放线菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养细菌,改良高氏一号培养基培养放线菌,马丁(Martin)氏孟加拉红琼脂培养基培养真菌。利用稀释平板法接种后置培养箱中37℃培养2～7d。2.3数据处理与分析一个样品每种培养基设三个重复,用excel、spss13.0及dps2000软件分析数据,采用单因素方差分析法3结果与分析3.13.1.1不同采收期对土壤理化性质的影响实验结果显示,所取土壤样品中微生物总数变化趋势表现为:原土>沙棘+山杏+沙枣恢复地>果树恢复地>火炬树恢复地>沙棘恢复地(如图1),其中沙棘+山杏+沙枣土样中微生物总数是原土中的52.9%,沙棘恢复地仅为原土的21.0%。这一结果说明煤矿的开采对土壤的结构和理化性质产生极大影响,直接导致土壤微生物的数量发生巨大变化,虽经多年恢复,仍未能达到开采前的水平。沙棘+山杏+沙枣样地中微生物是沙棘样地中微生物总数的2.52倍,比果树恢复地高7.8%,比火炬树恢复地高44.6%。产生这一现象的原因可能是不同样地的植物种类、密度、生长状况以及人为措施不同,因而土壤的有机质含量和理化性质有差异:沙棘+山杏+沙枣恢复地植被生长良好,沙棘高60～100cm,山杏高120cm左右,沙枣高60cm左右。沙棘和沙枣对土壤肥力有快速培肥效应3.1.2不同林分类型土壤微生物指标从实验结果可看出,果树、沙棘、沙棘+山杏+沙枣、火炬树恢复地微生物总数在0～30cm范围内随垂直深度成下降趋势(如图2)。原因是人工林地的表层枯枝落叶多,施用的有机肥多,受外界环境和人为影响大,且氧气充足,所以微生物数量要多于下层。原土中表层土壤微生物总数低于10～20cm深土壤,20～30cm中最少,原因是原土植被较少,表层土壤受风蚀较为严重,营养缺乏;而20～30cm土层因氧气不足,从而导致土层中微生物数量减少。3.23.2.1不同恢复年份、不同保护方式对放线菌数量的影响如表1-表3所示。未经破坏的原土中细菌数量与各植被恢复地中细菌数量差异极显著。原土土壤放线菌数量与火炬树恢复土壤中差异不显著,与其它恢复年份土壤差异显著。真菌数量原土与果树恢复地及沙棘+山杏+沙枣恢复土壤差异极显著。3.2.2土壤微生物群水平分布特征表4(1)不同土样微生物总量和生长特性分析细菌>放线菌>真菌,不同年份各垂直深度土层中微生物所占比例变化较大:在0～10cm土样中,细菌占土壤微生物总数的54.683%～83.860%,放线菌菌占16.124%～45.305%,真菌仅占0.016%～0.054%。10～20cm土样中,细菌占微生物总量的52.348%～93.692%,放线菌占6.301%～47.632%,真菌占0.008%～0.061%。20～30cm土样中,细菌占59.695%～93.328%,放线菌占6.657%～40.294%,真菌占0.010%～0.055%。主要是由于细菌具有较快的生长速度并且适宜生存在pH为中性和微碱性的环境,放线菌的生长速度较慢,而真菌数量少跟本地区土壤呈酸性有关。该结果说明,在本地区土壤生态系统中,细菌是主要的分解者。(2)不同树土壤细菌总数变化特征各样地细菌数量占绝对优势,不同年份的恢复土壤中细菌数量变化与微生物总数变化规律基本一致,总体表现为:原土>沙棘+山杏+沙枣>果树>火炬树>沙棘,只有在20～30cm垂直深度,火炬树土样中细菌数高于果树土样,但差异并不显著。(3)沙棘+山杏+沙枣恢复土壤放线菌的分布特征放线菌分泌淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和果胶酶等多种酶和生物活性物质,在植被枯枝落叶等有机物转化中起着十分重要的作用。从表4中可以看出,放线菌在土壤中的分布数量仅次于细菌。从数量上看出,0～10cm及20～30cm垂直深度,果树恢复土壤中放线菌最多,其次是沙棘+山杏+沙枣恢复土壤,二者均差异显著;10～20cm垂直深度,沙棘+山杏+沙枣恢复土壤放线菌最多,其次是果树土样,但二者差异不显著。马建军(4)不同垂直深度沙棘+山杏+沙枣土样真菌数量和比例真菌在本实验各土壤样品中数量都较少。土壤腐生真菌可分解纤维素、半纤维素、木质素等难降解有机物,是将植物凋落物进一步分解为可吸收矿物质的主要微生物。0～10cm及10～20cm垂直深度,果树土样中真菌的数量和比例相对较高,其次是沙棘+山杏+沙枣土样,但二者差异均不显著;在20～30cm垂直深度沙棘+山杏+沙枣土样真菌数量比例最高,其次是果树土样,二者差异不显著。原因在于果树恢复地及沙棘+山杏+沙枣恢复地地表积累了大量凋落物,为真菌的生长提供了基质,有利于真菌的繁殖。3.2.3土壤微生物群的垂直分布特征(1)土壤细菌生长原土中10～20cm土层细菌数高于0～10cm土层,但差异不显著;沙棘+山杏+沙枣土壤0～10cm垂直深度与20～30cm垂直深度细菌数差异显著;其它各年份土壤剖面中,随土层加深,细菌数量总体呈下降趋势,但差异不显著(图3)。(2)土层放线菌数不同垂直深度土壤放线菌总体变化趋势与细菌相似,随土层加深,数量呈下降趋势,0～10cm土层放线菌数与10～20cm土层差异显著或极显著。沙棘样地与其它年份略有不同,其0～10cm土层放线菌数量少于10～20cm土层,且差异显著,20～30cm土层数量最少,与10～20cm土层相比差异极显著(图4)。(3)真菌数量分布各样地土壤真菌的数量随土壤垂直深度增加而逐渐减少。原土和沙棘样地的0～10cm与10～20cm深度真菌数量差异极显著,其它样地0～10cm与10～20cm深度真菌数量无显著差异。果树样地0～10cm与20～30cm深度真菌数量差异显著;沙棘+山杏+沙枣样地的10～20cm与20～30cm深度真菌数量差异显著;火炬树样地垂直深度在10～30cm范围内真菌数量差异不显著(图5)。形成上述微生物分布特征可能是由于相关样地不同植被恢复类型形成不同的养分和生态环境条件,直接影响微生物的生长繁殖,导致微生物种群数量和分布发生变化,并各有特点,有研究显示微生物数量的垂直分布与剖面有机质含量密切相关4不同恢复地土壤微生物指标与其他指标的变化(1)煤矿开采后,人为的改变了土壤原有的结构和理化性质,土壤微生物种群和数量都发生了很大改变,虽然经过多年种植人工林地进行恢复,但到目前仍未能恢复到开采前的水平。土壤微生物的恢复受到植被类型、盖度等多种因素的影响,相关内容将在后面的研究中进一步探讨。(2)不同植被恢复地土壤微生物总数变化表现为:原土>沙棘+山杏+沙枣恢复地>果树恢复地>火炬树恢复地>沙棘恢复地,各样地不同深度土层微生物总数变化表现为:原土10～20cm>0～10cm>20～30cm,