不同植被恢復土壤微生物群落的數(shù)量、組成和分布

不同植被恢復土壤微生物群落的數(shù)量、組成和分布

0礦區(qū)排土場黑岱溝露天礦礦區(qū)位于內蒙古內蒙古鄂爾多斯準格爾旗東部。煤炭儲量豐富,是我國上個世紀九十年代建設的四大露天礦之一。對礦區(qū)排土場,該礦采用逐層回填的方式:即把礦區(qū)開采時原有的深層土回填到下部,再在其上覆以剝離出去的原有表土。盡管如此,還是對土壤的結構和理化性質造成極大破壞,且礦區(qū)又處在生態(tài)非常脆弱的黃土高原地區(qū),生態(tài)重建問題引起了各方面的高度重視。土壤微生物與土壤質量有密切的關系1氣候、地貌條件黑岱溝露天煤礦位于內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾旗東部。地理坐標為東經111°13′～111°20′,北緯39°43′～39°49′,海拔在1025～1302m之間。礦區(qū)氣候屬于中溫帶半干旱大陸性氣候,年平均氣溫5.3℃～7.6℃。年降水量為231～459.5mm,多集中在7～9月份,約占全年降水量的60～70%。地貌為典型的黃土丘陵溝壑區(qū)。礦區(qū)內地帶性土壤不明顯,非地帶性土壤——黃綿土廣泛分布,土壤呈微堿性,土壤肥力低下。2學習方法2.1不同植被恢復地土樣的采集2009年9月在內蒙古鄂爾多斯市準格爾旗黑岱溝露天煤礦排土場采集土壤樣品,采用“S”形布點采樣法,依次取不同植被恢復地(果樹、沙棘、沙棘+山杏+沙棗、火炬樹)土樣及未經開挖破壞的原土土樣,每個恢復地分別按0～10cm,10～20cm,20～30cm的間隔采集土壤樣品,共計15個樣品,裝入聚乙烯塑料袋,封口,冰箱中4℃保存,供土壤微生物類群數(shù)量的測定分析。2.2培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌,改良高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌,馬丁(Martin)氏孟加拉紅瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌。利用稀釋平板法接種后置培養(yǎng)箱中37℃培養(yǎng)2～7d。2.3數(shù)據處理與分析一個樣品每種培養(yǎng)基設三個重復,用excel、spss13.0及dps2000軟件分析數(shù)據,采用單因素方差分析法3結果與分析3.13.1.1不同采收期對土壤理化性質的影響實驗結果顯示,所取土壤樣品中微生物總數(shù)變化趨勢表現(xiàn)為:原土>沙棘+山杏+沙棗恢復地>果樹恢復地>火炬樹恢復地>沙棘恢復地(如圖1),其中沙棘+山杏+沙棗土樣中微生物總數(shù)是原土中的52.9%,沙棘恢復地僅為原土的21.0%。這一結果說明煤礦的開采對土壤的結構和理化性質產生極大影響,直接導致土壤微生物的數(shù)量發(fā)生巨大變化,雖經多年恢復,仍未能達到開采前的水平。沙棘+山杏+沙棗樣地中微生物是沙棘樣地中微生物總數(shù)的2.52倍,比果樹恢復地高7.8%,比火炬樹恢復地高44.6%。產生這一現(xiàn)象的原因可能是不同樣地的植物種類、密度、生長狀況以及人為措施不同,因而土壤的有機質含量和理化性質有差異:沙棘+山杏+沙棗恢復地植被生長良好,沙棘高60～100cm,山杏高120cm左右,沙棗高60cm左右。沙棘和沙棗對土壤肥力有快速培肥效應3.1.2不同林分類型土壤微生物指標從實驗結果可看出,果樹、沙棘、沙棘+山杏+沙棗、火炬樹恢復地微生物總數(shù)在0～30cm范圍內隨垂直深度成下降趨勢(如圖2)。原因是人工林地的表層枯枝落葉多,施用的有機肥多,受外界環(huán)境和人為影響大,且氧氣充足,所以微生物數(shù)量要多于下層。原土中表層土壤微生物總數(shù)低于10～20cm深土壤,20～30cm中最少,原因是原土植被較少,表層土壤受風蝕較為嚴重,營養(yǎng)缺乏;而20～30cm土層因氧氣不足,從而導致土層中微生物數(shù)量減少。3.23.2.1不同恢復年份、不同保護方式對放線菌數(shù)量的影響如表1-表3所示。未經破壞的原土中細菌數(shù)量與各植被恢復地中細菌數(shù)量差異極顯著。原土土壤放線菌數(shù)量與火炬樹恢復土壤中差異不顯著,與其它恢復年份土壤差異顯著。真菌數(shù)量原土與果樹恢復地及沙棘+山杏+沙棗恢復土壤差異極顯著。3.2.2土壤微生物群水平分布特征表4(1)不同土樣微生物總量和生長特性分析細菌>放線菌>真菌,不同年份各垂直深度土層中微生物所占比例變化較大:在0～10cm土樣中,細菌占土壤微生物總數(shù)的54.683%～83.860%,放線菌菌占16.124%～45.305%,真菌僅占0.016%～0.054%。10～20cm土樣中,細菌占微生物總量的52.348%～93.692%,放線菌占6.301%～47.632%,真菌占0.008%～0.061%。20～30cm土樣中,細菌占59.695%～93.328%,放線菌占6.657%～40.294%,真菌占0.010%～0.055%。主要是由于細菌具有較快的生長速度并且適宜生存在pH為中性和微堿性的環(huán)境,放線菌的生長速度較慢,而真菌數(shù)量少跟本地區(qū)土壤呈酸性有關。該結果說明,在本地區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)中,細菌是主要的分解者。(2)不同樹土壤細菌總數(shù)變化特征各樣地細菌數(shù)量占絕對優(yōu)勢,不同年份的恢復土壤中細菌數(shù)量變化與微生物總數(shù)變化規(guī)律基本一致,總體表現(xiàn)為:原土>沙棘+山杏+沙棗>果樹>火炬樹>沙棘,只有在20～30cm垂直深度,火炬樹土樣中細菌數(shù)高于果樹土樣,但差異并不顯著。(3)沙棘+山杏+沙棗恢復土壤放線菌的分布特征放線菌分泌淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和果膠酶等多種酶和生物活性物質,在植被枯枝落葉等有機物轉化中起著十分重要的作用。從表4中可以看出,放線菌在土壤中的分布數(shù)量僅次于細菌。從數(shù)量上看出,0～10cm及20～30cm垂直深度,果樹恢復土壤中放線菌最多,其次是沙棘+山杏+沙棗恢復土壤,二者均差異顯著;10～20cm垂直深度,沙棘+山杏+沙棗恢復土壤放線菌最多,其次是果樹土樣,但二者差異不顯著。馬建軍(4)不同垂直深度沙棘+山杏+沙棗土樣真菌數(shù)量和比例真菌在本實驗各土壤樣品中數(shù)量都較少。土壤腐生真菌可分解纖維素、半纖維素、木質素等難降解有機物,是將植物凋落物進一步分解為可吸收礦物質的主要微生物。0～10cm及10～20cm垂直深度,果樹土樣中真菌的數(shù)量和比例相對較高,其次是沙棘+山杏+沙棗土樣,但二者差異均不顯著;在20～30cm垂直深度沙棘+山杏+沙棗土樣真菌數(shù)量比例最高,其次是果樹土樣,二者差異不顯著。原因在于果樹恢復地及沙棘+山杏+沙棗恢復地地表積累了大量凋落物,為真菌的生長提供了基質,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)土壤細菌生長原土中10～20cm土層細菌數(shù)高于0～10cm土層,但差異不顯著;沙棘+山杏+沙棗土壤0～10cm垂直深度與20～30cm垂直深度細菌數(shù)差異顯著;其它各年份土壤剖面中,隨土層加深,細菌數(shù)量總體呈下降趨勢,但差異不顯著(圖3)。(2)土層放線菌數(shù)不同垂直深度土壤放線菌總體變化趨勢與細菌相似,隨土層加深,數(shù)量呈下降趨勢,0～10cm土層放線菌數(shù)與10～20cm土層差異顯著或極顯著。沙棘樣地與其它年份略有不同,其0～10cm土層放線菌數(shù)量少于10～20cm土層,且差異顯著,20～30cm土層數(shù)量最少,與10～20cm土層相比差異極顯著(圖4)。(3)真菌數(shù)量分布各樣地土壤真菌的數(shù)量隨土壤垂直深度增加而逐漸減少。原土和沙棘樣地的0～10cm與10～20cm深度真菌數(shù)量差異極顯著,其它樣地0～10cm與10～20cm深度真菌數(shù)量無顯著差異。果樹樣地0～10cm與20～30cm深度真菌數(shù)量差異顯著;沙棘+山杏+沙棗樣地的10～20cm與20～30cm深度真菌數(shù)量差異顯著;火炬樹樣地垂直深度在10～30cm范圍內真菌數(shù)量差異不顯著(圖5)。形成上述微生物分布特征可能是由于相關樣地不同植被恢復類型形成不同的養(yǎng)分和生態(tài)環(huán)境條件,直接影響微生物的生長繁殖,導致微生物種群數(shù)量和分布發(fā)生變化,并各有特點,有研究顯示微生物數(shù)量的垂直分布與剖面有機質含量密切相關4不同恢復地土壤微生物指標與其他指標的變化(1)煤礦開采后,人為的改變了土壤原有的結構和理化性質,土壤微生物種群和數(shù)量都發(fā)生了很大改變,雖然經過多年種植人工林地進行恢復,但到目前仍未能恢復到開采前的水平。土壤微生物的恢復受到植被類型、蓋度等多種因素的影響,相關內容將在后面的研究中進一步探討。(2)不同植被恢復地土壤微生物總數(shù)變化表現(xiàn)為:原土>沙棘+山杏+沙棗恢復地>果樹恢復地>火炬樹恢復地>沙棘恢復地,各樣地不同深度土層微生物總數(shù)變化表現(xiàn)為:原土10～20cm>0～10cm>20～30cm,