不同植被恢復(fù)土壤微生物群落的數(shù)量、組成和分布

不同植被恢復(fù)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(nèi)蒙古內(nèi)蒙古鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗東部。煤炭儲量豐富,是我國上個世紀(jì)九十年代建設(shè)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(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)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(zhì)量有密切的關(guān)系1氣候、地貌條件黑岱溝露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部。地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°13′～111°20′,北緯39°43′～39°49′,海拔在1025～1302m之間。礦區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛О敫珊荡箨懶詺夂?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(nèi)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(xué)習(xí)方法2.1不同植被恢復(fù)地土樣的采集2009年9月在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)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(diǎn)采樣法,依次取不同植被恢復(fù)地(果樹、沙棘、沙棘+山杏+沙棗、火炬樹)土樣及未經(jīng)開挖破壞的原土土樣,每個恢復(fù)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(xì)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(jù)處理與分析一個樣品每種培養(yǎng)基設(shè)三個重復(fù),用excel、spss13.0及dps2000軟件分析數(shù)據(jù),采用單因素方差分析法3結(jié)果與分析3.13.1.1不同采收期對土壤理化性質(zhì)的影響實(shí)驗結(jié)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(fù)地>果樹恢復(fù)地>火炬樹恢復(fù)地>沙棘恢復(fù)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(fù)地僅為原土的21.0%。這一結(jié)果說明煤礦的開采對土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)產(chǎn)生極大影響,直接導(dǎo)致土壤微生物的數(shù)量發(fā)生巨大變化,雖經(jīng)多年恢復(fù),仍未能達(dá)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(fù)地高7.8%,比火炬樹恢復(fù)地高44.6%。產(chǎn)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(jī)質(zhì)含量和理化性質(zhì)有差異:沙棘+山杏+沙棗恢復(fù)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(yīng)3.1.2不同林分類型土壤微生物指標(biāo)從實(shí)驗結(jié)果可看出,果樹、沙棘、沙棘+山杏+沙棗、火炬樹恢復(fù)地微生物總數(shù)在0～30cm范圍內(nèi)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(jī)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(fēng)蝕較為嚴(yán)重,營養(yǎng)缺乏;而20～30cm土層因氧氣不足,從而導(dǎo)致土層中微生物數(shù)量減少。3.23.2.1不同恢復(fù)年份、不同保護(hù)方式對放線菌數(shù)量的影響如表1-表3所示。未經(jīng)破壞的原土中細(xì)菌數(shù)量與各植被恢復(fù)地中細(xì)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(fù)土壤中差異不顯著,與其它恢復(fù)年份土壤差異顯著。真菌數(shù)量原土與果樹恢復(fù)地及沙棘+山杏+沙棗恢復(fù)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(guān)。該結(jié)果說明,在本地區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)中,細(xì)菌是主要的分解者。(2)不同樹土壤細(xì)菌總數(shù)變化特征各樣地細(xì)菌數(shù)量占絕對優(yōu)勢,不同年份的恢復(fù)土壤中細(xì)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(xì)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(fù)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(zhì),在植被枯枝落葉等有機(jī)物轉(zhuǎn)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(xì)菌。從數(shù)量上看出,0～10cm及20～30cm垂直深度,果樹恢復(fù)土壤中放線菌最多,其次是沙棘+山杏+沙棗恢復(fù)土壤,二者均差異顯著;10～20cm垂直深度,沙棘+山杏+沙棗恢復(fù)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(shí)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(zhì)素等難降解有機(jī)物,是將植物凋落物進(jìn)一步分解為可吸收礦物質(zhì)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(fù)地及沙棘+山杏+沙棗恢復(fù)地地表積累了大量凋落物,為真菌的生長提供了基質(zhì),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(xì)菌生長原土中10～20cm土層細(xì)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(xì)菌數(shù)差異顯著;其它各年份土壤剖面中,隨土層加深,細(xì)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(xì)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(nèi)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(guān)樣地不同植被恢復(fù)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(dǎo)致微生物種群數(shù)量和分布發(fā)生變化,并各有特點(diǎn),有研究顯示微生物數(shù)量的垂直分布與剖面有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)4不同恢復(fù)地土壤微生物指標(biāo)與其他指標(biāo)的變化(1)煤礦開采后,人為的改變了土壤原有的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì),土壤微生物種群和數(shù)量都發(fā)生了很大改變,雖然經(jīng)過多年種植人工林地進(jìn)行恢復(fù),但到目前仍未能恢復(fù)到開采前的水平。土壤微生物的恢復(fù)受到植被類型、蓋度等多種因素的影響,相關(guān)內(nèi)容將在后面的研究中進(jìn)一步探討。(2)不同植被恢復(fù)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(fù)地>果樹恢復(fù)地>火炬樹恢復(fù)地>沙棘恢復(fù)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,