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《2017第七届泛环渤海生物化学与分子生物学会学术交流会论文集》2017年
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露天煤矿复垦土壤微生物群落结构研究

贺龙  李艳琴  李彬春  
【摘要】:露天煤矿开采造成严重的环境污染和生态破坏。矿区废弃地的生态修复已成为维持人类生存环境稳定、煤炭工业可持续发展的必要措施。本研究以安太堡露天煤矿复垦区16个不同复垦模式样地(包括不同的复垦植被和复垦年限)为研究对象,首先,用PCR-DGGE技术分析不同复垦模式对土壤细菌和真菌的影响。结果表明,土壤细菌和真菌多样性指数均因不同复垦模式而显著变化;从细菌多样性的角度来看,杨树和油松比较有优势;从真菌多样性的角度来看,榆树比较有优势;随复垦年限的延长,真菌多样性指数有增大的趋势。聚类分析和PCA均显示,相近复垦年限的土样细菌和真菌群落结构相似性较高。相关性分析表明,细菌和真菌多样性指数与土壤pH、有机碳、总氮、碳氮比和绝对含水量之间都不存在显著相关性。冗余分析(RDA)结果表明,土壤pH、有机碳(0C)、总氮(TN)、碳氮比(C/N)和绝对含水量(WC)对土壤细菌和真菌的群落演替分布均没有显著影响。细菌优势和差异条带测序鉴定出Nitrospira、Sphingomonas、Arthrobacter、Brachybacterium、Streptomyces、Rhizobium、Devosia、Microvirga以及Mesorhizobium等或参与氮循环、或与植物共生固氮、或降解多环芳烃类有机物等有利于污染上壤的生态修复和肥力恢复的功能细菌属。真菌则鉴定出Phoma、Fusarium、Myrothecium、Pycnoporus以及Cladosporium等或吸附重金属、或产漆酶等降解多环芳烃类有机物、或与植物共生等有利于矿区生态修复的功能真菌属;其中也存在一些致病菌,危害动植物甚至人类的健康。其次,采用荧光定量PCR技术定最分析不同复垦模式土壤与氮循环相关功能微生物的丰度差异,其中包括与硝化作用相关的氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古细菌(AOA)的amoA基因、固氮微生物nifH基因和与反硝化作用相关的反硝化细菌的nirS和nirK基因,并用PCR-DGGE技术分析不同复垦模式对AOB-amoA、AOA-amoA和nifH基因的群落结构及多样性的影响。结果表明,所有土样中,AOA-amoA丰度均极显著高于AOB-amoA;nifH基因丰度无明显规律;油松和沙棘土样中nirS丰度极显著高于nirK,榆树、刺槐和云杉土样中二者丰度正好相反;多数土样中AOB-amoA的多样性指数显著高于AOA-amoA;固氮微生物nifH的多样性指数因不同复垦模式而显著变化,但无明显规律。相关性分析表明,AOA-amoA、nifH和nirS的丰度均与WC有相关性,前一者是极显著负相关,后两者是显著正相关;AOB-amoA的多样性指数只是与TN有极显著负相关性;而AOA-amoA的多样性指数恰恰只与TN没有相关性,与pH呈显著正相关、与0C、C/N和WC呈显著负相关;固氮微生物nifH的多样性指数与C/N呈显著负相关。RDA结果显示,土壤pH、0C、TN、C/N和WC对功能微生物丰度及多样性指数有不同程度的影响,并且土壤0C和TN达到极显著水平,WC达到显著水平。可见,土壤pH、WC、0C、TN和C/N可能是影响功能微生物群落的重要环境因子。最后,通过对土样理化因子和微生物的多样性指数及丰度结果进行PCA分析,计算获得土壤综合肥力指标(IFI),结果表明,复垦年限较长的土样其IFI较高,刺槐、油松、杨树和榆树样地的IFI都比较高,可作为矿区复垦土壤肥力恢复的优选植被。

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