安太堡矿区生态修复进程中土壤微生物和植被协同演替机制

Ecological degradation in the mining areas greatly aggravated in recent several decades, where ecological restoration have become the primary measures for the sustainable development. Ecosystem development, in the processes of ecological restoration of the mining areas, was mainly regulated by the succession of soil microbes and vegetation. There has been a number of studies on the succession dynamic of vegetation, however, the succession dynamic of soil microbes and the collaborative succession mechanisms between microbes and vegetation still remain poorly understood. In this project, soil samples will be collected in Antaibao mining area, where the vegetation succession patterns are obvious. The extracted total DNA will be used for the molercular analysis of bacteria, archaea, fungi, ammonia-oxidizing bacteria and archaea, and mycorrhiza fungi. The abundance, community compositions,diversity indices of restricted-enzyme fragments will be determined. The indices and model for microbial community will be established using quantitative ecology method. This project will aim to reveal soil microbial succession dynamic, and find the collaborative succession mechanisms between microbes and vegetation. The results will provide scientific guidance for both plants configuration and management on the mining ecological restoration in loess area of Shanxi, Shaanxi and Inner Mongolia.

矿区废弃地生态退化形势严峻，生态修复已成为矿区可持续发展的主要措施，土壤微生物和植被演替决定着矿区废弃地修复进程中生态系统发育动态。目前对矿区生态修复进程中植被演替规律已有较多研究，而对土壤微生物群落演替动态及其与植被间协同演替机制研究甚少。本项目以植被演替梯度格局明显的安太堡露天煤矿复垦地为研究对象，进行野外植被调查和土壤取样，室内对土壤细菌、古菌和真菌三域微生物及氨氧化细菌、氨氧化古菌及菌根真菌功能菌群进行分子生物学分析，获得其各自基因丰度、酶切片段多样性和主要类群组成。借助数量生态学方法，建立评价土壤微生物群落的指标和模型，分析土壤微生物群落季节和年度变化特征，及土壤微生物与植被间协同演替机制。该项目完成不仅从理论上可揭示土壤微生物群落演替规律，阐明土壤微生物与植被间协同演替机制，而且可为晋陕蒙黄土区矿区生态修复实践中的植物配置和管理提供科学指导。

矿区废弃地生态退化形势严峻，生态修复已成为矿区可持续发展的主要措施，目前对矿区生态修复中的土壤理化特征和植被群落的研究比较翔实，而关于矿区生态修复进程中土壤微生物动态特征的研究较少。因此本项目对露天矿区生态修复进程中的土壤微生物和植被的协同演替机制进行了研究，主要研究结果分为三部分：(1)在初期的复垦阶段的施肥实验中发现，真菌与细菌及真菌与古菌之间的比例会因施肥而显著增加，百脉根样地的微生物和植被多样性指数最低，植被类型和施肥及其相互作用均显著微生物多样性指数，易降解碳库2在七月是影响植被和微生物群落的显著因子，可见微生物和植被之间存在营养竞争。高的正负关联比出现在细菌群落中，说明细菌比古菌和真菌演替进程更快，同一植被复垦方式下的微生物聚类距离比同一肥料下的，说明植被恢复方式对土壤微生物影响更大。（2）在对5个复垦18 a的样地和1个覆土1a的研究中发现，复垦植被类型会显著影响土壤营养含量、酶活性和微生物群落，土壤有机碳含量可很好地表征酶活性和微生物丰度和组成的差异性，土壤酶活性与真菌丰度之间的相关性高于其与细菌或古菌之间的相关性，在混交林中土壤碳氮、酶活性及微生物丰度和多样性指数均高于对照对照样地，可见混交林是适合于干旱和半干旱的黄土高原区复垦。（3）对41个样地进行植被调查和土壤微生物进行454高通量测序，根据植被调查的聚类排序后分为了11个组，结果表明在细菌、古菌和真菌中变形杆菌门、泉古菌门和子囊菌门是三域微生物中含量最高的，植被在细菌的多样性和聚类中发挥着更为重要的作用，而土壤特征尤其是氮含量对土壤真菌的多样性和演替更为重要，Spearman秩相关分析和相关分析表明在长期演替进程中细菌和古菌群落群落随着植被协同演替，而真菌群落的演替滞后于植被群落的演替。总之，矿区生态修复进程中植被群落对细菌、古菌和真菌群落的丰度、多样性和组成的作用有所不同。