本文關(guān)鍵詞：西部煤礦區(qū)開采擾動對根際微生態(tài)影響及微生物復(fù)墾效應(yīng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：神府-東勝礦區(qū)地處干旱半干旱區(qū),煤炭大規(guī)模超強(qiáng)度開采為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來巨大貢獻(xiàn)的同時,也產(chǎn)生了地面沉陷、地表裂縫,土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤水分養(yǎng)分流失、植物根系拉傷受損、植被破壞、微生物多樣性降低等一系列的生態(tài)環(huán)境問題,亟需進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。本文在神東補(bǔ)連塔礦區(qū)開展了煤炭開采過程對根際微生態(tài)的影響研究,深入探討了沉陷區(qū)及其不同因素下植物根際微環(huán)境自修復(fù)能力,在生態(tài)自修復(fù)2年后,應(yīng)用454高通量測序技術(shù)開展了植物根內(nèi)AM真菌多樣性研究。研究結(jié)果顯示,采煤沉陷區(qū)根際微生態(tài)在一定程度上具有緩慢的自修復(fù)能力。為加速礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)速度,開展了不同微生物組合對采煤沉陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)研究。礦區(qū)生態(tài)自修復(fù)和微生物復(fù)墾受水分和養(yǎng)分限制,因此,室內(nèi)模擬了干旱脅迫下AM真菌與秸稈覆蓋聯(lián)合修復(fù)生態(tài)效應(yīng)。上述試驗(yàn)的開展為西部礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾與生態(tài)重建提供了科學(xué)理論依據(jù)和技術(shù)支持。主要得到以下結(jié)論:1.礦區(qū)植物根際微生物和酶活性受地面沉陷、地表裂縫、坡向、坡位、植物種類和植物規(guī)格的影響較大,但微生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,總是表現(xiàn)為細(xì)菌數(shù)量放線菌真菌。采后1年,地面沉陷降低了沙柳根際微生物數(shù)量,地表裂縫顯著增加了沙蒿根際微生物數(shù)量;煤炭開采顯著增加了迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡沙蒿放線菌數(shù)量,降低了細(xì)菌和真菌數(shù)量,微生物各種群數(shù)量表現(xiàn)為背風(fēng)坡迎風(fēng)坡;不同植物中,楊樹根際細(xì)菌和真菌數(shù)量最多,早熟禾放線菌數(shù)量最多;楊樹不同規(guī)格上,以大楊樹的微生物數(shù)量最高。采后1年,磷酸酶活性自修復(fù)表現(xiàn)出沉陷區(qū)顯著未沉陷區(qū),沙蒿裂縫沙蒿,迎風(fēng)坡坡中的楊樹和沙蒿磷酸酶顯著降低,早熟禾磷酸酶活性增加;背風(fēng)坡、迎風(fēng)坡坡頂和坡底沙蒿根際磷酸酶和脲酶活性顯著增加;沙蒿和早熟禾脲酶活性降低;楊樹不同規(guī)格上,大楊樹磷酸酶和脲酶活性顯著增加。2.與采前相比,采后1年,植物根際土壤pH值和電導(dǎo)率顯著下降,在降低土壤堿性危害上,背風(fēng)坡效果迎風(fēng)坡。在有效磷方面,裂縫經(jīng)過的沙蒿有效磷含量顯著高于采中水平;地面沉陷顯著降低了沙柳和沙蒿有效磷含量,采后1年遠(yuǎn)未恢復(fù)到采前水平,但迎風(fēng)坡恢復(fù)的速度比背風(fēng)坡快;地面沉陷增加了楊樹和早熟禾的有效磷,自修復(fù)效果為大楊樹中楊樹小楊樹。生態(tài)自修復(fù)1年后,沉陷區(qū)和裂縫區(qū)菌根侵染率高于采前水平,侵染率表現(xiàn)為背風(fēng)坡迎風(fēng)坡頂迎風(fēng)坡中,煤炭開采顯著增加了早熟禾、大楊樹的菌根侵染率,降低了中楊樹和小楊樹的侵染率。煤炭開采增加了菌絲密度,地面沉陷降低了孢子密度。3.生態(tài)自修復(fù)2年后,植物根內(nèi)AM真菌多樣性和群落組成受采煤沉陷、地形及宿主植物的影響。研究區(qū)沙柳根內(nèi)所有的OTU數(shù)是19,占已報道沙柳根圍AM真菌物種數(shù)的51.4%;沙蒿根內(nèi)所有的OTU數(shù)是25,占已報道沙蒿根圍AM真菌數(shù)的89.3%,檸條根內(nèi)所有的otu數(shù)是21,占已報道檸條根圍am真菌數(shù)的87.5%。與未沉陷區(qū)相比,地面沉陷降低了沙柳根內(nèi)am真菌otu的chao豐度指數(shù),提高了shannon多樣性;兩區(qū)域共同占有12個otu,優(yōu)勢otu是otu6和otu21,優(yōu)勢科是glomeraceae。不同坡位、坡向上,迎風(fēng)坡坡底的chao豐度指數(shù)、shannon多樣性最高,不同位置沙蒿根內(nèi)am真菌群落組成相似度很高,且沙蒿根內(nèi)am真菌的優(yōu)勢otu均是otu6;不同位置的沙蒿100%分布在glomeraceae。沙蒿、檸條和沙柳相比,沙蒿的chao豐度指數(shù)、shannon多樣性最高,3種植物根內(nèi)am真菌群落組成相似度很高,am真菌優(yōu)勢科是glomeraceae。4.應(yīng)用微生物進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾,可以加速生態(tài)恢復(fù)速度。微生物復(fù)墾顯著提高了紫穗槐成活率,且成活率穩(wěn)定在90%以上;顯著促進(jìn)了紫穗槐株高、冠幅的增加。其中,單一接種g.i最能有效提高植物成活率,單一接種g.m對植物生長促進(jìn)作用效果最好。隨著復(fù)墾時間的延長,各處理紫穗槐根際土壤的磷酸酶活性均表現(xiàn)出逐漸上升趨勢。球囊霉素是土壤有機(jī)碳的重要組成部分,在土壤質(zhì)量的動態(tài)變化中反應(yīng)敏感。相同時間下,微生物復(fù)墾能夠促進(jìn)細(xì)菌、真菌、放線、微生物總數(shù)、磷酸酶、球囊霉素、有機(jī)碳、有效磷、堿解氮含量的增加,微生物復(fù)墾技術(shù)在一定程度上能夠有效遏制土壤養(yǎng)分貧瘠對礦區(qū)植被生態(tài)恢復(fù)的制約。微生物復(fù)墾14個月后,處理間磷酸酶活性差異性最明顯,各處理紫穗槐根際土壤磷酸酶活性大小順序依次是處理g.ig.mg.m+cag.m+g.icack,各處理增幅64%~110%;種植紫穗槐能夠降低土壤ph值0.91~1.29個單位,與對照組相比,接菌組能在短期內(nèi)顯著改善堿性環(huán)境脅迫的影響。與對照組相比,微生物復(fù)墾顯著提高了紫穗槐菌根侵染率、菌絲密度和孢子密度,菌根侵染率、菌絲密度和孢子密度在不同復(fù)墾時間受不同微生物的顯著影響。根系是植物的重要器官,在吸收水分養(yǎng)分過程中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn),與對照組相比,接菌組紫穗槐根系總長度、總投影面積、總表面積、總體積和總根尖數(shù)均得到顯著增加。接種后2個月~11個月,接菌組根系平均直徑對照組;接種接種后14個月,根系平均直徑為接菌組對照組。5.微生物復(fù)墾2年后,從不同處理紫穗槐根系17個樣品中獲得優(yōu)化序列76006條,序列平均長度447bp,序列優(yōu)化率78%,得到34個otu。其中,處理g.m+g.i、g.i、g.m、g.m+ca、ca、ck的otu數(shù)分別是13、13、26、27、17和21個,接種g.m+ca和g.m能夠增加am真菌物種多樣性,促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。5種接菌處理共有的otu數(shù)有8個,am真菌群落組成相似度較高;otu6、otu21、otu10、otu28分布在80%以上的樣品中,具有廣泛的分布性。各個處理的am真菌優(yōu)勢科都是glomeraceae,其中,處理g.i、g.m、ca和ck的am真菌100%為glomeraceae,處理g.m+ca、g.m+g.i分布在glomeraceae和diversisporaceae中。6.接種AM真菌、秸稈覆蓋及AM真菌與秸稈覆蓋聯(lián)合作用3種抗旱保水措施,能夠有效緩解干旱脅迫對植物生長的危害。干旱脅迫下,AM真菌與秸稈覆蓋聯(lián)合措施需水量最少,比正常供水減少14%,同時能夠增加土壤有效磷含量。與正常供水相比,干旱脅迫顯著降低了玉米生物量,AM真菌與秸稈覆蓋聯(lián)合的效果好于單一接種AM真菌和秸稈覆蓋處理。接種AM真菌處理與秸稈覆蓋處理能有效增加土壤有效磷含量,同時秸稈覆蓋AM真菌與秸稈覆蓋聯(lián)合。接種AM真菌有助于植物根系與AM真菌的相互融合,干旱脅迫增加了菌根侵染率,接種AM真菌處理侵染強(qiáng)度最高。干旱脅迫降低了菌絲密度,正常供水下接種AM真菌的菌絲密度最高,達(dá)到3.11 m·g-1。干旱脅迫顯著提高了葉片脯氨酸含量,正常供水下接種AM真菌處理植物葉片脯氨酸含量最低。與正常供水相比,干旱脅迫提高了葉片和根系的全氮含量;提高了AM真菌處理和秸稈覆蓋處理葉片全磷含量,降低了根系全磷含量。
【關(guān)鍵詞】：生態(tài)自修復(fù) 微生物復(fù)墾 地面沉陷 地表裂縫 生態(tài)效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD88
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-16
• 第一章 引言16-28
• 1.1 研究背景與研究意義16-17
• 1.1.1 研究背景16
• 1.1.2 研究意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-24
• 1.2.1 開采沉陷對生態(tài)環(huán)境影響17-18
• 1.2.2 地表裂縫對生態(tài)環(huán)境影響18-19
• 1.2.3 礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)重建19-22
• 1.2.4 AM真菌多樣性研究22-23
• 1.2.5 保水措施及其在礦區(qū)生態(tài)治理中的應(yīng)用23-24
• 1.3 研究思路和研究內(nèi)容24-28
• 1.3.1 研究思路24-25
• 1.3.2 研究內(nèi)容25-28
• 第二章 煤炭開采過程對根際微生態(tài)的影響28-68
• 2.1 材料和方法28-31
• 2.1.1 研究區(qū)概況28-29
• 2.1.2 供試植物29-30
• 2.1.3 試驗(yàn)方法30
• 2.1.4 樣品采集與處理30
• 2.1.5 指標(biāo)測定與計算方法30-31
• 2.1.6 數(shù)據(jù)處理31
• 2.2 結(jié)果與分析31-63
• 2.2.1 地面沉陷對根際微生態(tài)的影響31-37
• 2.2.2 地表裂縫對根際微生態(tài)的影響37-42
• 2.2.3 不同坡向?qū)ι齿锔H微生態(tài)的影響42-47
• 2.2.4 不同坡位對沙蒿根際微生態(tài)的影響47-52
• 2.2.5 植物種類對根際微生態(tài)的影響52-58
• 2.2.6 植物規(guī)格對根際微生態(tài)的影響58-63
• 2.3 討論63-66
• 2.4 小結(jié)66-68
• 第三章 煤炭開采后生態(tài)自修復(fù)對AM真菌多樣性的影響68-96
• 3.1 材料和方法68-74
• 3.1.1 研究區(qū)概況68
• 3.1.2 試驗(yàn)設(shè)計68-69
• 3.1.3 樣品的采集與處理69
• 3.1.4 試驗(yàn)儀器及試劑69-70
• 3.1.5 試驗(yàn)步驟與方法70-72
• 3.1.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及方法72-74
• 3.2 結(jié)果與分析74-91
• 3.2.1 植物根系DNA純度、完整性和總量檢測74
• 3.2.2 PCR擴(kuò)增結(jié)果檢測74-75
• 3.2.3 地面沉陷對沙柳根內(nèi)AM真菌多樣性的影響75-80
• 3.2.4 坡位、坡向?qū)ι齿锔鶅?nèi)AM真菌多樣性的影響80-85
• 3.2.5 不同植物根內(nèi)AM真菌多樣性85-91
• 3.3 討論91-95
• 3.3.1 生態(tài)自修復(fù)下植物根內(nèi)AM真菌多樣性91-93
• 3.3.2 生態(tài)自修復(fù)下植物根內(nèi)AM真菌群落組成93-95
• 3.3.3 方法學(xué)討論95
• 3.4 小結(jié)95-96
• 第四章 不同微生物組合對采煤沉陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)96-114
• 4.1 材料和方法96-100
• 4.1.1 研究區(qū)概況96-97
• 4.1.2 試驗(yàn)材料97
• 4.1.3 試驗(yàn)設(shè)計和田間管理97-98
• 4.1.4 根管埋設(shè)及監(jiān)測方法98
• 4.1.5 樣品的采集與處理98-99
• 4.1.6 指標(biāo)測定與計算方法99-100
• 4.1.7 數(shù)據(jù)處理100
• 4.2 結(jié)果與分析100-110
• 4.2.1 不同處理對紫穗槐成活率的影響100
• 4.2.2 不同處理對紫穗槐生長的影響100-101
• 4.2.3 不同處理對紫穗槐根系侵染率的影響101-102
• 4.2.4 不同處理對菌絲密度的影響102-103
• 4.2.5 不同處理對孢子密度的影響103
• 4.2.6 不同處理對紫穗槐根系發(fā)育的影響103-104
• 4.2.7 不同處理對紫穗槐根際土壤微生物的影響104-106
• 4.2.8 不同處理對紫穗槐根際土壤磷酸酶活性的影響106-107
• 4.2.9 不同處理對紫穗槐根際球囊霉素含量的影響107-109
• 4.2.10 不同處理對紫穗槐根際土壤基本理化性狀的的影響109-110
• 4.3 討論110-112
• 4.4 小結(jié)112-114
• 第五章 微生物復(fù)墾對AM真菌多樣性的影響114-128
• 5.1 材料和方法114-115
• 5.1.1 研究區(qū)概況114
• 5.1.2 試驗(yàn)材料114
• 5.1.3 試驗(yàn)設(shè)計114-115
• 5.1.4 樣品的采集與處理115
• 5.1.5 所需儀器及試劑115
• 5.1.6 試驗(yàn)步驟與方法115
• 5.1.7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及方法115
• 5.2 結(jié)果與分析115-123
• 5.2.1 不同處理對紫穗槐菌根侵染率的影響115-116
• 5.2.2 DNA純度、完整性和總量檢測116
• 5.2.3 PCR擴(kuò)增結(jié)果檢測116
• 5.2.4 高通量測序數(shù)據(jù)統(tǒng)計116-117
• 5.2.5 紫穗槐各樣品稀釋性曲線117-118
• 5.2.6 紫穗槐根內(nèi)AM真菌多樣性118
• 5.2.7 不同處理Rank-Abundance曲線118-119
• 5.2.8 不同處理OTU分布Venn圖119-120
• 5.2.9 紫穗槐根內(nèi)AM真菌群落組成120-121
• 5.2.10 紫穗槐各樣品群落組成相似度121
• 5.2.11 紫穗槐各樣品群落Heatmap圖121-123
• 5.3 討論123-126
• 5.3.1 AM真菌的多樣性123-124
• 5.3.2 AM真菌的群落組成124-126
• 5.4 小結(jié)126-128
• 第六章 干旱脅迫下AM真菌與秸稈覆蓋聯(lián)合修復(fù)生態(tài)效應(yīng)128-138
• 6.1 材料和方法128-130
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)材料128-129
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計129
• 6.1.3 實(shí)驗(yàn)管理129
• 6.1.4 樣品的采集與處理129-130
• 6.1.5 指標(biāo)測定和方法130
• 6.1.6 數(shù)據(jù)處理130
• 6.2 結(jié)果與分析130-135
• 6.2.1 不同處理對植株生長的影響130-131
• 6.2.2 不同處理對菌根侵染率的影響131-132
• 6.2.3 不同處理對菌絲密度的影響132-133
• 6.2.4 不同處理對植株養(yǎng)分分布的影響133-134
• 6.2.5 不同處理對玉米葉片脯氨酸含量的影響134
• 6.2.6 不同處理對土壤有效磷含量的影響134-135
• 6.3 討論135-136
• 6.4 小結(jié)136-138
• 第七章 結(jié)論與展望138-142
• 7.1 主要結(jié)論138-140
• 7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)140
• 7.3 研究展望140-142
• 參考 文獻(xiàn)142-158
• 致謝158-160
• 作者簡介160
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文160
• 在學(xué)期間參加科研項目160

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王升躍;;新一代高通量測序技術(shù)及其臨床應(yīng)用前景[J];廣東醫(yī)學(xué);2010年03期

2 鐘傳青,黃為一;不同種類解磷微生物的溶磷效果及其磷酸酶活性的變化[J];土壤學(xué)報;2005年02期

  本文關(guān)鍵詞：西部煤礦區(qū)開采擾動對根際微生態(tài)影響及微生物復(fù)墾效應(yīng)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：345182