矿区植被恢复方式对土壤微生物和酶活性的影响

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,土壤微生物和酶活性可作为评价土壤恢复质量的敏感因子.本研究将以山西省安太堡煤矿复垦区作为对象,分析植被恢复方式对土壤微生物和酶活的影响.结果表明,不同植被方式对土壤理化特征、参与氮代谢的3类菌群(固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌)和4种酶活性(蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和多酚氧化酶活)均有显著影响.土壤总氮含量与固氮菌和硝化细菌数量均显著相关,而与反硝化细菌不相关.多酚氧化酶活性与有机碳和总氮含量之间为负相关,而其它3种酶与有机碳和总氮之间呈正相关.通过主成分分析计算综合肥力指标,刺槐-油松混交林土壤综合肥力指标最高,而未复垦综合肥力指标最低.可见,刺槐-油松混交林是晋西北干旱区矿区复垦较为适宜的植被恢复模式.     

汾河水体抗生素抗性基因赋存特征

抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）被认为是一种新型污染物,而水环境系统是ARGs释放和传播的重要媒介.为探究汾河水体环境中ARGs的赋存特征及分布特征,选取汾河水体从源头到入黄口的12个位点,对环境因子、ARGs的丰度及多样性,以及二者之间的关系进行研究.结果表明,汾河水体中检测到62种ARGs、6种可移动遗传元件（Mobile genetic elements,MGEs）;ARGs和MGEs相对丰度在水体中呈现中游>下游>上游的趋势.bla_TEM和intⅠ1分别是ARGs和MGEs中占主导的基因.bla_TEM与tet W、tet B、tet M、ΣARGs、ΣMGEs均呈正相关;整合子intⅠ1与bla_TEM、sulⅠ、sulⅡ、ΣARGs之间均呈正相关（p<0.05）,说明整合子对汾河水体ARGs的转移和富集具有重要作用.pH与sulⅠ、sulⅡ及ΣMGEs呈负相关（p<0.05）;COD和TN与bla_TEM、tet W、f...     

矿区不同复垦措施下土壤呼吸与环境因子关系的研究

为研究不同植被恢复方式和施肥处理下土壤呼吸的季节变化的影响因素,对山西省孝义市露天矿区复垦区土壤呼吸、温度和水分进行了2年的野外观测,采用不同单双变量模型分析了土壤呼吸与温度、水分间的关系.结果表明,植被恢复方式和施肥处理及其交互作用均显著影响土壤基础呼吸速率(R10)和土壤温度敏感性指数(Q10).在单变量模型分析中,百脉根和苜蓿草本恢复方式下,土壤呼吸与土壤温度间拟合水平较高,而油松林和混交林乔木恢复方式下,土壤呼吸与土壤水分间拟合水平较高;剔除土壤水分低于10%时的土壤呼吸值,可提高土壤呼吸与温度间拟合水平;对土壤呼吸值进行标准化,可提高土壤呼吸与水分间拟合水平.相较于其它施肥处理,有机肥处理的样地土壤呼吸与温度间拟合系数较高,而土壤呼吸与水分间的拟合系数较小.土壤呼吸与温度、水分间4个双因子模型的拟合系数因植被恢复方式和施肥不同而有所不同.总之,土壤呼吸与温度、水分间双变量模型比单变量模型可更准确预测土壤碳通量值.     

黄土高原东部山区两种灌木群落的土壤碳通量研究

用动态气室法对2个灌木群落(样地1:黄刺玫+荆条Rosa xanthina+Vitex negundo;样地2:沙棘Periploca sepium)的土壤碳通量进行了连续4年(2005～2008年)的定位测定,研究灌木群落土壤碳通量的年内、年际变化与土壤温度和水分的关系.结果表明:土壤碳通量具有明显的季节变化特点,受土壤温度和水分的影响,土壤碳通量的最大值出现在土壤温度和水分均较高的月份,最低值出现在3、12月以及其它较为干旱的月份;2个灌木群落4年土壤碳通量的平均值分别为(5.20±4.02)、(3.21±2.38)、(3.48±2.48)、(2.73±1.46)μmol.m-.2s-1和(6.10±4.31)、(3.90±2.54)、(3.89±3.07)、(3.92±2.71)μmol.m-.2s-1(以CO2计),4年的总平均值为(4.02±3.08)μmol.m-.2s-1.2个灌木群落4年土壤碳通量的总平均值分别为1002和1169 g.m-.2a-1(以C计),样地间差异不显著(p=0.35).剔除土壤水分胁迫时测定的数据后,指数函数可以很好地拟合土壤碳通量与土壤温度的关系,方程的决定系数分别在0.47～0.85和0.78～0.85之间;样地1和样地2的土壤碳通量温度敏感性指数(Q10值)分别在1.88～2.73和3.61～4.28之间.土壤水分对土壤碳通量的影响在样地1较为明显.但是,对4年测定所有数据的分段分析表明,生长季土壤水分对土壤碳通量影响显著(p0.05),非生长季土壤温度对土壤碳通量影响显著(p0.05).用包含土壤水分和土壤温度的4个双变量关系方程可提高模型的预测能力,R2值在0.52～0.89之间.研究结果可为黄土高原东部山区灌丛土壤碳通量乃至生态系统碳平衡研究提供参考.     

铜尾矿库区土壤重金属及微生物重金属抗性基因空间分异特征

重金属污染的长期存在,使环境中的微生物保持并不断强化其自身重金属抗性.为了研究长期污染场地重金属污染水平和土壤中微生物重金属抗性之间的关系,本文以山西省灵丘县刁泉铜矿尾矿库区及其周边为研究对象,研究了不同立地条件下土壤重金属含量特征以及重金属抗性基因的丰度与分布,采用Hakanson潜在生态风险指数法对该区域的生态环境风险进行了评估,并对重金属及重金属抗性基因进行相关分析.结果表明:①研究区土壤重金属污染严重,7种重金属Cr、Ni、Zn、As、Cd、Cu、Pb含量均超过山西土壤背景值,单因子潜在生态危害程度顺序基本上为CdPbCuAsNiZnCr.②尾矿库区存在不同程度的生态危害,尾矿坝、草地属于很强生态危害,林地、农田处于强生态危害,不同样地间的潜在生态风险顺序为草地尾矿坝农田林地.③相对丰度较高的重金属抗性基因主要是针对Cu、As的抗性,针对Cu抗性以cop基因为主,针对As抗性以ars基因为主.④除copA基因与重金属之间存在显著相关性外,其他重金属抗性基因与重金属含量之间的相关性不显著.     

不同取样尺度和数量下针阔混交林土壤呼吸的空间异质性

区域土壤呼吸通量估算大多用样地尺度的测定结果进行外推,因此对样地尺度土壤呼吸(Rs)及其影响因子的空间关系和取样尺度、取样数量对测定结果的准确性进行评价非常重要.以山西省庞泉沟自然保护区针阔混交林作为研究样地,运用传统统计分析与地统计分析相结合的方法,分析了4、2、1 m取样尺度下土壤水分(Ws)、土壤温度(T10)、凋落物量(Lw)、凋落物含水量(Lm)、土壤全碳(C)、全氮(N)和全碳/全氮(C/N)对土壤呼吸速率(Rs)空间变异的影响.结果表明3个取样间隔下,Rs的均值没有显著差异,但其变异程度随着取样尺度的增大而增加,变异系数在16%~22%之间.在4 m取样间隔下,Rs与Ws、Lw、C、C/N呈极显著正相关(P0.01),与N呈显著正相关(P0.05);在2 m取样间隔下,Rs与T10呈极显著负相关(P0.01),与其他因子相关不显著;在1 m取样间隔下,Rs与其他影响因子的相关性都不显著.随着取样尺度的减小,Rs的空间自相关性逐渐减弱,由高度自相关变为弱相关,表明随着采样距离的减小,结构因素对Rs的作用减弱,随机因素的作用逐渐增大.同一置信水平下相同取样数量随着取样尺度的减小,估计误差降低.95%置信水平下,2 m和1 m取样尺度时9个样本产生的Rs误差在±12%左右,而4 m尺度的误差为±16%;90%置信水平下,2 m和1 m取样尺度时9个样本产生的误差在±10%以内,4 m尺度则为±13%.研究结果可以为样地尺度进行Rs季节测定样点的科学布设提供依据.     

关帝山不同海拔土壤碳矿化和微生物特征

以山西省关帝山不同海拔的8个样地土壤为研究对象,分析不同海拔土壤碳氮含量、土壤碳矿化和细菌、真菌、放线菌、固氮菌、硝化细菌和反硝化细菌6类微生物量的变化.结果表明,海拔为2163m时,土壤有机碳和活性碳1（LC1）最高,分别为74.41和6.72g/kg,在海拔2700m总氮含量最高为6.54g/kg.土壤碳矿化累积量和碳矿化速率因海拔的升高而显著增加（P<0.05）,土壤碳矿化累积量和活性碳2（LC2）之间有显著正相关.土壤细菌、放线菌和固氮菌的数量在海拔为1791m时最高,分别为3.41×10⁶、1.90×10⁶和1.21×10⁶个/g,细菌、真菌、放线菌和固氮菌的数量随着海拔的升高而逐渐下降,与海拔之间呈显著负相关;相反,硝化细菌和反硝化细菌数量却逐渐增加,在海拔为2700m时最高,分别为1.37×10⁴和6.02×10³个/g,它们与海拔和总氮之间的关系呈显著正相关（P<0.01）.总之,土壤有机碳、总氮、碳矿化累积量、硝化细菌和反硝化细菌随海拔显著增加,而细菌、真菌、放线菌和固氮菌随海拔的变化呈相反的趋势.     

煤矿区不同复垦年限的土壤有机碳矿化和酶活性特征

为了解煤矿区长期复垦的生态效应,在晋西北安太堡矿区不同复垦年限的样地采集土壤样品,研究土壤中w（SOC）、w（易降解碳1）、w（易降解碳2）和w（TN）以及有机碳矿化速率和酶活性随复垦年限的变化趋势.结果表明:① 随着复垦年限的延长,土壤容重、pH和w（易降解碳1）显著降低,而w（SOC）、w（TN）、w（易降解碳2）、有机碳矿化潜势和累积量及酶活性均呈增加趋势,复垦年限为23 a的土壤中w（SOC）和w（TN）的最高值分别为22.67和1.21 mg/g;② 相较于土壤中w（SOC）和w（TN）,w（易降解碳2）、有机碳矿化潜势和酶活性随复垦年限延长的变化更为显著,其中过氧化氢酶活性随复垦年限的变幅最大,相较于活性最低样地,25 a样地的酶活性提高了232%,可达156.27 mg/（kg·h）;③ 土壤容重与过氧化氢酶、蔗糖酶活性均呈显著负相关,与多酚氧化酶活性呈正相关.pH与w（易降解碳1）、多酚氧化酶活性均呈显著正相关,而与蔗糖酶活性呈负相关;④ 主成分分析表明,土壤综合肥力指标随复垦进程的推进逐年提高,从-1.19提高至0.86,综合肥力指标和复垦年限间的相关系数可达到0.987（P < 0.001）.可见,综合肥力指标可更全面地指示生态修复进程中的土壤演替进程.      

微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响

土壤微生物群落在生态系统过程中发挥着重要的作用,而关于土壤微生物多样性对生态系统功能的影响无一致结论.为了研究微生物多样性对土壤碳代谢特征的影响,将稀释10~(-1)、10~(-3)和10~(-5)倍(D1、D3和D5)的庞泉沟阔叶混交林土壤悬浮液接种在灭菌的土样中.通过碱式滴定法和Biolog Eco板等实验方法测定了不同多样性梯度下土壤碳矿化速率和碳代谢利用模式的变化.结果表明培养6周后,D1处理的碳矿化速率、累积碳矿化量、平均孔颜色变化率(AWCD)和多样性指数(Shannon、Mc Intosh和丰富度指数)均显著高于D5处理.且相关分析表明,累积碳矿化量和AWCD与丰富度呈显著负相关.对碳源吸光度做主成分分析(PCA)和单因素方差分析发现微生物多样性梯度的土壤碳源利用模式也存在差异.因此,微生物多样性下降影响土壤的碳矿化速率和碳源利用模式,导致陆地生态系统的功能发生改变,在森林土壤管理中,应重视土壤微生物物种多样性变化对生态系统功能的影响.     

亚高山草甸土壤呼吸的空间异质性研究

运用传统和地统计学的方法,对山西云顶山亚高山草甸的土壤呼吸、土壤温度、土壤水分和土壤有机碳的空间异质性以及它们的关系进行了分析.传统统计分析表明,土壤呼吸及环境因子均呈正态分布,变异系数在12%~24%之间,属于中等变异;土壤呼吸和土壤有机碳的相关系数(r=0.61)大于和温度(r=0.27)、水分(r=0.26)的相关系数,表明土壤有机碳对土壤呼吸空间分布的影响要远大于土壤温度和水分的影响.地统计学分析结果表明,线性模型能很好地反映土壤呼吸以及环境因子的空间结构特征.土壤呼吸、土壤温度、土壤水分及土壤有机碳的C0/(C0+C)值分别为41%、3%、77%、57%,表明土壤温度具有高度的空间自相关性,土壤呼吸和土壤有机碳具有中等程度的空间自相关性,土壤水分表现出较弱的空间自相关性,结构因素对土壤温度和土壤呼吸的空间分布起着主导作用,而随机因素对土壤水分和土壤有机碳的空间变异则起着主导作用;土壤呼吸、温度和水分的变程均为53.2 m,有机碳的变程为52.1 m;土壤呼吸和土壤温度具有较好的分形特征,存在尺度上的依赖性.分维数从大到小依次为:土壤水分(1.96)>土壤有机碳(1.95)>土壤呼吸(1.85)>土壤温度(1.60),表明土壤水分依赖于尺度的变异最小,空间分布结构最复杂,而土壤温度的空间分布格局最简单;土壤呼吸的空间分布表现出与土壤水分和有机碳相似的特点,并表现出自己的规律性.随着置信水平和估计精度的降低,土壤呼吸及其影响因子所要求的采样数量均出现较大幅度的下降.