复垦矿区重金属对土壤微生物群落的影响

为研究矿区复垦土壤重金属污染水平与土壤微生物群落多样性的关系,以及重金属污染对人体的潜在健康风险,该文以淮北朔里矿周边土壤为研究对象,采用高通量测序方法,研究土壤微生物群落结构的变化,并分析其结构与重金属污染及土壤环境要素的相关性,并对土壤重金属污染进行健康风险评价。结果表明:(1)朔里矿周边土壤重金属含量普遍偏高,内梅罗综合污染指数属于轻度或中度污染,主要污染物为Cd,平均含量为0.27 mg/kg;(2)复垦土壤pH值、有机质、硝态氮以及有效磷含量明显高于未复垦土壤含量,有效钾含量为复垦土壤低于未复垦土壤,氨氮与电导率则无显著差别;(3)高通量测序分析结果显示,复垦土壤与未复垦土壤细菌群落结构有显著差异。各样点中变形菌门丰度最大,未复垦土壤中变形菌门丰度略小于复垦土壤,酸杆菌、浮霉菌、蓝细菌则完全相反,同时在复垦土壤中发现了少量的NC10,该菌种在未复垦土壤中几乎没有。此外,Alpha指数显示未复垦土壤和复垦土壤的群落丰富度和群落多样性略有差异,但不显著。冗余分析表明,丰度较高的变形菌(Proteobacteria)、放线菌(Actinobacteria)、蓝细菌(Cyanobac...     

东部平原矿区复垦土壤微生物群落特征及其组装过程

复垦对恢复矿区土壤生产力极为重要,但复垦土壤生产力重建的微生物学机制尚不清晰.为此,采集复垦8 a、复垦11 a、复垦14 a和复垦17 a这4个复垦时长和1个未复垦对照共75个表层土样进行16S rRNA扩增子高通量测序,分析微生物群落组成、潜在功能及其组装机制.结果表明：(1)群落丰富度随复垦时间增加而增加,且高于对照样.但群落多样性和均匀度却随复垦时间增加而降低(P<0.05);(2)复垦土壤中酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)占主导地位,且前两者相对丰度显著高于对照样(P<0.05),后两者则相反(P<0.05);(3)复垦土壤中辅酶转运与代谢、翻译、核糖体结构与生物发生等8种功能呈正向演替,随复垦时长不断增强;(4)平原矿区微生物群落生态网络模块性良好,且关键类群多属酸杆菌门和拟杆菌门.群落组装以确定性过程为主导,同质性选择贡献最大,主要受当地特殊环境操控.这些发现为改善复垦土壤生产力和生态服务提供了理论依据.     

设施番茄种植年限对土壤理化性质及微生物群落的影响

为探究设施番茄种植年限对土壤理化性质和微生物群落影响,以种植1~3 a、5~7 a和>10 a的设施番茄耕层土壤为研究对象,采用常规分析方法测定土壤理化性质,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术测定土壤微生物群落结构和多样性.结果表明,随着种植年限的延长,土壤容重和pH呈现降低趋势,最大持水量和有机质等指标逐渐增加,电导率（EC值）和全盐含量先降低后升高,显现出土壤次生盐渍化的趋势,其中土壤有机质、全氮和速效钾含量不同连作年限间差异显著（P<0.05）.土壤碱性磷酸酶在种植1~3 a与5~7 a存在显著性差异.各处理间真菌群落相对丰度存在显著性差异,Simpson指数和Shannon指数先升高后降低,Chao1指数逐渐降低;在属水平上,随种植年限的增加,链霉菌属（Streptomyces）等有益细菌群落相对丰度升高成为优势菌属;曲霉菌属（Aspergillus）和Pseudaleuria等致病真菌群落相对丰度逐渐增加成为优势菌属.冗余分析表明设施番茄种植年限与速效钾、速效氮呈显著正相关关系.研究认为,随种植年限的延长,设施番茄土壤次生盐渍化加重、氮磷钾养分累积和微生物群落失衡,导致设施番茄连作障碍.     

昆阳磷矿复垦土壤细菌群落特征与理化因子的相关性分析

通过对昆阳磷矿不同年限和不同植被的矿山恢复土壤进行土壤理化性状和微生物的相关研究,探讨影响微生物多样性和物种分布的关键环境因子,为理解微生物、植物和土壤环境之间的复杂关系提供帮助。     

牛粪还田对土壤微生物群落特征的影响

畜禽粪便还田对土壤质量产生了深刻影响,而土壤微生物是反映土壤质量的敏感指标.基于稀释平板计数和高通量测序技术,研究了牛粪还田区土壤微生物群落特征及其影响因素.结果表明,与对照点相比,牛粪还田区土壤微生物群落β多样性发生了显著变化;牛粪还田增加了变形杆菌门(Proteobacteria)的相对丰度,而减少了放线菌门(Actinobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度;牛粪还田显著改变了土壤微生物群落中的鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、PLTA13属、MSB-4B10属、盐单胞菌属(Halomonas)、CCD24属、Gaiella属、节杆菌属(Arthrobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)和Entotheonellaceae属的相对丰度;影响牛粪还田区土壤微生物群落组成的重要因素是土壤含水量和放线菌数量;牛粪还田增加了假单胞菌属(Pseudomonas)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium)和链球菌属(Streptococcus)等病原菌的相对丰度,对土壤质量存在一定的生物污染风险.研究结果可为深入认识牛粪还田对土壤质量的...     

雄黄矿区不同砷污染土壤中微生物群落结构及碳源利用特征

土壤砷污染是我国乃至世界范围内比较严重的环境问题.有关砷污染的生态毒理效应有很多研究,但对砷污染土壤中微生物群落的关注相对较少.本文以我国湖南省石门县雄黄矿地区长期砷污染土壤为例,采用PLFA及BIOLOG微平板技术考察了7个砷(As)污染程度不同的样点以及一个对照样点土壤微生物群落结构及碳源利用特征.结果发现,雄黄矿区存在多种重金属复合污染,除As含量较高以外,镉(Cd)和镍(Ni)的含量也超过了国家土壤环境质量三级标准.雄黄矿区土壤微生物的群落结构受到土壤有机碳(SOC)、有效磷(AP)、p H以及镁(Mg)、Cd、铁(Fe)、铜(Cu)含量的显著影响.各样点土壤微生物群落均以细菌为主,占微生物总量的71.54%~80.66%,真菌次之,放线菌最少.雄黄矿区土壤中的有效砷对微生物造成了较严重的胁迫.严重砷污染降低了微生物对于碳源利用的多样性以及均匀度.各样点微生物对于碳源的利用也表现出明显的差异.31种碳源中微生物利用较多的只有7类,分别属于糖类、胺类、羧酸类与多聚物,并且以糖类为主.     

矿区不同植被复垦模式对土壤细菌群落结构的影响

以安太堡露天煤矿复垦区为研究对象,用PCR-DGGE技术分析不同复垦植被(榆树、落叶松、杏树、云杉和刺槐)及复垦年限(15年和20年)对土壤细菌的影响.土壤细菌多样性分析结果表明:复垦20年组,榆树最高,杏树最低,其余3个植被无显著差异;复垦15年组,云杉显著高于刺槐;刺槐随复垦年限延长,其土壤细菌多样性显著增高,而云杉却反之.相似性系数分析、聚类分析和PCA均显示,相同复垦年限的土样细菌群落结构相似性高.相关性分析表明细菌多样性指数和土壤pH显著正相关.优势和差异条带测序鉴定出Nitrospira、Sphingomonas、Arthrobacter、Brachybacterium、Rhizobium以及Mesorhizobium等或参与氮循环、或降解多环芳烃及杂环有机物的细菌属.本研究说明榆树和云杉有利于土壤细菌多样性的恢复;复垦区土壤的优势菌群多为有利于污染土壤的生态修复和肥力恢复的功能细菌属.     

矿区土壤中砷污染对微生物群落的影响研究

采用梯度培养和PCR-DGGE技术,对大柳塔矿区矸石山及周边土壤的砷含量及其对土壤微生物群落的影响进行了研究,并通过测序研究了土壤微生物群落的结构。结果表明,矸石山及其周边自然表土的含水量较少,且十分相近;全磷和有机质含量普遍较高,p H呈中偏碱性;不同风化程度矸石山土壤砷含量对土壤微生物群落有显著的影响,不同砷污染负荷土壤中微生物群落的丰度存在差异;矸石山复垦年限不同,土壤理化性质会发生变化;土壤中砷含量的增高,对植物生长起关键作用的Gemmatimonas(甲烷单毛菌属)等微生物群落受到不同程度的抑制;Proteobacterium(变形菌门)具有较强的耐砷性;矸石山土壤特有的理化性质可为GASP-WA2W2_F11等微生物群落的演替创造了条件。     

铁矿区重金属污染对土壤微生物群落变化的影响

以密云水库上游某铁矿区为研究对象,采用荧光定量PCR研究了矿区内不同采样点土壤中细菌、真菌、放线菌基因数量的变化,并结合土壤的理化性质与重金属污染情况进行了相关分析. 结果表明,研究区微生物的基因数量与该地区的w(AP)(AP为有效磷)均呈显著正相关(P<0.05);细菌、放线菌的基因数量与该地区的内梅罗污染指数呈显著负相关〔二者R分别为-0.756(P<0.01)和-0.614(P<0.05)〕,而真菌的基因数量与内梅罗污染指数无显著相关性. 采用PCR-DGGE研究了细菌、真菌、放线菌的群落结构变化,冗余度分析结果表明,内梅罗污染指数对细菌、放线菌的种群分布影响较大(P<0.05),对真菌的影响则较小. 细菌、放线菌的种群多样性水平随着污染程度升高呈先升后降的趋势. 微生物数量和结构的变化都表明,不同类群的微生物对重金属敏感程度为真菌抗性最强,放线菌和细菌次之. Cd和Cu污染抑制了土壤中微生物的数量和群落多样性,而轻度Cr、Pb和Zn污染则促进了群落数量的增加和群落结构多样性的丰富.      

煤矸石充填复垦地土壤理化性质的时空变化特征

为研究煤矿区煤矸石充填复垦地土壤理化特性的时空变化,以淮南张集矿煤矸石复垦区为研究对象,采取室外田间小区试验和室内试验分析方法,选取不同覆土厚度80 cm(依次命名为A~E)共5类试验地块,分别于2012年与2016年对复垦区土壤容重、水分、pH值、养分等因素进行研究,并分析煤矸石作为充填基质的复垦效应,采用模糊综合评判法评判各复垦地块土壤质量。结果显示:土壤容重随复垦时间增加呈现下降趋势;土壤含水量随时间呈上升趋势;2016年各地块土壤pH值较2012年皆呈现下降趋势,且复垦地养分含量普遍高于2012年对应的复垦地;从2012—2016年,复垦地块各理化指标变异系数显著减小;2016年A、D两地块的土壤质量综合指标值较2012年分别下降了38.7%、13.12%,B、C、E则上升了68.71%、9.61%、27.0%。     

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.      

基于生态安全格局识别的国土空间生态修复分区——以徐州市贾汪区为例

基于2000年、2008年、2016年遥感影像、历史矿井信息以及GIS空间分析方法,应用生态安全格局研究范式:综合识别生态源地—经井田边界修正生态阻力面—应用电路理论构建生态廊道—判别生态过程障碍区,将代表生态修复需求、生态过程难易和生态要素特征的生态源地、障碍区和生态阻力面空间叠加,最终划定生态修复分区。研究结果表明:(1)三个年份生态源地面积平均约占贾汪区面积的17.77%,随着城镇化发展和矿井闭坑等因素影响呈现先降后升的趋势;生态阻力面变化规律与之相反,并逐步以城镇化发展为主导影响因子。(2)生态廊道分布明显存在整体空间相似性和各镇内部分异性,呈环形沿河流分布或位于植被覆盖较好的低山丘陵区;障碍区明显存在重叠区域,主要分布在京杭大运河以北的区域,以北部和中部较多。(3)划分了生态保育区、生态提升区、生态修复区、生态控制区四个生态修复分区,面积分别为144.38 km²、189.60 km²、182.68 km²、103.34 km²。研究结论能够为贾汪区生态转型发展和生态修复提供空间指引。     

狮子山矿区不同土地利用类型对土壤微生物群落多样性的影响

土壤微生物在生态系统功能中起着至关重要的作用,土壤微生物群落结构可由与采矿活动相关的矿山不同功能区域来反馈土壤中重金属污染现状.为研究铜陵狮子山矿区重金属污染对微生物群落结构的胁迫影响,在中国安徽狮子山矿区收集了4种不同土地利用类型(菜园、尾矿库、堆矿区和选矿区)的土壤.通过测量这4种不同土地利用类型的土壤理化性质和重金属含量,并利用Illumina MiSeq高通量测序技术,对本地土壤微生物群落丰度以及结构多样性进行了分析.结果表明,各区域理化性质差异显著,内梅罗综合污染指数依次为堆矿区(7. 28)选矿区(6. 99)尾矿库(6. 55)菜园(5. 92).微生物群落丰度及结构多样性分布表现为尾矿库选矿区菜园堆矿区.此外,PCo A、CCA和相关性分析表明,土地利用类型、土壤pH和重金属含量等相关参数对微生物群落有显著影响.优势土壤微生物群落在门(0. 01)水平上分别为Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Actinobacteria,在纲水平上分别为β-Proteobacteria、α-Proteobacteria和γ-Proteobacteria,在属水平上分别为Flavobacterium、Kaistobacter和Ramlibacter.并得到对重金属较为耐受的菌群如Proteobacteria、Firmicutes、β-Proteobacteria和Kaistobacter等.这些结果加深了对重金属污染矿区土壤中微生物变化和聚集模式的认识,可为重金属矿区的生物修复提供菌种和理论依据.     

三江平原湿地开垦对土壤微生物群落结构的影响

过度开垦会导致湿地生态系统的快速退化,湿地土壤微生物能够敏感地反映湿地土壤质量及湿地生态系统功能的演变.为研究土地利用变化对湿地微生物群落结构的影响,以黑龙江抚远三江湿地保护区为研究对象,采集其中的原始泥炭湿地、开垦后改种豆科植物及水稻的3种湿地土壤.采用基于细菌16S rRNA基因的高通量测序技术研究上述土壤细菌的群落结构,并探讨其与土壤环境因子间的关系.结果表明,不同土地利用方式湿地土壤中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria),但土地利用方式明显改变了湿地土壤细菌属的组成.改种豆科植物土壤中Blastocatella、Coxiella、Rickettsia丰度较高,水稻田土中Massilia、Nitrosomonas、Bradyrhizobium聚集较多,而泥炭湿地中含较高丰度的Rhizomicrobium、Arthrobacter、Bacillus.结合Chao值与Shannon指数,水稻田土微生物多样性高于改种豆科植物土壤及泥炭湿地土壤,而后两种土壤细菌群落多样性则未见明显差异.相关性分析表明,土壤p H及含水率是影响微生物群落组成的重要驱动因子,说明湿地土壤开垦后改变了土壤p H、含水率及土壤养分,从而对微生物群落结构产生影响.     

不同开垦年限黑土温室气体排放规律研究

以东北黑土区荒地土壤(H)、开垦2 a(L)、30 a(S)和100 a(Y)土壤为对象,在25℃和60%WHC水分条件下,通过7 d的室内培养试验,研究了不同开垦年限黑土温室气体N2O、CO2和CH4的排放规律.结果表明,黑土开垦后理化性质发生了显著改变,进而影响了温室气体的排放.N2O排放量随开垦年限的增加而增加,开垦30 a和100 a土壤的N2O排放量显著高于荒地土壤.净硝化量和N2O排放量与土壤水溶性有机氮和粉粒含量呈显著正相关关系,与土壤pH和砂粒含量呈显著负相关关系.CO2排放量随开垦年限的增加而逐渐降低,开垦30 a和100 a土壤与荒地土壤差异显著.土壤有机碳和水溶性有机碳含量与CO2累积排放量呈显著正相关关系.好氧条件下,荒地土壤和开垦土壤在培养前4 d表现为对CH4的微量排放,然后表现为对CH4的微量吸收,开垦土壤的CH4排放量随开垦年限的增加而增加.不同开垦年限黑土可能因土壤pH、有机碳、水溶性有机碳含量以及土壤机械组成的差异而产生CO2和CH4排放的差异.     

培养条件下双酚A对稻田土壤微生物群落特征的影响

双酚A(bisphenol A,BPA)作为人工合成的典型环境激素分布极为广泛,然而不同浓度和土壤通气条件下BPA对土壤微生物群落(细菌、真菌)特征的影响鲜见报道.本文采用荧光定量PCR(fluorescence quantitative PCR)技术、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)相结合的方法研究不同BPA浓度(0、0.25、0.50、1.00、2.00 mg·kg-1)和土壤通气条件(有氧和厌氧)对稻田土壤微生物群落特征的影响。结果表明,土壤通气条件一致情况下(有氧条件或者厌氧条件下),不同BPA浓度添加下微生物丰度指数差异显著,而微生物均匀度指数、香农维纳多样性指数及丰富度指数差异不显著;BPA浓度为0.50 mg·kg-1时,微生物基因丰度在厌氧条件下达到最大值,而在有氧条件下微生物基因丰度却达到最小值;双因素方差分析表明:BPA浓度、土壤通气条件及其交互作用对细菌基因丰度影响差异显著,而只有土壤通气条件对真菌基因丰度影响差异显著.结果表明相对于微生物多样性指数,丰度指数能更加灵敏地指示土壤微生物多样性的变化,BPA浓度为0.50 mg·kg-1时是影响土壤微生物基因丰度变化的一个临界值,相对于真菌基因丰度指数而言,细菌基因丰度指数对BPA添加浓度及土壤通气条件响应更加灵敏.     

矿区土壤部分微生物生物学指标的研究

红河州某矿区周围采集土壤样品。研究矿区样品的土壤呼吸作用、酶活性等部分生物学指标。实验结果表明矿区周围土壤的微生物学指标随距离矿区的远近呈现出一定的变化特征。