论文部分内容阅读
土壤微生物功能菌的种类、数量与土壤生态系统的动态变化紧密相连,土壤酶则通过参与土壤生态系统有机物分解及无机物转换,影响着土壤能量循环。山西省作为重要的能源化工基地,因煤炭大量开采,堆积形成的矸石山已造成一系列生态环境问题,推平覆土后进行植被绿化虽有效解决了煤矸石污染问题,但“重构土壤”仍面临着养分、水分质量不佳,重金属污染等问题。因此运用土壤微生物功能菌和酶活性这些具有早期预警的敏感指标来反映土壤质量的演变状况,特别是反映不同植被复垦样地土壤质量的差异,对评价煤矸山开展植被恢复工作的进展状况具有重要意义。本文以山西省霍州市煤矸山复垦8年的农田(R-F)、果园(R-O)和林地(R-S)为对象,研究0-10 cm和10-20 cm土层不同植被复垦类型土壤理化性质、土壤微生物功能菌及酶活性的变化差异,并采用主成分分析、相关分析和冗余分析揭示不同植被复垦样地土壤性质同土壤微生物、酶活性的协同关系。主要研究结果如下:(1)三类植被复垦样地土壤理化性质的差异表现为:在0-10 cm和10-20 cm土层中,土壤黏粒含量和全磷含量为复垦农田(R-F)>复垦林地(R-S)>复垦果园(R-O);粉粒含量在三类样地中数量持平;沙粒含量表现为复垦果园(R-O)>复垦林地(R-S)>复垦农田(R-F);土壤含水量、pH值、阳离子交换量和碱解氮含量则在三类样地中均表现出复垦农田(R-F)>复垦果园(R-O)>复垦林地(R-S);电导率和全氮含量表现为复垦林地(R-S)>复垦农田(R-F)>复垦果园(R-O);有机质含量表现为复垦林地(R-S)>复垦果园(R-O)>复垦农田(R-F);而有效磷含量三类样地的差异表现为复垦果园(R-O)>复垦农田(R-F)>复垦林地(R-S);速效钾和全钾含量则在复垦农田(R-F)和复垦林地样地中较多。(2)三类植被复垦样地土壤微生物功能菌的差异表现为:在0-10 cm和10-20 cm土层,总量上微生物功能菌表现出复垦林地(R-S)850.4 MPN/g,较复垦农田(R-F)630.2 MPN/g和复垦果园(R-O)489.6 MPN/g分别高出34.9%和73.7%。各类功能菌数量上,好氧固氮细菌、氨化细菌和硝化细菌数量均表现为复垦林地(R-S)和复垦农田(R-F)较高;反硝化细菌数量表现为复垦农田(R-F)最高,较复垦果园(R-O)和复垦林地(R-S)分别高出74.2%和142.7%;好气纤维素分解菌复垦林地(R-S)和复垦果园(R-O)较复垦农田(R-F)显著较高,分别高出177.1%、49.1%;有机磷和无机磷细菌数量则表现为复垦果园(R-O)和复垦林地(R-S)高于复垦农田(R-F)。(3)三类植被复垦样地土壤酶活性的差异表现为:在0-10 cm和10-20 cm土层中,脱氢酶和脲酶活性表现出复垦林地(R-S)>复垦农田(R-F)>复垦果园(R-O);碱性磷酸酶活性表现为复垦农田(R-F)>复垦林地>复垦果园(R-O);过氧化氢酶活性则表现出0-10 cm土层中复垦林地(R-S)>复垦农田(R-F)>复垦果园(R-O),而10-20cm土层中则为复垦果园(R-O)>复垦林地(R-S)>复垦农田(R-F)。从微生物量碳、氮差异来看:微生物量碳在三类样地中表现为复垦林地(R-S)最高,较复垦果园(R-O)和复垦农田(R-F)分别高238.6%和70.1%;微生物量氮则表现为复垦林地(R-S)较高,较复垦农田(R-F)和复垦果园(R-O)分别高出22.5%和88.9%。(4)从三类植被复垦样地土壤理化性质同微生物功能菌、微生物量碳氮及土壤酶活性的关系来看:(1)将土壤理化性质指标作主成分分析的结果中前两个主成分共包括:土壤黏粒、粉粒及沙粒含量、pH值、阳离子交换量及全效养分含量。(2)将土壤微生物功能菌与土壤理化性质进行相关分析的结果表明,硝化细菌、好氧固氮细菌及氨化细菌受土壤理化性质因子的影响最大;将土壤酶活性,微生物量碳、氮与土壤理化性质指标进行相关分析的结果表明,脲酶、脱氢酶及微生物量氮受土壤理化性质因子的影响最大。(3)将2个土层中土壤微生物功能菌与土壤理化性质做冗余分析的结果表明,土壤粘粒含量(F=3.0,P=0.050)和全磷含量(F=2.9,P=0.058)显著影响微生物功能菌的数量;将2个土层中土壤酶活性、微生物量碳氮与土壤理化性质做冗余分析的结果表明,土壤pH值(F=7.4,P=0.004)、全氮(F=6.5,P=0.016)、含水量(F=5.8,P=0.002)以及阳离子交换量(F=3.6,P=0.044)会显著影响土壤酶活性和微生物量碳、微生物量氮。