植物-微生物聯(lián)合修復技術作為工礦區(qū)土壤污染修復的重要手段,已成為恢復生態(tài)學領域的研究重點內(nèi)容之一。葉際和根際微生物是植物微生物類群的兩個重要組成部分,既影響植物生理生態(tài)特征,也影響土壤理化性質。因此,探究礦區(qū)恢復植被各微生物群落特征對礦區(qū)生態(tài)修復具有重要的科學意義和指導作用。本研究選取山西省垣曲縣北方銅業(yè)銅礦峪礦十八河尾礦壩作為試驗地,以尾礦壩白羊草葉際和根際微生物為研究對象,分析在植物-微生物聯(lián)合修復過程中不同恢復年限下土壤理化性質的動態(tài)特征,基于葉際和根際微生物16SrDNAV4-V5、ITS I和ITS II可變區(qū)的高通量測序,采用相關性分析、Mantel檢驗、RDA分析和共線性網(wǎng)絡圖等統(tǒng)計方法,探討銅尾礦區(qū)白羊草葉際和根際微生物群落結構組成和多樣性,揭示不同時期影響白羊草微生物群落特征的主要生態(tài)因子,為提高工礦區(qū)植物-微生物修復效率提供理論依據(jù)。本研究主要得出以下結果:1.銅尾礦壩不同恢復年限下土壤理化性質和酶活性的動態(tài)特征(1)隨尾礦壩恢復年限的增加,土壤中銅含量逐漸累積,砷和鎘含量先增加后下降,恢復后期逐漸達到穩(wěn)定水平,而土壤中鋅含量隨恢復年限無顯著差異。(2)過氧化氫酶與碳氮比(C/N)呈極顯著負相關,脲酶與土壤含水量和總氮含量分別呈極顯著正相關和顯著正相關。2.不同季節(jié)白羊草根際土壤微生物群落結構特征(1)白羊草根際土壤除C/N、銨態(tài)氮(NH_4~+-N)、硝態(tài)氮(NO_3~--N)外,其它土壤理化因子均表現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異。(2)不同季節(jié)白羊草根際微生物群落結構中,細菌和真菌群落的優(yōu)勢門分別為變形菌門(Proteobacteria)和子囊菌門(Ascomycota)。白羊草根際細菌和真菌最多OTU數(shù)量分別出現(xiàn)在夏季和春季,而最低數(shù)量均出現(xiàn)在秋季。(3)不同季節(jié)影響白羊草根際土壤細菌和真菌的生態(tài)因子存在差異。其中在春季和冬季中,NH_4~+-N、NO_3~--N和過氧化氫酶活性均作為細菌和真菌群落的主要影響因子,而在秋季中,共同的影響因子為總硫含量、土壤含水量、土壤溫度和脲酶活性。3.不同生長階段白羊草葉際微生物群落結構特征(1)白羊草三個生長階段的葉際微生物群落組成中,細菌和真菌群落的優(yōu)勢門分別為變形菌門和子囊菌門。(2)白羊草成熟期和分蘗期中,細菌和真菌群落中OTU數(shù)量最高。(3)葉際微生物與葉片生理指標間的相關性分析表明,在細菌群落中,成熟期總氮和總硫含量分別與藍藻細菌門(Cyanobacteria)和酸桿菌門(Acidobacteria)呈極顯著正相關。而在真菌群落中,分蘗期總碳與接合菌門(Zygomycota)為極顯著正相關。(4)白羊草葉際細菌和真菌群落中,幼苗期和成熟期的主要影響因子分別是總硫含量和C/N。主要結論:(1)隨著恢復年限增加,銅尾礦區(qū)土壤養(yǎng)分含量提高。(2)在夏季中,白羊草根際微生物群落多樣性最高。(3)在白羊草生長的成熟期和分蘗期,白羊草葉際微生物(細菌和真菌)群落多樣性最高。
【學位單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S154.3;X171.4
【部分圖文】：

浮懸劑硫化鈉、堿石灰以及其它有機試劑在浮選過程中的使用，使得尾礦中有機化合物、硫化物含量過高且呈現(xiàn)堿性。選礦產(chǎn)生的廢棄物以礦砂的形式逐年堆積于十八河尾礦壩，每 3~5 年在原子壩基礎上堆積形成一個新的子壩，并在礦砂表層覆蓋 30 cm 厚客土，尾礦壩初期壩底標高 486 m，壩頂標高 509 m，現(xiàn)已堆筑14 道子壩，堆積高度 84 m，總坡比 1:6。該區(qū)域屬大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱多風，夏季雨量集中，冬季少雪干燥。年均降雨量為 780 mm，年均氣溫 14℃，無霜期大于 200 d。2.1.2 研究方法2.1.2.1 土壤樣品采集2015 年 7 月，采用空間代替時間序列的方法，在恢復年限分別為 2，7，15，19，23，27，31，35，47 年的 9 個不同子壩范圍內(nèi)設置樣地（圖 2.1，表 2.1），以子壩外圍沒有自然植被生長的裸地土壤為對照。每個樣地內(nèi)以 S 型曲線在無植被覆蓋區(qū)域進行五點取樣，帶回實驗室，供室內(nèi)分析測定土壤理化性質。

隨著恢復年限的增加，土壤中的TC、TN、TS含量總體呈現(xiàn)上升取趨勢（圖2.2），516（46a）土壤中的TC、TN、TS含量均高于CK。其中，516子壩的TC、TN和TS含量均高于其他各個子壩（圖2.2a, b, c），表明隨著子壩恢復年限的增加，可以逐漸提高土壤的養(yǎng)分含量。不同恢復年限的各個子壩土壤C/N之間沒有顯著差異，但均顯著高于CK（圖2.2d）。而土壤pH在不同子壩中變化不明顯，531（23 a）和550（8 a）的土壤pH顯著高于525（31 a）子壩（圖2.2e）。除對照土壤外，其他各子壩之間土壤含水量的差異不顯著（圖2.2f）。540（15 a）子壩的土壤粒徑顯著高于其他各個子壩（圖2.2g）。圖 2.2 不同恢復年限子壩土壤理化性質的變化Figure 2.2 Soil physical and chemical properties

2.2.1.2 土壤重金屬含量的變化土壤中As和Cd的含量隨著恢復年限的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其中，560（4 a）顯著低于536（19 a）子壩土壤As含量（圖2.3a）。類似地，除550子壩以外，560（4 a）子壩的土壤Cd含量顯著低于其他各子壩土壤Cd含量（圖2.3b）。垣曲屬大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱多風，會將恢復初期子壩上的部分礦砂吹散至中間層各級子壩導致As和Cd較高。不同子壩中Cu的含量均高于CK，516子壩土壤中Cu含量達到最大（553.53 mg·L-1），且顯著高于其他各個子壩（圖2.3c）。Pb的含量在560（4 a）中最低，隨著恢復時間的增加Pb的含量也增加，其值逐漸接近CK中Pb的含量

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本文編號：2824511