生物结皮对铜尾矿废弃地土壤微生物量及酶活性的影响

生物结皮是铜尾矿废弃地自然原生演替的最初阶段.本研究以铜陵杨山冲铜尾矿库和铜官山新铜尾矿库为对象,采用熏蒸浸提和化学分析法研究了两尾矿库不同类型生物结皮下土壤微生物量C、N及脱氢酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶活性.结果表明：铜尾矿废弃地上的生物结皮能够显著提高表层尾矿中的微生物量和土壤酶活性,其中藻类结皮对土壤微生物量C、N的影响高于藓-藻混合结皮,藓类结皮的影响最小;随着土壤生物结皮类型的变化,土壤微生物区系也随之变化;各类生物结皮下表层尾矿中土壤酶活性无显著差异.相关分析表明,碱性磷酸酶活性与土壤微生物量、脱氢酶和脲酶活性呈显著正相关,但与土壤pH呈显著负相关.此外,藓类植物假根能够显著提高藓类结皮假根层的微生物量和酶活性.     

铜陵狮子山铜尾矿场植被调查与土壤酶活性研究

对安徽铜陵狮子山铜尾矿废弃地进行植被调查,发现当地现今自然定居植物共42种,隶属于13科36属,主要包括禾本科10种,豆科6种,菊科6种,十字花科5种。全部植物中,1～2年生草本植物21种,多年生草本植物20种,形成6种相对稳定的演替群落和单种斑块。尾矿场土壤的5种土壤酶（蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶、多。酚氧化酶）活性的高低与植被丰富度和群落分布有一定的对应关系。结合本实验室前期工作,证实某些植物如白茅、狗牙根、白车轴草等已在尾矿场上成功定居且综合优势比较高,可作为铜尾矿治理中优先选用的物种。     

不同植物群落下铜尾矿废弃地生物结皮中真菌群落结构的比较

分布于铜尾矿废弃地的裸地表面及维管植物群落中的生物土壤结皮在尾矿废弃地生态恢复过程中扮演重要角色。利用分子生物学技术探讨了不同维管植物下以及不同演替阶段的生物土壤结皮中真菌的多样性及其群落结构的变化。结果表明:生物土壤结皮中的真菌主要包括子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和壶菌门(Chytridiomycota),其中子囊菌门占绝对优势,其相对丰度为55.12%—87.73%,其次为担子菌门相对丰度为12.27%—43.86%;不同样本真菌群落结构在门、纲、目以及属的水平存在显著差异;生物土壤结皮中真菌群落结构和多样性的差异与维管植物群落类型以及演替阶段不同的生物土壤结皮的类型有关,与基质化学性质之间无显著的相关性。     

铜陵市狮子山铜尾矿废弃地生态恢复过程中植被演替规律

通过对铜陵市狮子山铜尾矿废弃地植被的实地调查,探讨了该废弃地的植被状况及其植被恢复过程中的植物群落形成与演替的一般规律与特征。结果表明目前废弃地入侵、定居植物共49种,隶属于15科38属,主要包括菊科(12种)、禾本科(11种)、豆科(8种)等。极端贫瘠和过高的重金属含量(特别是Cu、Cd,平均超出对照土样的20~30倍)是限制植物在废弃地定居的主要因素。全部植物中,一、二年生草本植物26种,多年生草本植物20种。风播种子和果实是废弃地植物繁殖体的主要来源。尾矿废弃地植物群落形成具有先锋植物的入侵、定居、群聚和竞争等过程,共形成了14种相对稳定的小群落,包括单优势种群落、次优势种群落和共优势种群落三种类型。伴随着尾矿废弃地植物群落的形成与演替,群落中物种丰富度增大,多样性指数呈增加趋势,而群落内植物种综合优势比间的差值趋于减小。     

铜陵市狮子山铜尾矿废弃地生态恢复过程中植被演替规律

通过对铜陵市狮子山铜尾矿废弃地植被的实地调查,探讨了该废弃地的植被状况及其植被恢复过程中的植物群落形成与演替的一般规律与特征.结果表明:目前废弃地入侵、定居植物共49种,隶属于15科38属,主要包括菊科(12种)、禾本科(11种)、豆科(8种)等.极端贫瘠和过高的重金属含量(特别是Cu、Cd,平均超出对照土样的20～30倍)是限制植物在废弃地定居的主要因素.全部植物中,一、二年生草本植物26种,多年生草本植物20种.风播种子和果实是废弃地植物繁殖体的主要来源.尾矿废弃地植物群落形成具有先锋植物的入侵、定居、群聚和竞争等过程,共形成了14种相对稳定的小群落,包括单优势种群落、次优势种群落和共优势种群落三种类型.伴随着尾矿废弃地植物群落的形成与演替,群落中物种丰富度增大,多样性指数呈增加趋势,而群落内植物种综合优势比间的差值趋于减小.     

种植香根草对铜尾矿废弃地基质化学和生物学性质的影响

通过实地调查取样和室内分析,研究铜陵水木冲铜尾矿废弃地不同时期种植香根草(Vetiveria zizanioides L.)群落(近期种植香根草群落(V.zizanioides communities were established in the recent stage,JX),中期种植香根草群落(V.zizanioides communities were established in the middle stage,ZX)和早期种植香根草群落(V.zizanioides communities were established in the early stage,OX))对尾矿基质化学性质、微生物量和土壤酶活性的影响,探讨人工植被恢复对铜尾矿废弃地基质系统的修复作用。结果表明:香根草的定植能延缓铜尾矿的酸化过程,且随着香根草定植时间的延长,0—5 cm和5—20 cm层尾矿基质中总氮和速效磷含量提高(其中,0—5 cm层总氮积累更加显著),OX下0—5 cm表层基质总氮和速效磷的平均值分别是JX下的4.64倍和22.44倍。基质微生物量C、N含量和脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶活性也随香根草种植时间的延长而有不同程度的升高,且基质化学性质对微生物量和酶活性有影响,其中基质微生物量C、N含量、脱氢酶和过氧化氢酶活性均与电导率呈显著或极显著负相关性;而基质微生物量N和4种酶活性均与总氮含量呈显著或极显著正相关性,表明总氮含量是影响基质微生物量N和酶活性的主要因子;基质微生物量N、脱氢酶和过氧化氢酶活性还与速效磷含量呈极显著正相关性。基质中Cu、Pb含量对脱氢酶、过氧化氢酶活性和微生物量均有显著抑制作用,而Zn对基质微生物活性有一定的激活作用。生长在尾矿废弃地上的香根草不仅显著地改善了铜尾矿废弃地的基质化学性质,且有利于基质微生物量和酶活性的增加,是一种良好的矿业废弃地生态修复物种。     

铜尾矿废弃地生物土壤结皮固氮微生物多样性

生物土壤结皮能够有效提高矿业废弃地有机质和氮的积累,促进植被的恢复.本研究基于固氮微生物的nifH基因多样性,以铜陵铜尾矿废弃地3种类型的生物土壤结皮(藻结皮、藓结皮和藻-藓混合结皮)为对象,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究生物土壤结皮中固氮微生物的多样性以及废弃地植物群落发育对其产生的影响.结果表明： 尾矿库裸地表面的藻结皮的固氮微生物多样性最高,其次为维管植物群落下的藻-藓混合结皮,苔藓结皮的固氮蓝藻多样性最低;随着维管植物群落高度和盖度的增加,固氮微生物多样性降低,铜尾矿废弃地的pH、水分、有机质、养分含量(氮和磷)以及有效态和总重金属浓度对固氮微生物多样性的影响均不显著.测序和系统发育分析表明,废弃地结皮中固氮微生物以蓝藻为主,主要为不具有异形胞的丝状蓝藻.
     

樟村坪磷矿废弃地植物群落的形成与演替

通过分析湖北省宜昌县樟村坪磷矿废弃地植被的组成、空间结构、各成分综合优势比其群集度的变化以及植物分布与环境因子的相关性等问题,探讨了该地植被恢复过程中植物群落形成与演替的一般规律。结果表明,废弃地6种演替植物群落的形成是先锋植物种类入侵、定居、群聚和竞争的结果,在植物群落形成与演替的过程中,各种类成分的种群数量及综合优势比呈动态变化,废弃地植物群落形成与演替的过程按演替序列可分为3个阶段。植物群落形成与演替还与环境因子有关,废弃地高浓度的土壤效磷是影响植物生长与分布的胁迫因子。伴随着群落的形成与演替,植物群落的物种多样性呈逐渐增加的趋势。     

铜陵铜尾矿废弃地生物土壤结皮中的蓝藻多样性

生物土壤结皮是生态系统原生演替过程中的一个早期阶段,在铜陵铜尾矿废弃地自然生态恢复过程中生物土壤结皮在尾矿废弃地表面广泛分布.以生长在铜陵杨山冲和铜官山2处铜尾矿废弃地的生物土壤结皮为研究对象,运用常规培养方法和变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)对不同群落生物土壤结皮中的蓝藻多样性及优势类群进行研究.结果表明2种研究方法所获得的蓝藻种类组成具有明显差异.显微观察结果表明常规培养试验中主要蓝藻类群为微囊藻属(Microcystis)、色球藻属(Chroococcus)、颤藻属(Oscillatoria)、念珠藻属(Nostoc)和浮鞘丝藻属(Planktolyngbya),其中优势种类主要为铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、断裂颤藻(Oscillatoria fracta)和细浮鞘丝藻(Planktolyngbya subtilis);提取样品中微生物总DNA,对蓝藻16SrRNA进行PCR-DGGE分析,回收DGGE图谱中24个条带进行测序分析,结果显示,所有序列与GenBank数据库中的近缘蓝藻的相似性系数均在93％以上,其中优势蓝藻类群主要隶属于微鞘藻属(Microcoleus)和细鞘丝藻属(Leptolyngbya),裸地(YL)处和木贼群落下尾矿表面(YM)的生物土壤结皮中优势蓝藻类群主要为微鞘藻属,而黄色真藓-藻类混合结皮(YT)和白茅群落( YB,TG)下的生物土壤结皮中的优势类群主要隶属于细鞘丝藻属.     

自然植物群落形成过程中铜尾矿废弃地氮素组分的变化

为探讨自然生态恢复过程中铜尾矿废弃地氮素各组分的变化,采集铜尾矿废弃地不同植物群落下的表尾矿样品经室内自然风干、研磨、过筛,用2mol/LKCl提取后进行无机氮各组分含量分析,有机氮各组分含量分析采用Bremner法。结果表明,样品中总氮含量为40.9-1366.1mg/kg,其中总无机氮含量为1.7-8.8mg/kg,占总氮的0.5%-4.3%;酸解氮含量为20.8-361.4mg/kg,占总氮的20.3%-51.9%;酸未解氮含量为20.1-1004.7mg/kg,占总氮的48.1%-79.7%。不同植物群落下尾矿中无机氮、有机氮各组分含量存在较大差异。在无机氮中,铵态氮、硝态氮和亚硝态氮含量为1.7-3.0mg/kg、未检出-5.8mg/kg和0.019-0.038mg/kg,所占总氮比例为0.2%-4.2%、0-1.8%和0.003%-0.057%。随着生态系统从裸地→隐花植物结皮→维管植物群落发展,表层尾矿中总无机氮含量逐渐增加,表现为尾矿裸地隐花植物结皮维管植物群落;但对维管植物群落而言,随着植物群落发育时间的增加,表层尾矿中无机氮占总氮的比例逐渐降低。数据分析表明:处于演替初期的裸地、隐花植物结皮生长处的尾矿中铵态氮为有效态氮的主要存在形式,而维管植物群落下尾矿中硝态氮为有效氮的主要形态,占无机氮总量60.0%以上。随着植物群落从裸地、隐花植物结皮向维管植物群落的发展,以及维管植物群落发育时间的延长,表层尾矿中酸解氮和酸未解氮含量逐渐积累。在酸解氮中,氨基酸氮、氨态氮、氨基糖态氮和未知氮含量变化范围分别为4.7-95.7mg/kg、5.8-37.3mg/kg、8.2-38.8mg/kg和2.1-194.6mg/kg,占总氮比例分别为7.2%-11.9%、2.8%-14.1%、2.5%-20.1%和3.4%-19.7%。除杨山冲裸地外,有机氮以酸未解氮为主,同时随着尾矿废弃地弃置时间的延长及植物群落的演替,酸未解氮所占总氮比例有所提高,酸解氮所占比例则呈递减趋势。目前尾矿中有机质和总氮含量仍处于较低的水平,养分的形成、积累尚处于初期阶段,尾矿中氮素的积累过程主要表现为有机氮(尤其是酸未解氮)的积累过程。     

海南昌江石碌铁矿尾矿库区植被调查

实验开展了3个不同年代的海南石碌铁尾矿库区植被调查研究,根据记录数据计算了各样地物种的重要值、物种多样性指数和均匀度等。结果表明,铁尾矿库区内植物种类总体上来看较为稀少,不同尾矿库区内植物群落组成成分差异比较大。已经停止使用20a的尾矿区（样地1）内,自然定居的植物仅有44种,其中禾本科植物种类较多,其次为豆科植物和莎草科植物,表明这3个科的植物种类较其它科植物更容易适应这种环境,特别是禾本科的水竹（Phragmites karka）、雀稗（Paspalum commersonii）和豆科的田菁（Sesbaniacannabina）表现出较强的适应能力;刚停止使用2a的尾矿库区（样地2）内,自然定居的植物有21种,其中硬骨草（Panicum repens）、斑茅（Saccharum arundinaceum）和芒（Miscanthussinensis）等禾本科植物为该样地的优势种群;正在使用的尾矿库区（样地3）内物种单一,只有水竹（Pyllosacys karka）、芒（Miscanthus sinensis）和田菁（Sesbaniacannabina）三种植物能在该恶劣的生境中顽强地生长和发育,表现出极强的适应能力。结果还表明了3个不同年代库区的植物群落的组成与结构存在明显的演替顺序差异,样地3单种优势明显,从样地3到样地1,这种优势依次减弱,物种多样性指数也依次增加,这表现出由较少先锋物种种类组成的简单群落向稳定复杂群落方向演替的趋势,反映了植物群落结构随演替时间的延长越来越趋向复杂化。在同一个尾矿库区内土壤的不同水分含量和理化性质会对植物的定居与群落的组成关系密切。     

滇西北高原纳帕海湿地植物多样性与土壤肥力的关系

采用植物群落研究法与原状土就地取样技术,研究了滇西北高原典型退化湿地纳帕海植物多样性、土壤养分、酶活性格局特征及其相互关系.随着湿地原生沼泽向沼泽化草甸、草甸的演替,湿地植物群落盖度增加、物种组成增多,群落优势种优势度减小,伴生种数量增加,植物多样性呈增加趋势;湿地土壤有机质、全氮含量不断减少,过氧化氢酶、蛋白酶、蔗糖酶活性增加,脲酶活性降低.植物α多样性指数(辛普森、香浓-维纳指数)与湿地土壤有机质、全氮含量呈负相关,与土壤过氧化氢酶、蛋白酶、蔗糖酶活性呈正相关,与脲酶活性呈负相关;土壤有机质、全氮含量与过氧化氢酶、蛋白酶、蔗糖酶活性呈一致负相关,与脲酶活性则成正相关.湿地景观在一定程度上反映了人为生产活动干扰的类型与强度,其植物多样性、土壤养分和酶活性特征及其相互关系是湿地生态系统演替过程中时空间体现,研究结果揭示了人为干扰下湿地退化的生态学过程及机理,可为我国高原湿地生物多样性保护,退化湿地生态恢复与湿地资源可持续利用提供一定的理论依据.     

不同植物群落下酸化尾矿养分状况及土壤酶活性

调查不同植被群落下铜尾矿的养分状况及土壤酶活性的变化动态,通过常规方法测定了尾矿的pH和电导率,以及有机质,总氮,有效磷,速效钾的含量。用底物反应法测定了过氧化氢酶,芳基硫酯酶,脲酶,酸性磷酸化酶和脱氢酶的活性。结果表明,与酸化的裸露尾矿相比,定居其上的芦苇(Phragmites australis)、狗牙根(Cynodon dactylon)和双穗雀稗(Paspalum distichum)均能显著增加尾矿基质pH值(从3.6上升到5.4),降低电导率,减缓尾矿酸化过程。芦苇和狗牙根能够显著提高尾矿基质中N、K和有机质含量(P<0.05),增加尾矿中的养分。3种植物群落下有效磷较裸露尾矿没有显著增加。植物的定居显著提高了尾矿中过氧化氢酶、芳基硫脂酶和脲酶的活性(P<0.05);但酸性磷酸化酶和脱氢酶活性没有显著提高。研究表明,植物对尾矿有明显的改良作用,而且芦苇和狗牙根优于双穗雀稗。在各种植被条件的尾矿中除酸性磷酸化酶以外的其它实验土壤酶活性均与尾矿中有机质和总氮呈极显著正相关(P<0.01)。     

矿山废弃地生态重建研究进展

提出了今后需要加强研究的几个问题 :(1)加强干旱半干旱地区矿山废弃地生态重建的理论与实践研究 ;(2 )筛选与培育耐重金属污染和超富集重金属的植物物种 ;(3)加强西部矿山废弃地共性问题的研究与探讨 ,即如何根据植物与土壤的关系将矿业废弃地划分为不同的类型 ,并在此基础上研究不同类型的废弃地与植物的相互关系 ,进而探讨出必要的人工辅助措施 ,这将是今后矿山废弃地生态重建机制研究的重点。     

Genetic diversity of nodulating and non-nodulating rhizobia associated with wild soybean (Glycine soja Sieb. & Zucc.) in different ecoregions of China

Microorganisms are important in soil development, inputs and biogeochemical cycling of nutrients and organic matter during early stages of ecosystem development, but little is known about their diversity, distribution, and function in relation to the chemical and physical changes associated with the progress of succession. In this study, we characterized the community structure and activity of nitrogen-fixing microbes during primary succession on a copper tailings. Terminal fragment length polymorphism (T-RFLP) and clone sequencing of nifH genes indicated that different N(2) -fixing communities developed under primary succession. Phylogenetic analysis revealed a diversity of nifH sequences that were mostly novel, and many of these could be assigned to the taxonomic divisions Proteobacteria, Cyanobacteria, and Firmicutes. Members of the Cyanobacteria, mostly affiliated with Nostocales or not closely related to any known organisms, were detected exclusively in the biological soil crusts and represented a substantial fraction of the respective diazotrophic communities. Quantitative PCR (and statistical analyses) revealed that, overall, copy number of nifH sequences increased with progressing succession and correlated with changes in physiochemical properties (including elementary elements such as carbon and nitrogen) and the recorded nitrogenase activities of the tailings. Our study provides an initial insight into the biodiversity and community structure evolution of N(2) -fixing microorganisms in ecological succession of mine tailings.