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.
     

铜尾矿对5种豆科植物种子萌发和幼苗生长影响的初步研究

通过水培实验和土培实验,研究了铜陵铜尾矿对5种豆科植物种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,五种豆科植物种子在尾矿浸提液中均能萌发,但萌发率比对照组低,而且浸提液对种子萌发产生一定的阻滞作用,酸化尾矿浸提液对种子萌发初期的吸胀吸水有促进作用。尾矿与土壤5种不同改良方式的基质试验也发现铜尾矿对种子萌发着阻滞作用,其中大豆、赤豆、赤小豆在70d内未发现死苗现象。     

自然演替过程中铜尾矿土壤酶活性的变化

铜陵矿区堆放了大量不同时期的铜尾矿,形成大量铜尾矿废弃地,其中的大部分铜尾矿废弃地处于自然生态恢复状态。并形成典型的原生演替系列。为探讨废弃地自然生态恢复中不同演替阶段植物群落变化与土壤酶活性变化的关系,对铜陵3处不同时期弃置的尾矿废弃地进行了调查。随着自然生态系统演替的进行,尾矿中土壤酶活性逐步提高,维管植物群落下尾矿中土壤酶活性〉隐花植物结皮下尾矿中土壤酶活性〉裸地处土壤酶活性;位于植物群落下的尾矿废弃地中脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶的活性从表层至下层逐渐降低。不同植物群落对尾矿中土壤酶活性影响有很大差异,位于木贼群落下的尾矿中几种土壤酶的活性高于位于白茅群落和中华结缕草群落下的尾矿中酶的活性。相关分析表明,土壤酶活性与有机质、总N表现出显著的正相关。     

模拟氮沉降对不同类型生物土壤结皮生长和光合生理的影响

生物土壤结皮是荒漠生态系统的重要组分,其如何响应氮沉降的增加还鲜见报道。以古尔班通古特沙漠中3种不同类型生物土壤结皮为研究对象,设置0(N0)、0.3(N0.3)、0.5(N0.5)、1.0(N1)、1.5(N1.5)和3.0(N3)g N m-2a-16个不同氮素处理浓度,研究氮素增加对生物土壤结皮生长和光合生理的影响。结果表明,经过3a的模拟增氮实验,藻类结皮、地衣结皮和苔藓结皮的总叶绿素、实际光化学效率YII、可溶性糖含量以及苔藓个体生物量随着氮素增加先增加后减少,但各指标的最大值位于不同的浓度处理。氮素增加对藻类和地衣结皮类胡萝卜素影响不显著,而低氮(N0.3-N0.5)对苔藓类胡萝卜素具有促进作用。高氮(N3)对3种类型结皮的最大光化学效率Fv/Fm均具有抑制作用。氮素增加对藻类结皮和地衣结皮的可溶性蛋白影响较小,但对苔藓结皮可溶性蛋白的影响表现为先增加后降低的趋势。3种结皮类型中,苔藓结皮对氮素增加的响应最为敏感,受影响最大,其次是藻类和地衣结皮。研究表明,低浓度氮沉降对3种类型结皮生长的影响较小,但是高浓度氮沉降则具有明显的负效应。     

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。     

铜尾矿废弃地土壤动物多样性特征

土壤动物的恢复、群落演替及其多样性对于铜尾矿废弃地的生态重建具有重要意义.为了解铜尾矿废弃地土壤动物群落多样性特征,在铜陵市铜尾矿区设置4个样地23采样点,共捕获土壤动物4622只个体,隶属5门10纲18目29类.结果表明,铜尾矿自然废弃地与其对照组土壤动物多样性差异明显,自然废弃地土壤动物丰富度指数d、大型土壤动物密度、中小型土壤动物密度、多样性指数H'和D·G指数均小于其对照组且存在显著差异.而复垦废弃地中小型土壤动物密度和D·G指数小于其对照组且存在显著差异,多样性指数H'大于其对照组且差异极显著,其他土壤动物群落指标与其对照组均无显著差异.相似系数q表明,外围林地间土壤动物群落相似性最大,其次是复垦废弃地与外围林地间,自然废弃地与其它3个样地间相似性最小.从垂直分层来看,复垦废弃地土壤动物表聚性强于自然废弃地,尾矿废弃地表聚性强于外围林地.灰色关联分析表明,铜尾矿区土壤理化性质与土壤动物群落结构指标关系密切,其中最重要的因素是土壤含水量和总钾含量,重金属全镉含量也不容忽视,植被因素和土壤全铜含量对土壤动物的影响相对较小.由此可见,土壤含水量、土壤基质的优劣、土壤有机质与营养元素的含量等因素限制了铜尾矿废弃地土壤动物的恢复与重建,而这些因素的改善主要归功于尾矿废弃地的土地复垦和作物种植.所以,尾矿废弃地的复垦与利用有利于土壤动物的恢复与重建.     

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.     

鸡粪改良铜尾矿对3种豆科植物生长及基质微生物量和酶活性的影响

基质改良和耐性植物种选择是重金属矿业废弃地人工生态恢复的关键。通过室内盆栽试验研究不同比例腐熟鸡粪改良铜尾矿后对3种豆科植物决明(Cassia tora)、田菁(Sesbania cannabina)、菽麻(Crotalaria juncea)生长和尾矿基质中土壤微生物量C、N及过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶和脱氢酶活性的影响。结果表明:添加鸡粪改良处理后3种植物茎叶生物量、根系生物量和体内总磷含量均有提高,植物体内总氮含量则只有菽麻明显增加。添加鸡粪可提高尾矿基质中微生物量C以及脲酶和脱氢酶活性,其中菽麻生长的尾矿基质中微生物量C含量增加最显著。尾矿基质中微生物量C与基质中总氮、有效磷呈显著正相关,菽麻生长的尾矿基质中微生物量C与基质中有效态Cu、Zn呈显著负相关。田菁、菽麻生长的尾矿基质中脲酶、脱氢酶与基质中总氮、有效磷呈显著正相关,决明、菽麻生长的尾矿基质中脱氢酶与基质中微生物量C呈显著正相关,决明生长的尾矿基质中脲酶、脱氢酶与基质中有效态Zn呈显著负相关。综合分析表明,铜尾矿∶鸡粪=250∶1的处理方式可作为鸡粪改良铜尾矿基质较好的一种比例模式,该处理方式下菽麻可作为铜尾矿生态修复优选植物种。     

具鞘微鞘藻在荒漠藻结皮形成过程中的作用

具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)是荒漠藻结皮主要的优势物种,在藻结皮的形成和发育过程中发挥着非常重要的作用。为了探讨具鞘微鞘藻在荒漠藻结皮形成过程中的作用,通过实验室内模拟藻结皮不同发育阶段,研究了具鞘微鞘藻在结皮形成过程中对藻类生物量、结皮厚度及其抗压强度的影响;同时利用光学显微镜和扫描电镜对藻结皮微结构观察,分析了不同发育阶段沙粒和具鞘微鞘藻之间的胶结方式和作用机理。结果表明:(1)藻结皮形成的最初阶段,结皮状态主要由细菌及小型蓝绿藻分泌胞外多糖的黏结作用和结皮表面有机质层的保护作用维持,但该阶段的藻结皮比较脆弱,抗压强度仅为(12.21±1.58)Pa;当具鞘微鞘藻大量出现后,逐步占据了明显的优势地位,沙粒间的黏结作用被更高强度的具鞘微鞘藻机械束缚力所取代,成为该阶段藻类结皮硬度提高的重要贡献者;(2)随着具鞘微鞘藻接种比例的逐渐增加,藻结皮中的藻类生物量、结皮厚度及抗压强度均呈现出升高的趋势(P0.01),当接种比例增加为80%时达到最高值;然而,当具鞘微鞘藻接种比例为100%时,各项指标却又有所下降。重点探讨藻结皮不同发育阶段沙粒间的胶结形式及微形态变化,深入揭示具鞘微鞘藻在藻结皮形成和发育过程中的作用机理,为旱生藻类广泛应用于荒漠植被恢复与重建过程提供重要的试验数据和理论依据。     

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。     

矿山废弃地生态修复过程中基质改良与植被重建研究进展

国民经济的发展离不开矿产资源的开发,而矿产资源的开发又不可避免要破坏矿区原有的生态环境,形成大量矿山废弃地。因此,矿山废弃地生态修复问题是国民经济可持续发展过程中亟待解决的任务。本文从矿山废弃地生态修复与重建内涵的发展开始,着重分析了矿山废弃地生态修复与重建过程中的基质改良(包括表土覆盖、物理、化学改良、生物改良和废弃物人工基质改良技术)与植被重建(植被自然演替模式、植被种类选择和植被修复作用),并对今后矿山废弃地生态修复的发展趋势进行了探讨。     

Seasonality of the red algal crust 'Petrocelis franciscana'(Gigartinales, Rhodophyta) on boulder-strewn shores of southern British Columbia, Canada

The red algal crust,‘Petrocelis franciscana’ Setchell et Gardner [= tetrasporophytic phase of Mastocarpus papillatus (Agardh) Kützing] exists as discrete patches on boulders throughout the intertidal zone at Burrard Inlet in Vancouver (mainland British Columbia) and at Sooke, Vancouver Island (British Columbia). This study photographically quantifies monthly surface area of 60 individual crusts over 12‐ and 18‐month periods, respectively, at the two sites. Conspicuous seasonal fluctuations in ‘Petrocelis’ abundance and relatively low survivorship of crusts sampled suggest that not all crusts are as static and as long‐lived (> 25 years) as previously suggested. Herbivory, sloughing of senescing tissue and abiotic factors visibly reduce ‘Petrocelis’ abundance in fall and winter; regeneration of lost crust tissue and relatively rapid crust growth occur from spring to early fall.     

毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮对凝结水形成和蒸发的影响

在水分极度匮乏的荒漠生态系统,凝结水是除降雨之外最重要的水分来源之一,它对荒漠生态系统结构、功能和过程的维持产生重要的影响。为探明半干旱沙区生物结皮表面的凝结水形成和蒸发特征,采用自制的微型蒸渗计(直径7 cm、高5 cm的PVC管)实验观测了不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和苔藓结皮)对凝结水形成和蒸发的影响。结果表明:(1)观测期间共有20次凝结水形成记录,除降雨天气外,几乎每天都能观测到水分凝结现象;(2)不同类型地表凝结水总量依次为(1.998±0.075),(2.326±0.083),(2.790±0.058)和(3.416±0.068) mm,生物结皮表面的凝结水总量显著大于裸沙(P < 0.05);随生物结皮的发育,不同类型生物结皮表面的凝结水总量呈增加的趋势,凝结水总量之间差异显著(P < 0.05);观测期间不同类型地表日平均凝结水量依次为(0.100±0.003),(0.116±0.004),(0.140±0.002)和(0.171± 0.003) mm,不同类型地表日平均凝结水量之间差异极显著(P < 0.01);(3)凝结水形成过程的观测结果显示,凝结水19:00开始形成,23:00-凌晨1:00形成不明显,1:00-7:00继续形成,除浅灰色藻类结皮外,太阳升出后在黑褐色藻类结皮和苔藓结皮表面继续形成少量的凝结水;凝结水7:30开始蒸发,10:30到11:00之间结束蒸发,凝结水在裸沙和浅灰色藻类结皮中的保持时间显著大于黑褐色藻类结皮和苔藓结皮中的保持时间(P < 0.05);(4)凝结水的形成受大气温度、地表温度、空气相对湿度和大气地表温度差等气象因素的影响,但其形成过程不与某一个气象因素呈简单的线性关系。     

金属尾矿库生物土壤结皮的类型及物种组成

为对金属尾矿库生物土壤结皮进行研究, 2016年对湖北省黄石市的两个废弃尾矿库开展了生物土壤结皮调查, 并采用空间代替时间的方法来研究结皮发育演替过程中的物种组成及变化。结皮中蓝藻、真菌和苔藓的绝对丰度分别为(0.63—2.01)×108、(0.19—1.53)×108和(0.08—3.34)×107 copies/g DW soil, 随着结皮的演替蓝藻和真菌丰度降低, 苔藓的丰度增加。从微生物组成来看, 从两个尾矿库的生物土壤结皮中共分析出41门的物种, 其中变形菌门、蓝藻门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、疣微菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、芽单胞菌门及热微菌门是主要组分, 它们在不同结皮中累计丰度均达到90%以上。金属尾矿库中的生物土壤结皮物种组成及其变化规律与荒漠化地区类似, 蓝藻在其中具有不可替代的作用。研究表明生物土壤结皮在金属尾矿库中广泛分布, 同时可以起到增加尾矿库土壤养分的作用, 可广泛应用于金属尾矿库的生态修复。     

铜尾矿对小麦生长发育和生理功能的影响

通过盆栽实验,分析了铜陵铜尾矿对小麦生长发育和生理功能的影响。结果表明,小麦种子能在铜尾矿上萌发,但发芽率和发芽速率均小于正常土壤中播种的小麦,高比例尾矿抑制小麦的株高,尾矿降低叶绿素含量,但对叶绿素a/b无影响,与对照组相比,尾矿组根系表现为变短变粗,须根数减少,尾矿能增加小麦根和茎叶部分生物量,且能明显提高根冠比,在尾矿胁迫下,小麦叶片的细胞膜透性和游离脯氨酸含量随尾矿比例增加而增大,可作为鉴定植物相对抗性的指标。