采煤塌陷地不同施肥处理对土壤微生物群落结构的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法,对山西长治襄垣五阳煤矿采煤沉陷区复垦土壤的微生物群落结构进行了研究。结果表明:施肥处理能够不同程度的增加土壤微生物的PLFA总量、细菌PLFA量和真菌PLFA量,其中化肥+有机肥处理下的土壤微生物PLFA总量,细菌PLFA量和真菌PLFA量增加作用比较明显,差异显著于对照处理;对不同施肥处理的复垦土壤微生物群落PLFA进行主成分分析也可得出化肥+有机肥处理下的土壤微生物的群落结构变化比较大,从因子载荷图上进一步分析可知,化肥+有机肥处理下的土壤中代表真菌的不饱和脂肪酸C18∶2ω6t、C18∶3ω6、18∶1ω9t、18∶3ω3的含量较高,这些脂肪酸将化肥+有机肥处理与单施化肥和对照处理区分开来,产生了明显的优势种群。土壤PLFA总量与土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量都有很好的相关性,相关系数分别为0.76,0.85,0.67和0.67。     

生物炭与炭基肥对采煤塌陷复垦区土壤硝化和反硝化微生物群落的影响

作为一种新型土壤改良剂,生物炭对土壤微生物群落的影响已有报道,但在采煤塌陷复垦区土壤氮循环微生物群落对生物炭添加的响应鲜有报道。以生物炭和炭基肥为添加材料,以淮北地区塌陷复垦土为供试土壤,通过室外盆栽试验,采用荧光定量PCR(qPCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,研究不同生物炭处理的土壤硝化和反硝化微生物的菌群变化。试验共设5个处理:对照(CK)、常规化肥(CF)、炭基肥(BF)、2%生物炭配施化肥(LB)和4%生物炭配施化肥(HB)。结果表明: 与CK处理相比,各施肥处理均显著提高了土壤氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、反硝化细菌nirK和nirS基因丰度。与CF处理相比,生物炭和炭基肥处理显著提高了AOB和nirK基因丰度,增幅分别达到42.9%～82.1%和33.5%～62.7%。冗余分析表明,土壤有机碳、pH、NH₄⁺-N和速效钾是显著影响AOB群落结构的主要因子,而土壤有机碳、pH和NO₃^--N含量是影响nirK型反硝化细菌群落结构的关键因子。因此,施用生物炭与炭基肥能改良采煤塌陷复垦区土壤质量,提高硝化和反硝化微生物丰度,并改变AOB和nirK型反硝化细菌群落结构。     

采煤塌陷影响下土壤含水量变化对柠条气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响

采煤塌陷引起的土壤环境因子的变化对矿区植物生长的影响越来越受到人们的关注,气孔导度、蒸腾与光合作用作为环境变化响应的敏感因子,研究植物气孔导度、蒸腾与光合作用的变化是揭示荒漠矿区自然环境变化及其规律的重要手段之一。研究采煤塌陷条件下植物光合生理的变化是探究煤炭开采对植物叶片水分蒸腾散失和CO_2同化速率影响的关键环节,是探讨采煤塌陷影响下植物能量与水分交换动态的基础,而采煤矿区植物叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率对采煤塌陷影响下土壤含水量变化的响应如何尚不清楚。选取神东煤田大柳塔矿区52302工作面为实验场地,以生态修复物种柠条为研究对象,对采煤塌陷区和对照区柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率以及土壤体积含水量进行监测,分析了采煤塌陷条件下土壤含水量的变化以及其对柠条叶片气孔导度、蒸腾与光合作用速率的影响。结果显示:(1)煤炭井工开采在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,潜水位埋深降低,土壤含水量均低于沉陷初期,相对于对照区,硬梁和风沙塌陷区土壤含水量分别降低了18.61%、21.12%;(2)柠条叶片气孔导度、蒸腾和光合作用速率均与土壤含水量呈正相关关系;煤炭开采沉陷增加了地表水分散失,加剧了土壤水分胁迫程度,为了减少蒸腾导致的水分散失,柠条叶片气孔阻力增加,从而气孔导度降低,阻碍了光合作用CO_2的供应,从而导致柠条叶片光合作用速率的降低,蒸腾速率也显著降低。     

采煤沉陷区复垦前后农业生态系统能值变化特征分析

采用能值理论分析方法,比较采煤沉陷区复垦前后农业生态系统能值投入和输出,结果显示,复垦后的能值总投入是复垦前的2.7倍,能值总输出是复垦前的3.1倍,能值投入率是复垦前的7.4倍,说明复垦后的农、业生态系统经济发展水平有所提高;人均能值用量是复垦前的2.7倍,表明复垦后人民的生活水平得到改善;由于复垦后农业产业结构的多元化,各产业结构正处于发展中阶段,因此,净能值产出率由复垦前的0.28降低到复垦后的0.14,但环境负荷率由复垦前的0.5上升到复垦后的3.7,系统稳定性指数由复垦前的0.10上升到复垦后的0.36,从而说明,复垦后的农业生态系统相对复垦前循环利用率和持续发展程度较高。     

AM真菌对采煤沉陷区黄花菜生长及根际土壤养分的影响

于陕北黄土沟壑采煤沉陷区内布设试验小区,对黄花菜(Hemerocallis citrina Baroni)接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)—摩西管柄囊霉菌,通过测定黄花菜光合性能、植株生长、抗逆性、土壤养分含量、根际微生物数量等,揭示AM真菌对黄花菜生长和土壤养分的影响。结果表明,黄花菜种植3—5个月后,接种AM真菌显著提高了黄花菜株高、冠幅及其根系菌根侵染率、菌丝密度。与不接种对照区相比,接种AM真菌后黄花菜叶片的光合速率、可溶性糖含量和过氧化氢酶活性分别提高了51%、12%、79%。接种AM真菌处理区黄花菜根际土壤的电导率、有机质、碱解氮和速效钾含量等均显著高于对照区,细菌数量和磷酸酶活性的菌根贡献率分别达77%和24%。表明采煤沉陷区扰动土壤接种AM真菌具有增强土壤微生物活性、改善土壤肥力和提高黄花菜植株抗逆性的作用,对促进陕北黄土沟壑采煤沉陷区经济作物生长和提高土壤质量具有重要现实生态意义。     

淮北煤矿区塌陷湖大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

2013年对淮北采煤塌陷湖(乾隆湖和临涣湖)大型底栖动物群落结构进行了季节性调查。共采集到大型底栖动物26种, 隶属于3门5纲17科. 乾隆湖和临涣湖年平均密度分别为230.85和215.80 ind./m2, 年平均生物量分别为56.11和36.38 g/m2。两湖大型底栖动物以摇蚊幼虫、霍甫水丝蚓和苏氏尾鳃蚓为优势类群, 底栖动物最高密度均出现在夏季(乾隆湖为 278.0 ind./m2, 临涣湖为288.2 ind./m2); 生物量则主要以软体动物和水生昆虫为主, 夏季和秋季大型底栖动物生物量明显高于春季和冬季。运用Shannon多样性指数(H')、Margalef多样性指数(D)和Biotic Index生物学指数(BI)对乾隆湖和临涣湖进行水质生物评价研究, 结果显示Shannon多样性指数不适宜于该两湖的水质生物评价, BI的评价结果与水质状况基本相符。综合 Margalef多样性指数和BI生物指数评价的结果表明: 乾隆湖和临涣湖春季和冬季处于轻度污染状态, 夏季和秋季处于中度污染状态。     

采煤沉陷对鸟类群落组成及多样性的影响

采煤沉陷改变了地貌景观,使鸟类的生境发生变化,进而影响鸟类群落多样性。我们于2013年11月—2014年10月在安徽省淮南潘集的采煤沉陷区不同沉陷程度的4种生境开展鸟类调查,研究采煤沉陷导致的生境变化对鸟类群落结构的影响。共记录到鸟类13目29科79种,其中留鸟32种(40.5%),冬候鸟19种(24.1%),夏候鸟25种(31.6%),优势种为灰椋鸟Sturnus cineraceus、喜鹊Pica pica、麻雀Passer montanus和家燕Hirundo rustica。随着采煤沉陷程度的增加,物种数、个体数量、群落密度表现出轻度沉陷区<中度沉陷区<重度沉陷区的规律,多样性指数为轻度沉陷区<重度沉陷区<中度沉陷区,在地表沉陷过程中,鸟类群落结构具有不稳定性。各类生境中鸟类群落的物种组成变化明显,随着沉陷程度的增加,鸟类群落物种丰富度增加。     

淮北采煤塌陷区小型湖泊浮游植物群落结构和季节动态

深入了解煤矿塌陷湖泊生态系统的结构与功能,有助于开展淮北煤矿塌陷水域的生态保护和资源的可持续利用。该文从2005年3月至2007年2月,研究了淮北采煤塌陷区两个小型湖泊(南湖和乾隆湖)浮游植物的群落结构和季节动态。结果表明:乾隆湖中总氮和总磷的浓度均高于南湖。蓝藻和绿藻均为南湖和乾隆湖的优势类群,其总和分别约占两湖泊年平均总浮游植物生物量的69.8%和63.3%,且南湖浮游植物生物量明显低于乾隆湖。另外,南湖夏季出现了以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为主的蓝藻水华,而富营养湖泊中常见的微囊藻属(Microcystis)和水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)等蓝藻种类在乾隆湖中没有被观察到。除营养盐、温度外,鱼类和硬度水质可能是影响淮北采煤塌陷区小型湖泊浮游植物群落演替和生物量季节变化的重要原因。     

鹤岗矿区生态系统服务价值

生态系统服务与人类福祉有着密切的关系。采用修正后的单位面积生态系统价值当量因子的方法,对鹤岗矿区不同沉陷时期（1993、2000、2013年）9种类型生态系统服务价值进行核算。结果表明：①1993、2000和2013年鹤岗矿区生态系统的总服务价值量分别为2219.21、1025.15和3531.95万元。就生态系统而言,耕地的平均服务价值最高,占平均总价值的189.35%;其次是林地和水域,分别占平均总价值的46.50%和26.83%。②就生态系统服务类别而言,支持功能服务价值最高,平均价值量占平均总价值量的186.67%,其次是调节服务,占45.34%,文化服务占5.73%,供给服务占-137.74%。③1993-2013年,鹤岗矿区生态系统服务价值自西向东递增,这与采煤方向和开采程度差异有关。这种分布趋势主要受由采矿活动引起的土地利用类型、面积及质量变化的影响。④与无考虑空间异质性因素情况相比,1993、2000年鹤岗矿区生态系统服务总价值分别减少了152.96和580.12万元,2013年增加了781.63万元。随煤炭开采,1993-2013年鹤岗矿区采煤沉陷地自然生态环境状况呈现一个由下降到好转的过程。