半干旱区丛枝菌根真菌复垦地生物结皮胞外酶活性及化学计量特征

丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)对煤矿区生态恢复有长期促生效应,能直接影响生物结皮的生长发育,生态修复效应目前很少涉及生物结皮影响养分循环和胞外酶活性方面的报道。以大柳塔采煤沉陷微生物复垦示范基地修复11 a的对照(CK)区和AMF区为研究区域,选择2个区域里4种不同类型生物结皮:藻结皮、混生藻结皮(藻盖度>50%)、混生藓结皮(藓盖度>50%)、藓结皮为研究对象,分析不同类型生物结皮盖度、厚度,土壤、枯落物和林下植被的总有机碳(TOC质量分数)、全氮(TN)、全磷(TP)及β–1,4–葡萄糖苷酶(BG)、β–1,4–乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和碱性磷酸酶(AP)活性,研究土壤养分及环境因子对生物结皮胞外酶及养分限制的影响。CK区藻结皮盖度比藓结皮高31.3%,而AMF区表现出藓结皮盖度比藻结皮高27%,AMF区和CK区生物结皮的厚度均呈现藻结皮<混生藻结皮<混生藓结皮<藓结皮的趋势,且AMF区生物结皮厚度大于CK区,表明菌根复垦促进了西部采煤沉陷区生物结皮的发育。生物结皮层土壤有机碳(SOC)、TN、TP及胞外酶BG、NAG+LAP、AP活性较裸土均显著增加,藓结皮显著大于藻结皮,表明生物结皮演替加速表层土壤养分恢复及循环。AMF区藻结皮、混生藻结皮、混生藓结皮3种类型结皮SOC和TN质量分数及胞外酶BG、NAG+LAP、AP活性均显著高于CK区。结皮土壤微生物群落受到P限制。生物结皮土壤从藻结皮发育至藓结皮呈现出C/P、N/P逐渐增加趋势,但ABG/(A_(NAG)+A_(LAP))和A_(BG)/A_(AP)随结皮从藻结皮至藓结皮的发育降低(A为胞外酶活性)。RDA分析显示,生物结皮SOC、TN、TP质量分数与BG、NAG+LAP及AP活性存在正相关关系但与酶向量长度及角度呈负相关。AMF通过改善枯落物盖度、林下草本植被盖度及养分状况提升生物结皮养分含量及胞外酶活性,缓解P限制。

西部煤矿区生物土壤结皮的生态修复作用及其碳中和贡献

我国西部是典型的生态脆弱敏感区和水土流失严重区,煤炭的资源开发与干旱脆弱的自然环境叠加作用使西部煤矿区地表损伤及生态碳汇能力下降的问题日趋严重,探索一种与生境契合度高、贴合地形变化快速复绿的生态修复+碳汇技术成为当务之急。生物土壤结皮是由土壤微生物、隐花植物如蓝藻、真核藻类、地衣、苔藓等与土壤表层颗粒胶结而成的复杂有机体,广泛分布于我国西部地区。生物土壤结皮作为干旱半干旱地表生物覆被层的最初主要构建者,是陆地生态系统中重要的碳汇,能够改变土壤表面的微地形,增加降水入渗,延缓或减少径流的发生,影响菌类和土壤动物的生存和繁衍,并在土壤生态水文过程、土壤生物过程和地球化学循环过程中发挥重要作用。为此,结合西部煤矿区生态环境所面临的主要问题,从生物土壤结皮影响土壤养分累积、氮固定、风蚀水蚀过程、植物萌发与生长等方面对其生态功能进行概述。阐述生物藻结皮对沙地沙尘控制、采煤沉陷地裂缝修复、乔灌草立体生物修复等新技术模式。通过试验研究发现,与藻结皮层相比,苔藓结皮层有机碳含量显著高于90.3%,丛枝菌根真菌与苔藓结皮种子土3∶1~5∶1(质量比)配比时有机碳含量增加107%。提出了丛枝菌根真菌与苔藓结皮种子土3∶1~5∶1联合最佳配比固碳、生物土壤结皮与草灌乔立体组合生物固碳、生物土壤结皮长期修复土壤累积固碳等碳中和的贡献潜力,旨在为碳中和背景下西部煤矿区土地复垦与生态修复提供新的参考和技术支撑。