植被恢复类型对露采矿山复垦土壤丰富和稀有微生物类群的影响

植被恢复可促进重构土壤发育,调控生物地球化学循环和发挥生态系统功能。因此深入研究露天矿区植物恢复下土壤丰富和稀有微生物类群变化对改善矿区生态环境至关重要。采集内蒙古准格尔旗黑岱沟露天矿东排土场裸地(CK)、苜蓿(GL)、沙棘(BL)、油松(CF)、杨树(BF)和杨树+油松(MF)6种复垦样地土壤,利用高通量测序、共现网络和相关性分析等探测植被类型对土壤丰富、稀有细菌和真菌群落结构组成和多样性的影响机制。结果表明:①不同植被恢复类型对土壤理化性质和酶活性影响存在显著性差异(P<0.05),有机质(SOM)、铵态氮(AN)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)酶活性等均显著高于CK。BL对土壤SOM、硝态氮(NN)和有效磷(AP)积累有优势,显著提高了脲酶(URE)、LAP和碱性磷酸酶(ALP)酶活性(P<0.05)。②植被类型显著影响了土壤丰富和稀有微生物群落结构组成(P<0.05),丰富和稀有细菌种类多于真菌,但真菌丰度变化更为显著,尤其是稀有真菌。不同植被恢复类型的丰富和稀有细菌,及稀有真菌群落Shannon指数高于CK,且与CK的群落结构间存在显著差异(P<0.05)。③不同植被恢复类型均提高了丰富和稀有细菌、真菌的网络拓扑参数和复杂度。移除节点改变自然连通性的幅度测试结果表明BL增强了土壤丰富细菌、丰富和稀有真菌网络的稳定性和对外界干扰的抵抗力。④土壤URE、SOM和ALP是土壤微生物群落结构变化的主导因子。BL处理组中pH、SOM、AP、BG(β-葡萄糖苷酶)、URE和ALP均显著影响丰富和稀有微生物群落(P<0.05)。综上认为,BL恢复模式对矿区复垦土壤质量改善效果更好,研究结果可为植被修复受损矿山复垦土壤及微生物资源的开发利用提供理论依据。

植被类型对露天矿复垦土壤微生物固碳潜力及路径的影响

半干旱露天采矿严重破坏生态环境,亟需厘清植被、土壤和微生物之间互作机制,从而挖掘微生物固碳潜力和路径,激发退化生态系统的恢复能力,实现基于自然的解决方案对受损矿山大规模生态修复具有重要意义。为此,采集内蒙古准格尔旗黑岱沟露天矿排土场油松(YS)、油松+杨树(DYS)和油松+杨树+苜蓿(DYX)3种典型复植类型共18个表土样品,利用高通量测序和实时荧光定量PCR技术测定土壤微生物固碳基因丰度和群落结构变化。结果表明:(1)植被类型对复垦土壤理化性质影响显著(P<0.05)。植被类型越复杂,土壤pH和含水率下降越显著,同时有机碳、全氮和硝态氮含量增加也越显著。(2)植被类型对复垦土壤细菌群落组成影响不显著,但对固碳基因丰度影响显著,即rbcL、korA、acsA、acsE、pccA、smt和frda基因丰度随植被种类增加显著上升(P<0.05)。(3)土壤含水率、有机碳、全氮和硝态氮是细菌群落结构变化的主导因子,不同植被组合改变环境因子进而调控固碳潜力及路径。该研究有助于理解多样化植被组合对矿区复垦土壤碳循环的影响,为黄土高原生态修复及固碳增汇提供理论依据。

PVDF/BTO压电超滤膜制备及其抗污染机理

针对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜污染问题,以钛酸钡(BTO)纳米压电颗粒作为添加剂,通过共混改性制备了PVDF/BTO压电超滤膜,并分析了BTO对膜材料压电输出、晶体含量、表面特性、孔径结构以及过滤、抗污染性能的影响。结果表明,BTO含量为0.1%的PVDF超滤膜在0.15MPa下具有-3.99 V的压电输出,其极性晶型含量增加至90.19%,膜表面负电位提升至-53 mV,接触角降至43°,减少了大孔的形成,对于牛血清白蛋白(BSA)的截留率提升至77.4%,纯水通量略微下降至453.5 L/(m2·h)。此外,BSA污染实验表明,PVDF/BTO膜材料的压电效应能够对压力驱动膜过程实现响应,从而增强对污染物的静电排斥作用,减缓膜污染,即在一定过滤压力范围内(0.05~0.15MPa),其污染阻力并未随过滤压力的增加而升高。相比于未改性膜,其不可逆污染阻力降低了20.17%(0.15 MPa),表现出优异的抗污染性能。

露天矿排土场植物恢复对土壤氮循环功能基因的影响

【目的】植被恢复对改善矿区生态环境至关重要,可促进重构土壤发育,从而调控生物地球化学循环和发挥生态系统功能。本研究为明确露天矿区植物恢复对土壤氮循环微生物类群及功能基因丰度的影响。【方法】采集内蒙古准格尔旗黑岱沟露天矿东排土场苜蓿(GL)、沙棘(BL)、油松(CF)和刺槐(BF)复垦区及对照(CK)共25个表土样品,利用高通量qPCR芯片技术测定土壤氮循环功能基因丰度。【结果】(1)不同植被对土壤理化性质、酶活性及氮循环功能基因丰度影响有显著差异(P<0.05)。BL对土壤有机碳、有效磷累积优于其他植被,BF对土壤铵态氮累积有优势,但土壤全氮和有机碳低于CK。复绿显著地提高土壤过氧化氢酶活性,并降低了土壤β-葡萄糖苷酶、脲酶和亮氨酸氨基肽酶活性。但复绿对土壤氮循环功能基因丰度的影响完全一致:BF>CF>BL>GL>CK。(2)土壤氮循环功能基因丰度与土壤pH呈显著性正相关(P<0.01),与土壤硝态氮、总氮、脲酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶活性呈显著性负相关(P<0.05)。(3)不同植被直接影响土壤过氧化氢酶或硝化功能基因丰度从而操控土壤氮循环功能基因丰度,或通过反硝化功能基因丰度影响土壤过氧化氢酶再间接影响氮循环过程。【结论】露天矿植物恢复影响土壤酶活性和氮循环功能基因丰度而影响土壤氮循环过程,灌丛(沙棘)对该地区土壤质量的改善有着更好的效果。