花垣铅锌尾矿废弃地地枇杷斑块不同演替阶段土壤微生物群落变化

本研究以花垣铅锌尾矿废弃地的裸尾矿地为对照CK,地枇杷斑块不同演替阶段(地枇杷斑块Y、地枇杷 + 草本植物斑块M和地枇杷 + 草本 + 木本植物斑块O)为研究对象,测定不同演替阶段地枇杷斑块的土壤理化性质,采用土壤细菌16S rDNA和真菌ITS高通量测序方法分析了不同演替斑块的土壤细菌和真菌群落多样性和结构变化,探讨了细菌和真菌群落结构和多样性与土壤养分的相关性。结果表明:与裸尾矿(CK)相比,随地枇杷斑块演替的正向进行,1) 尾矿的总磷(TP)、有效磷(AP)、总氮(TN)、氨态氮(AN)、有机质(OM)和含水量均显著增加,土壤容重则表现为先增后降;2) 尾矿废弃地土壤细菌和真菌群落多样性逐渐增加,但不同演替阶段之间无显著差异;3) 土壤细菌优势门主要为变形菌门、蓝细菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、Saccharibacteria、栖热菌门(相对丰度 > 10%),真菌优势门为子囊菌门和担子菌门,酸杆菌门和变形菌门相对丰度增加,蓝细菌门和疣微菌门相对丰度逐渐降低,子囊菌门虽然呈现先降后升趋势,但不同演替阶段之间并无显著差异。4) Pearson相关性分析表明,细菌群落多样性和真菌群落物种数是影响尾矿土壤养分累积的主要因素,变形菌门尤其是α-变形菌纲以及被孢霉门是尾矿土壤养分累积的关键类群。结论:随着地枇杷斑块的正向演替,尾矿土壤微生物群落结构产生了显著变化,蓝细菌门和疣微菌门相对丰度逐渐降低,变形菌门相对丰度增加,在演替后期产生了新的真菌类群球囊菌门和壶菌门,从而有效地促进了尾矿废弃地土壤养分的累积。本研究结果可进一步为利用地枇杷进行铅锌尾矿废弃地的生态恢复提供实验数据支持。

花垣铅锌尾矿废弃地地枇杷根际土壤细菌群落演替及功能预测

看护植物介导的微斑块变化是尾矿废弃地等退化生态系统恢复过程中的活跃成分。以铅锌尾矿废弃地裸地为对照(CK),不同演替阶段的地枇杷斑块(初期Y、中期M和后期O)为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对不同演替过程中地枇杷根际土壤细菌数据进行数据挖掘和分析,运用PISCRUSt2功能预测分析探讨了铅锌尾矿废弃地上不同演替过程中地枇杷根际细菌群落变化及碳、氮和磷代谢特征。结果表明:1) 根际细菌优势门主要为变形菌门、蓝细菌门、绿弯菌门和放线菌门等,随着演替正向进行,蓝细菌门和绿弯菌门相对丰度逐渐降低,变形菌门和放线菌门相对丰度增加。优势属类群中鞘脂单胞菌属、Gaiella属、硫杆菌属和短波单胞菌属等的相对丰度逐渐降低,与之相反,红杆菌属、假单胞菌属、木洞菌属、慢生根瘤菌属和玫瑰单胞菌属的相对丰度则逐渐增加,典型对应分析(CCA)结果显示,有效磷(AP)和总磷(TP)与根际细菌物种分布的决定系数R2分别为0.8507 (P = 0.001)和0.9373 (P = 0.001);2) 参与碳固定的6条途径中,以3-羟基丙酸双循环的总关键基因丰度最高,其次为卡尔文循环,随演替正向进行,根际细菌固碳潜力逐渐增加;3) 参与固氮反应的功能酶基因丰度以Y阶段最高,硝化反应的功能酶基因丰度随演替正向进行而逐渐增加,参与N代谢的所有功能基因中异化性硝酸盐还原反应(DNRA)的基因丰度最高,并在O阶段达到最大;4) 有机磷矿化与无机磷溶解的基因丰度均随演替正向进行而逐渐增加,有机磷运输基因丰度随演替正向进行而增加,但无机磷酸盐运输的基因总丰度却显著高于前者。综上所述,随着地枇杷斑块演替的正向进行,地枇杷根际土壤细菌的群落结构与组成发生了显著变化,TP和AP是这种变化的关键环境因子,根际土壤细菌群落以3-羟基丙酸双循环途径为主要的固碳方式,硝态氮还原以DNRA为主,使尾矿废弃地的土壤质量得到明显改善,然而以无机磷酸盐同化为主要方式的P代谢特征表明尾矿废弃地以地枇杷为主的斑块演替仍处于生态演替的初级阶段。

地枇杷灌丛对铅锌尾矿废弃地植物群落和土壤微生物群落的促进效应

目的:探讨地枇杷灌丛对湘西地区铅锌尾矿废弃地生态恢复过程中植物群落和土壤微生物群落的影响。方法:采用野外调查法分析花垣县典型铅锌尾矿库生长的地枇杷灌丛对植物群落的影响,采用传统培养法和高通量测序技术分析地枇杷灌丛对土壤微生物群落的影响。结果:结果表明:1) 灌丛内的植物物种数、种群丰度指数(R)、Shannon-wiener指数(H0´)和植物物种种群均匀度指数(J0´)均高于灌丛外,分别是灌丛外的1.38、1.63、1.32和1.19倍,其中物种多样性指数H0´和J0´的差异达到了显著性水平;2) 灌丛内的细菌、放线菌和真菌的丰度与多度均高于灌丛外,H0´指数则表现为灌丛外略高于灌丛内,但灌丛内外无显著差异;3) 地枇杷灌丛对植物群落和土壤微生物群落均具有正促进效应,且对植物群落的促进作用大于对土壤微生物群落的作用;4) 地枇杷灌丛显著促进了硫杆菌属和涅斯捷连科氏菌属微生物类群的多度。结论:地枇杷灌丛有利于花垣铅锌尾矿废弃地的植物物种补充,细菌和放线菌在该过程中发挥了关键作用,地枇杷具有在铅锌尾矿废弃地生态恢复过程中作为看护植物的潜力。