自然生态恢复过程中尾矿废弃地土壤微生物变化

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1、尚文勤等：自然生态恢复过程中尾矿废弃地土壤微生物变化717自然生态恢复过程中尾矿废弃地土壤微生物变化尚文勤1，朱利平1，孙庆业1*，杨林章21.安徽大学生命科学学院，安徽合肥；2.中国科学院南京土壤研究所,江苏南京摘要：尾矿废弃地是一种人为的裸地，其自然生态恢复过程表现为典型的生态系统原生演替过程。尾矿废弃地自然生态恢复过程为人们了解生态系统发展过程中土壤微生物群落的变化提供了一个良好的机遇。该研究以2处（即，铜陵杨山冲尾矿废弃地和铜官山新尾矿废弃地）不同时期弃置的、处于3个演替阶段（原生裸地阶段、隐花植物结皮阶

2、段和草本维管植物群落阶段）的铜尾矿废弃地为研究对象，利用传统培养法（稀释平板法）和分子生物学法（净DNA含量法）相结合的手段对土壤微生物量和土壤微生物群落结构变化及其影响因素进行了调查。数据分析表明：随着尾矿废弃地上植物群落的形成和发展，尾矿废弃地水分含量增加、pH降低、土壤有机质和总氮质量分数提高；土壤微生物数量逐渐增加，维管植物群落下的尾矿废弃地中土壤微生物数量明显高于处于演替初期阶段的隐花植物结皮，高于裸地；不同演替阶段尾矿废弃地中土壤微生物群落结构表现为细菌（60.68﹪～97.45﹪）>放线菌（2.50

3、﹪～39.13﹪）>真菌（0.05﹪～0.82﹪）；相关分析发现，尾矿废弃地土壤微生物量变化与基质的含水量、总氮和有机质质量分数呈正相关，而与pH变化呈负相关。研究结果表明，在尾矿废弃地自然生态恢复过程中，伴随着植物群落形成、发展和基质理化性质的逐步改善，尾矿中土壤微生物也逐步恢复。关键词：铜尾矿；废弃地；原生演替；土壤微生物中图分类号：S154.3文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）02-0713-05尚文勤等：自然生态恢复过程中尾矿废弃地土壤微生物变化717尾矿（tailings）是矿石经粉

4、碎、浮选精矿后余下的微粒状固体粉末，通常被堆放于尾矿库内，弃置后的尾矿库形成尾矿废弃地[1]。尾矿废弃地不仅占用大量土地，同时来自于尾矿废弃地的酸性废水对周围的生态系统造成严重破坏。尾矿废弃地的生态恢复不仅为恢复生态学理论和技术研究提供了良好的平台，也为人们研究生态系统演替过程中生物群落多样性演变以及基质物理、化学和生物学性质的变化过程提供了理想的机遇。目前，尾矿废弃地生态恢复已成为生态学、环境科学和土壤学的热点问题之一[2]。铜尾矿废弃地是一种人为原生裸地，其自然生态恢复过程表现为典型的生态系统原生演替过程：弃

5、置后的尾矿裸地表面首先形成以藻类、藓类占优势的隐花植物结皮（cryptogamiccrust），而后草本维管植物定居并逐渐形成自然植物群落[3]。在生态系统发展过程中，土壤微生物通过影响土壤中养分动态、能量转化以及动植物群落结构而影响着生态系统发展的进程与方向。目前，关于尾矿废弃地自然生态恢复过程的研究主要集中于植物种类组成、植物群落类型及其演替、尾矿基质理化性质和酶活性的变化等方面[4-8]，对于尾矿废弃地中数量庞大、种类繁多的土壤微生物研究仅涉及重金属与微生物多样性关系方面[9-10]，国外关于人为裸地生态系

6、统发展过程中土壤微生物群落研究目前也仅涉及煤矿废弃地方面[11-13]。关于重金属尾矿废弃地生态系统发展过程中土壤微生物群落演替的研究国内外鲜见报道。研究上的不足导致了人们对包括尾矿废弃地在内的各类人为原生裸地生态系统发展过程中土壤微生物群落结构和功能多样性演替过程、特点等重要生态学理论问题的认识十分肤浅。铜陵是我国六大铜业基地之一，区内堆存在大量的铜尾矿废弃地，多数尾矿废弃地处于自然生态恢复状态。本研究以安徽铜陵铜矿区2处不同时间弃置的铜尾矿废弃地作为研究对象，探讨随着自然生态系统发展，尾矿废弃地中土壤微生物群

7、落的组成及数量方面所发生的变化，揭示自然生态恢复过程中铜陵铜尾矿土壤基因库总量特性及其与土壤微生物数量的分布、土壤理化性质的关系。1材料与方法1.1样品采集在铜陵杨山冲尾矿库（弃置16a）和铜官山新尾矿库（弃置6a）废弃地，根据植物群落的不同采集尾矿样本。杨山冲尾矿库采集样本包括木贼群落（YM）、白茅群落（YB）、中华结缕草群落（YJ）和无任何植物生长的裸地（YL），铜官山新尾矿库采集样本包括隐花植物结皮（TY）和无任何植物生长的裸地（TL）。尚文勤等：自然生态恢复过程中尾矿废弃地土壤微生物变化717野外采样采用

8、随机采样、多点混合的方法进行。用于理化性质分析和土壤微生物净DNA含量分析的每个尾矿样本由7个采样点采集的样品混合成1份样本，每种植物群落各采集3份样本；各植物群落采集1份样本用于土壤微生物平板法记数，由21个随机采样点尾矿样混合而成；采集深度0~5cm。理化性质分析用风干样本进行，微生物分析用新鲜冷藏样本。1.3尾矿中土壤微生物总DNA的提取与计算参照Tsai[14]等