植物对煤矿复垦区表层土壤改良和水土流失控制效果研究

发布时间：2020-06-05 22:44

【摘要】：本研究以安徽省淮南市潘集采煤复垦区为研究区域,研究区的土地利用类型为农田、荒地、菜地和林地。对2013、2015、2017年3个复垦年份的土壤理化特征和酶活性调查发现:(1)复垦年限越久0-20cm土壤总磷含量越低,有机质含量越高;(2)2015年复垦农田20-40cm土壤总磷含量高于其他复垦年份,土壤有机质含量显著低于其他复垦年份(p0.05)。(3)2013和2015复垦年份中0-20cm土壤脲酶活性高于20-40cm土壤脲酶活性;三个复垦年份均表现为0-20cm土壤中碱性磷酸酯酶活性高于20-40cm土壤碱性磷酸酯酶活性,且2013年复垦年份0-20cm土壤脲酶和碱性磷酸脂酶活性均显著高于其他复垦年份的土壤酶活性。小区试验结果表明:(1)与未种植作物的对照相比,种植玉米、芝麻、黄豆、紫花苜蓿和苏丹草均能使表层土壤中有机质、总氮和有效磷含量增加,增加量分别达到115%-185%,120%-228%和61%-152%。其中芝麻和黄豆更有利于复垦区表层土壤养分状况的改善,其次为紫花苜蓿和苏丹草,玉米对于表层土壤养分改善效果最差;(2)与未种植作物的对照相比,仅有种植黄豆的试验小区中表层土壤中脲酶活性显著增加,增加了513%,种植芝麻和黄豆有效提升了表层土壤中蔗糖酶和碱性磷酸酯酶活性。(3)黄豆对采煤复垦区的耐受性最好,总氮含量显著高于其他四种作物。相比于种植玉米、紫花苜蓿和苏丹草,通过种植黄豆和芝麻实现土壤养分状况的改善是更合适的选择。小区试验结果表明:种植玉米的表层土壤Cu含量显著低于种植其他作物和对照区,试验小区表层土壤Cd含量除了种植黄豆的土壤低于0.2mg/Kg,属于土壤环境质量一级标准,种植其余作物的表层土壤Cd含量均属于土壤环境质量二级标准。五种作物中芝麻的Cu、Zn和Cd的含量最高分别为5.02mg/kg、10.41mg/kg和0.30mg/kg,紫花苜蓿的Pb含量最高为1.20mg/kg,苏丹草的As含量最高为1.83mg/kg。通过对比饲料标准发现玉米、芝麻、黄豆、紫花苜蓿和苏丹草的重金属含量均低于国家规定牧草中重金属含量水平,为安全产品,可用于饲养牲畜。高通量测序结果表明:(1)试验小区表层土壤中优势细菌主要为变形菌门、放线菌、厚壁菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、蓝细菌、疣微菌门、浮霉状菌等10门,其中变形菌门在无作物对照地的相对丰度显著高于种植作物的表层土壤。酸杆菌门在玉米、芝麻和黄豆种植地的相对丰度显著高于紫花苜蓿和苏丹草种植地。(2)试验小区表层土壤中优势真菌主要为子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门、球囊菌门、罗茨菌门等6门,其中接合菌门在紫花苜蓿种植地的相对丰度显著低于对照区,罗茨菌门在玉米、芝麻、黄豆和紫花苜蓿种植地的相对丰度显著低于对照区。相比于对照区,作物种植区土壤微生物群落组成更为复杂,无论是细菌还是真菌,作物种植区表层土壤的OTU数目均高于对照区。径流场试验结果表明:农田径流量分别为林地和草地径流量0.96-2.78和1.2-2.78倍;农田土壤流失量分别为是林地和草地土壤流失量的1.18-5.8和1.3-11.6倍。草地对水土流失控制效果优于林地,农田对水土流失控制效果最差。
【图文】：

颜色,芝麻,作物,黄豆

逦３０１逦°＾；印逦３Ｓ３逡逑图５－１邋Ａ（玉米）、Ｂ（芝麻）、Ｃ（黄豆）、Ｄ（紫花苜蓿）、Ｅ（苏逡逑？９逦？逦丹草）、Ｆ（无作物对照）共有或特有物种Ｖｅｎｎ图逡逑Ｅ逦Ｆ逦Ｆｉｇｕｒｅ邋５－１邋Ａ邋（ｃｏｍ），邋Ｂ邋（ｓｅｓａｍｅ），邋Ｃ邋（ｓｏｙａ），邋Ｄ邋（ａｌｆａｌｆａ），邋Ｅ逡逑（Ｓｕｄａｎ邋ｇｒａｓｓ），，邋Ｆ邋（ｎｏ邋ｃｒｏｐ邋ｃｏｎｔｒｏｌ）邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｏｒ邋ｅｎｄｅｍｉｃ逡逑ｓｐｅｃｉｅｓ邋Ｖｅｎｎ邋ｍａｐ逡逑图５－１结果说明：Ｖｅｎｎ图颜色与种植不同作物的土壤样本对应，利用Ｖｅｎｎ逡逑图可以展示土壤样本共有和各自的ＯＴＵ数目，形象的展示土壤样本ＯＴＵ的重复逡逑部分。由图５－１可知Ａ（玉米）、Ｂ（芝麻）、Ｃ（黄豆）、Ｄ（紫花苜蓿）、Ｅ（苏丹草）、Ｆ（无逡逑作物对照）种植地土壤共有ＯＴＵ数目３６５个，特有ＯＴＵ数目分别为Ａ（玉米）：逡逑３５３个、Ｂ（芝麻）：３４０个、Ｃ（黄豆）：１８１个、Ｄ（紫花苜蓿）：３０１个、Ｅ（苏丹草）：逡逑４０９个、Ｆ（无作物对照）：１５４个，无作物对照的ＯＴＵ数目最少。由图６－２可知逡逑Ａ（玉米）、Ｃ（黄豆）、Ｆ（无作物对照）共有ＯＴＵ数目４３２个，由６－３可知Ｂ（芝麻）、逡逑Ｆ邋（无作物对照）共有ＯＴＵ数目４８１个。通过ＯＴＵ聚类分析发现采煤复垦区试逡逑验小区种植玉米、芝麻、黄豆、紫花苜蓿和苏丹草五种不同作物以及无作物对照逡逑六个不同分组土壤样本间微生物组成存在差异

分布图,相对丰度,细菌,分布图

Ｆｉｇｕｒｅ邋５－２邋Ｂａｃｔｅｒｉａｌ邋ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ａｂｕｎｄａｎｃｅ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｓｐｅｃｉｅｓ逡逑图５－２，物种相对丰度分布图结果说明：横坐标为种植玉米、芝麻、黄豆、逡逑紫花苜蓿、苏丹草不同作物土壤以及无作物对照的样品名，纵坐标为各个样品的逡逑相对丰度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ａｂｕｎｄａｎｃｅ）。图５－２中展示的五种植物以及无作物对照相对丰逡逑度大于等于１％（默认值）的细菌，将低于该值以及分类为ｕｎｃｌａｓｓｉｆｅｄ及逡逑ｕｎｉｄｅｎｔｉｆｅｄ的归为Ｏｔｈｅｒｓ。该分析是在门－属水平分别对齐古菌门、酸杆菌门、逡逑放线菌、拟杆菌门、绿弯菌门、蓝细菌、栖热杆菌、硬碧细菌、消化螺旋菌门、逡逑浮霉菌门、变形菌门等门水平细菌的相对丰度分布图绘制，此处以门水平为例。逡逑由图６－２可知淮南潘集采煤复垦区试验小区Ａ（玉米）、Ｂ（芝麻）、Ｃ（黄豆）、Ｄ（紫逡逑花苜蓿）、Ｅ（苏丹草）、Ｆ（无作物对照）种植地土壤细菌相对丰度最大的是变形菌门逡逑（ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）邋0逡逑
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S156;S157

【相似文献】