黄土高原矿区采煤扰动后土壤微生物群落结构变化及驱动机制研究
发布时间：2021-09-30 19:05
黄土高原地区是我国重要的煤炭生产基地,采矿活动严重地干扰了当地的生态系统,土壤环境受扰动尤为显著。土壤微生物是土壤生产力和活性功能的重要表征,受到学术界普遍关注。因此,有必要系统地研究黄土高原矿区采煤扰动后土壤微生物群落结构变化及驱动机制这一科学问题,为监测矿区土壤-植物系统变化提供新思路,为开拓微生物修复受损的矿区生态环境提供新技术。本研究选取具有典型黄土高原特征的山西东坪煤矿采煤裂缝区、陕西大柳塔煤矿采煤塌陷区以及内蒙古黑岱沟煤矿采煤复垦区为研究对象,通过测定土壤含水量、土壤温度、pH、电导率、有机质、硝态氮、铵态氮、有效磷等理化指标,利用高通量测序技术测定土壤微生物16S rRNA,获取细菌在门、纲、目、科、属不同分类水平上的遗传信息,采用Alpha多样性和Beta多样性分析土壤细菌群落组成,并应用分子生态网络构建各土壤微生物群落的互作网络以及与土壤理化性质的关联网络,采用时空互换的方法,对比扰动前后土壤微生物群落结构的变化,寻找不同区域采煤扰动下土壤微生物群落变化的联系与差异,探究土壤细菌群落结构变化的驱动机制,并进一步归纳出采煤扰动后土壤微生物应用的生态恢复策略。主要研究结果...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区区位示意图
气候干燥，夏秋多雨，雨量大多集中在 7、8 月份。年平均气温 8.7℃，一月份最低，极端气温-19.7℃；7 月最高，平均气温 22.3℃。年降水量 450.0～550.0mm，霜冻期为 9 月下旬至次年 4 月份，年无霜期约 150 天，最大冻土深度1m；主导风向西北，平均风速 2.7m/s。东坪煤矿始建于 1957 年，地处沁水煤田北部边缘，是阳泉矿区、盂县勘探区、泥河等四个井田勘探区的一部分，地形属中低山区，总体东南高、西北低，中部最高点为盘梁山，海拔标高 1366m；长沟村内最低，海拔标高 1150m，相对高差 216m。矿区内沟谷交叉，北低南高，东低西高。该矿区隶属于海河流域滹沱河水系，矿区南部较大的河流为秀水河，区内仅有下曹河一条季节性河流流过，水流量较低，最终向东汇入秀水河。2009 年，经过煤矿企业改革，井田面积160242km2，地质探明储量约 13431 万吨，可开采量约 8207 万吨；可采煤层 4#、8#、9#、15#，批准开采煤层 4#—15#煤层，目前主要开采太原组 15#煤层，核定开采能力 120 万吨/年。东坪煤矿采煤造成地表裂缝严重，土地可持续利用压力加大。调研发现，矿区土壤干旱化程度加剧，植被根系暴露地表，甚至形成了裸地。东坪煤矿采煤裂缝的调研现状如图 2-2 所示。
2 实验材料与方法季东南风为主，春季沙尘暴较多，年平均风速约 2.2m/s，最大风速可达 28m/s。气温季节变化明显，一月最冷，七月最热，年平均气温约 8.6℃，年降水量约410.3mm。大柳塔煤矿井田多在黄土高原北部与毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，矿区内土地利用以沙地、天然（或人工）草地、灌木林地、裸岩地等为主。其中，大部分区域是半固定沙地、固定沙地和沙地沙丘间低地，植被组合以柠条、油萬、沙柳、梓条为代表。大柳塔煤矿于 1987 年 10 月始建，1996 年正式开采。原计划一期设计产能为 360 万吨/年，二期提升到 600 万吨/年。随着煤炭需求激增，2006 年重新核定产能 1040 万吨/年。大柳塔煤矿开采至今，采空区接近全矿区的三分之二，采空区塌陷频频发生。调研发现，大柳塔煤采空区塌陷使得地下潜水水位下降，地表的干砂层厚度增加，地表砂层的含水率下降，植被根系吸水困难，导致灌木及林木死亡。大柳塔煤矿采煤塌陷的调研现状如图 2-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]解决矿山环境问题的“九节鞭”[J]. 武强,刘宏磊,赵海卿,张萌,刘守强,曾一凡. 煤炭学报. 2019(01)
[2]西部采煤沉陷地微生物复垦植被种群自我演变规律[J]. 毕银丽,申慧慧. 煤炭学报. 2019(01)
[3]再论矿区生态系统恢复重建[J]. 白中科,周伟,王金满,赵中秋,曹银贵,周妍. 中国土地科学. 2018(11)
[4]高通量测序分析中国沙棘根瘤与根际土壤细菌多样性[J]. 张爱梅,韩雪英,孙坤,张世虎,孔维宝,牛世全,朱学泰. 草原与草坪. 2018(02)
[5]我国煤矿生产能耗现状分析及节能思路[J]. 葛世荣,刘洪涛,刘金龙,胡海山. 中国矿业大学学报. 2018(01)
[6]土壤微生物群落结构研究方法综述[J]. 朱菲莹,肖姬玲,张屹,李基光,梁志怀. 湖南农业科学. 2017(10)
[7]矿区生态扰动监测研究进展与展望[J]. 汪云甲. 测绘学报. 2017(10)
[8]丛枝菌根真菌在煤矿区沉陷地生态修复应用研究进展[J]. 毕银丽. 菌物学报. 2017(07)
[9]浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中好氧不产氧光营养细菌群落结构及多样性[J]. 唐凯,贾丽娟,高晓丹,陶羽,孟建宇,李蘅,袁立敏,冯福应. 微生物学报. 2018(02)
[10]中国土壤微生物组:进展与展望[J]. 朱永官,沈仁芳,贺纪正,王艳芬,韩兴国,贾仲君. 中国科学院院刊. 2017(06)
博士论文
[1]神农架森林土壤微生物沿海拔分布格局及形成机制[D]. 丁军军.清华大学 2016
[2]西部煤炭开采对土壤环境影响及微生物修复研究[D]. 张延旭.中国矿业大学(北京) 2016
[3]采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤微生物多样性及土壤酶活性研究[D]. 李媛媛.中国矿业大学 2015
[4]西部煤矿区开采扰动对根际微生态影响及微生物复垦效应[D]. 王瑾.中国矿业大学(北京) 2015
[5]铀尾矿土壤环境放射性核素的浓度分布及其对土壤微生物多样性的影响[D]. 闫逊.东北林业大学 2015
[6]煤炭开采对植物根际微环境影响规律及生态修复效应[D]. 杜涛.中国矿业大学（北京） 2013
[7]山东省两个典型矿区微生物生态特性及其环境指示作用研究[D]. 王强.山东大学 2010
[8]矿区充填复垦土壤重金属分布规律及主要农作物污染评价[D]. 董霁红.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]四种藓类内生菌多样性及其功能性研究[D]. 高昕.上海师范大学 2018
[2]补连塔煤矿采陷区丛枝菌根真菌种类分布及土壤因子的研究[D]. 牛天心.内蒙古大学 2015
[3]神木矿区采煤对土壤和植被的影响[D]. 王丽.西北农林科技大学 2012
[4]煤矿区AM真菌多样性与土壤微生物数量特征的研究[D]. 旭日干.内蒙古大学 2011
[5]铅锌矿区土壤微生物特性研究[D]. 颜森.四川农业大学 2010
[6]内蒙古准格尔煤田矿区复垦过程中土壤微生物的变化及规律的研究[D]. 董红利.内蒙古师范大学 2010
本文编号：3416472
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区区位示意图
气候干燥，夏秋多雨，雨量大多集中在 7、8 月份。年平均气温 8.7℃，一月份最低，极端气温-19.7℃；7 月最高，平均气温 22.3℃。年降水量 450.0～550.0mm，霜冻期为 9 月下旬至次年 4 月份，年无霜期约 150 天，最大冻土深度1m；主导风向西北，平均风速 2.7m/s。东坪煤矿始建于 1957 年，地处沁水煤田北部边缘，是阳泉矿区、盂县勘探区、泥河等四个井田勘探区的一部分，地形属中低山区，总体东南高、西北低，中部最高点为盘梁山，海拔标高 1366m；长沟村内最低，海拔标高 1150m，相对高差 216m。矿区内沟谷交叉，北低南高，东低西高。该矿区隶属于海河流域滹沱河水系，矿区南部较大的河流为秀水河，区内仅有下曹河一条季节性河流流过，水流量较低，最终向东汇入秀水河。2009 年，经过煤矿企业改革，井田面积160242km2，地质探明储量约 13431 万吨，可开采量约 8207 万吨；可采煤层 4#、8#、9#、15#，批准开采煤层 4#—15#煤层，目前主要开采太原组 15#煤层，核定开采能力 120 万吨/年。东坪煤矿采煤造成地表裂缝严重，土地可持续利用压力加大。调研发现，矿区土壤干旱化程度加剧，植被根系暴露地表，甚至形成了裸地。东坪煤矿采煤裂缝的调研现状如图 2-2 所示。
2 实验材料与方法季东南风为主，春季沙尘暴较多，年平均风速约 2.2m/s，最大风速可达 28m/s。气温季节变化明显，一月最冷，七月最热，年平均气温约 8.6℃，年降水量约410.3mm。大柳塔煤矿井田多在黄土高原北部与毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，矿区内土地利用以沙地、天然（或人工）草地、灌木林地、裸岩地等为主。其中，大部分区域是半固定沙地、固定沙地和沙地沙丘间低地，植被组合以柠条、油萬、沙柳、梓条为代表。大柳塔煤矿于 1987 年 10 月始建，1996 年正式开采。原计划一期设计产能为 360 万吨/年，二期提升到 600 万吨/年。随着煤炭需求激增，2006 年重新核定产能 1040 万吨/年。大柳塔煤矿开采至今，采空区接近全矿区的三分之二，采空区塌陷频频发生。调研发现，大柳塔煤采空区塌陷使得地下潜水水位下降，地表的干砂层厚度增加，地表砂层的含水率下降，植被根系吸水困难，导致灌木及林木死亡。大柳塔煤矿采煤塌陷的调研现状如图 2-3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]解决矿山环境问题的“九节鞭”[J]. 武强,刘宏磊,赵海卿,张萌,刘守强,曾一凡. 煤炭学报. 2019(01)
[2]西部采煤沉陷地微生物复垦植被种群自我演变规律[J]. 毕银丽,申慧慧. 煤炭学报. 2019(01)
[3]再论矿区生态系统恢复重建[J]. 白中科,周伟,王金满,赵中秋,曹银贵,周妍. 中国土地科学. 2018(11)
[4]高通量测序分析中国沙棘根瘤与根际土壤细菌多样性[J]. 张爱梅,韩雪英,孙坤,张世虎,孔维宝,牛世全,朱学泰. 草原与草坪. 2018(02)
[5]我国煤矿生产能耗现状分析及节能思路[J]. 葛世荣,刘洪涛,刘金龙,胡海山. 中国矿业大学学报. 2018(01)
[6]土壤微生物群落结构研究方法综述[J]. 朱菲莹,肖姬玲,张屹,李基光,梁志怀. 湖南农业科学. 2017(10)
[7]矿区生态扰动监测研究进展与展望[J]. 汪云甲. 测绘学报. 2017(10)
[8]丛枝菌根真菌在煤矿区沉陷地生态修复应用研究进展[J]. 毕银丽. 菌物学报. 2017(07)
[9]浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中好氧不产氧光营养细菌群落结构及多样性[J]. 唐凯,贾丽娟,高晓丹,陶羽,孟建宇,李蘅,袁立敏,冯福应. 微生物学报. 2018(02)
[10]中国土壤微生物组:进展与展望[J]. 朱永官,沈仁芳,贺纪正,王艳芬,韩兴国,贾仲君. 中国科学院院刊. 2017(06)
博士论文
[1]神农架森林土壤微生物沿海拔分布格局及形成机制[D]. 丁军军.清华大学 2016
[2]西部煤炭开采对土壤环境影响及微生物修复研究[D]. 张延旭.中国矿业大学(北京) 2016
[3]采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤微生物多样性及土壤酶活性研究[D]. 李媛媛.中国矿业大学 2015
[4]西部煤矿区开采扰动对根际微生态影响及微生物复垦效应[D]. 王瑾.中国矿业大学(北京) 2015
[5]铀尾矿土壤环境放射性核素的浓度分布及其对土壤微生物多样性的影响[D]. 闫逊.东北林业大学 2015
[6]煤炭开采对植物根际微环境影响规律及生态修复效应[D]. 杜涛.中国矿业大学（北京） 2013
[7]山东省两个典型矿区微生物生态特性及其环境指示作用研究[D]. 王强.山东大学 2010
[8]矿区充填复垦土壤重金属分布规律及主要农作物污染评价[D]. 董霁红.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]四种藓类内生菌多样性及其功能性研究[D]. 高昕.上海师范大学 2018
[2]补连塔煤矿采陷区丛枝菌根真菌种类分布及土壤因子的研究[D]. 牛天心.内蒙古大学 2015
[3]神木矿区采煤对土壤和植被的影响[D]. 王丽.西北农林科技大学 2012
[4]煤矿区AM真菌多样性与土壤微生物数量特征的研究[D]. 旭日干.内蒙古大学 2011
[5]铅锌矿区土壤微生物特性研究[D]. 颜森.四川农业大学 2010
[6]内蒙古准格尔煤田矿区复垦过程中土壤微生物的变化及规律的研究[D]. 董红利.内蒙古师范大学 2010
本文编号：3416472
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