不同施肥組合對木里礦區(qū)人工植被和土壤微生物特征的影響

張玉芳李希來高志香張 靜周 偉張 英

(1.青海大學(xué) 農(nóng)牧學(xué)院,西寧 810016;2.青海大學(xué) 省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實驗室,西寧 810016;3.中國地質(zhì)大學(xué) 土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京 100083)

青海木里礦區(qū)由于煤礦企業(yè)開采,堆積了大量渣山,重構(gòu)渣山土壤和恢復(fù)其理化性質(zhì)是保障植被正常生長的重要措施,施肥可改善礦區(qū)重構(gòu)土壤理化性質(zhì)促進(jìn)植被生長,微生物群落狀況可作為反映重構(gòu)土壤質(zhì)量狀況指標(biāo)。楊鑫光等[1]在高寒礦區(qū)植被恢復(fù)研究中發(fā)現(xiàn),煤礦開采堆積的渣土土壤全氮、全磷及有機(jī)質(zhì)含量低于周邊自然草地,p H 高于周邊自然草地,而土壤養(yǎng)分及酸堿度對植被恢復(fù)有重要作用。施用有機(jī)肥能增加土壤養(yǎng)分,硫酸亞鐵可以改善土壤p H,繼而促進(jìn)植被生長。

工業(yè)脫硫廢棄物[2]和碳酸鈣[3]等土壤改良劑被用來改良酸性土壤,生物炭[4]等被用來改良堿性土壤。礦區(qū)土壤有機(jī)肥相關(guān)研究中,薛玉晨等[5]和韓陽[6]通過施用豬糞、牛糞及雞糞來改善礦區(qū)土壤性質(zhì),但并未涉及土壤改良劑和有機(jī)肥梯度研究。目前,國內(nèi)對高寒煤礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的研究主要有不同坡向渣山植被和土壤特征研究[7],人工種草對土壤特征的影響[8],不同人工恢復(fù)措施[9]對高寒礦區(qū)煤矸山植被和土壤恢復(fù)的效果研究,以及不同恢復(fù)年限對高寒露天煤礦區(qū)渣山植被和土壤特性的影響[10]等。對不同施肥組合下高寒礦區(qū)渣山土壤重構(gòu)過程中表層土壤微生物群落特征和植被生長特征的研究鮮見報道,本試驗試圖研究不同有機(jī)肥和硫酸亞鐵處理組合對高寒礦區(qū)渣山重構(gòu)土壤細(xì)菌、真菌群落特征以及植被生長特征的影響,為高寒礦區(qū)渣山生態(tài)恢復(fù)和土壤重構(gòu)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究區(qū)位于青海湖上游江倉礦區(qū)(99°27′E～99°35′E,38°02′N～38°03′N),海拔3 800～4 200 m,年平均氣溫-2.8 ℃。礦區(qū)東西長約25 km,南北寬約2.5 km,面積約5 500 hm2,蘊(yùn)藏著巨大煤炭資源。該礦區(qū)自2010年以來,因開采而堆積形成兩座體積約為130×104m3的渣山,對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成了一定的破壞。企業(yè)自2013年開始進(jìn)行渣山穩(wěn)定處理和復(fù)綠工作。礦區(qū)周邊主要草地類型是高寒沼澤濕地,屬于多年凍土區(qū),優(yōu)勢種主要有藏嵩草(Koeleria tibetic)、苔草(CarexL.)、粗喙苔草(Carex scabrirostris)。渣山植被恢復(fù)前表土理化性質(zhì)為全氮1.09 g/kg、全磷0.99 g/kg、堿解氮18 mg/kg、速效磷1.7 mg/kg、有機(jī)質(zhì)62.52 g/kg、p H 8.59、水分含量11.9%。

1.2 試驗設(shè)計

按照雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計試驗,有機(jī)肥施肥量設(shè)置4 個水平,分別為0 kg/m2(M0)、1 kg/m2(M1)、2 kg/m2(M2)、3 kg/m2(M3);硫酸亞鐵施肥量設(shè)置3 個水平,分別為0 g/m2(F0)、50 g/m2(F1)、100 g/m2(F2),共12個處理(M0F0、M0F1、M0F2、M1F0、M1F1、M1F2、M2F0、M2F1、M2F2、M3F0、M3F1和M3F2),每個處理重復(fù)3次。區(qū)組間距2 m,每個區(qū)組內(nèi)設(shè)有12個間距1 m、面積為4 m×5 m 的小區(qū)。

1.2.1 試驗方法 2019-06-07清除地面石塊,耙地平整地面,施氮肥(尿素)37 g/m2、磷肥(過磷酸鈣)40g/m2、鉀肥(硫酸鉀)37 g/m2作為種肥,將不同劑量有機(jī)肥和硫酸亞鐵按試驗設(shè)計施入各小區(qū),后將垂穗披堿草(Elymus nutansGriseb)、青海冷地早熟禾(Poa crymophilacv.Qinghai)、同德小花堿茅(Puccinellia tenuifloracv.Qinghai)、青海中華羊茅(Festuca sinensisKeng cv.Qinghai),按3∶1∶1∶1的比例,混勻后撒播于每個小區(qū),播量為150 kg/hm2,人工耙地,播后對小區(qū)進(jìn)行覆蓋無紡布處理。2019年8月下旬,采集試驗小區(qū)和附近自然山體微生物樣品,觀測植被恢復(fù)狀況,對比各試驗處理與附近自然山體微生物群落差異。

1.2.2 土壤樣品采集及保存 采樣前戴無菌手套,對采樣勺子進(jìn)行酒精消毒避免污染;采樣時,用勺子在小區(qū)四角及中心位置進(jìn)行采樣,各點(diǎn)分別取0～5 cm 土層的鮮土放在同一無菌袋中,排出氣體后封好無菌袋袋口,立即轉(zhuǎn)入低溫儲存箱。下一個樣區(qū)采樣前對勺子同樣進(jìn)行酒精消毒,保證無菌袋內(nèi)的微生物來源于同一試驗小區(qū),然后依次對36個小區(qū)和附近自然山體0～5 cm 表土層取樣,微生物分析樣品放入-80 ℃冰箱保存,交由北京奧維森公司進(jìn)行擴(kuò)增子測序。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 微生物分析 分析微生物的OTU、多樣性(Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù))、樣本組成相似性(NMDS)、物種組成分類(門和屬)。

將提取到的細(xì)菌基因組DNA,對16S r RNA V3-V4 區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增,引物序列為GTACTCCTACGGGAGGCAGCA,GTGGACTACHVGGGTWTCTAAT;真菌基因組DNA,對ITS1-ITS2進(jìn)行擴(kuò)增,引物序列為CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA,TGCGTTCTTCATCGATGC。

1.3.2 植被調(diào)查 每試驗小區(qū)隨機(jī)設(shè)置3個50 cm×50 cm 的樣方,用鋼尺測定每個樣方內(nèi)植被高度;采用目測法估測群落的蓋度;采用刈割法齊地面剪取樣方內(nèi)的所有植被,現(xiàn)場測定植被地上生物量并記錄。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用WPS 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖,運(yùn)用DPS 9.50軟件進(jìn)行不同施肥處理下植被生長狀況、微生物生長特性的雙因素方差分析,用SPSS.20軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,Canoco 5.0進(jìn)行冗余分析。數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對植被生長的影響

地上生物量在有機(jī)肥處理下發(fā)生極顯著變化(P<0.01),由圖1可知有機(jī)肥M1、M2、M3處理下地上生物量均高于對照組M0,其中在M3處理下達(dá)到最大值,為419.39 g,是M0的3.7倍;植被高度在有機(jī)肥處理下變化顯著(P<0.05),其中M3是M0的2.1倍;植被蓋度在有機(jī)肥處理下發(fā)生極顯著變化(P<0.01),表現(xiàn)為M3>M2>M1>M0,M3是M0的6.2倍。硫酸亞鐵和有機(jī)肥的互作處理對植被地上生物量、植被高度和植被蓋度影響不顯著(P>0.05)。以上結(jié)果表明,有機(jī)肥對植被影響最大,以M3的處理效果最好。

圖1 不同施肥處理下植被特征變化Fig.1 Changes of vegetation characteristics under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理下微生物多樣性指數(shù)分析

2.2.1 不同施肥處理對細(xì)菌豐富度及多樣性的影響 由圖2可知,有機(jī)肥和硫酸亞鐵處理對細(xì)菌OTUs的影響極顯著(P<0.01),互作處理對細(xì)菌OTUs的影響顯著(P<0.05)。有機(jī)肥處理M1、M2、M3 細(xì) 菌 OTUs 分 別 比 M0 高 出24.3%、32.4%、29.0%;硫酸亞鐵F1 處理效果最好,細(xì)菌OTUs達(dá)到1 564.25,比對照組高出12.52%;互作處理M2F1和M3F0分別比M0F0下細(xì)菌OTUs高出63.34%、61.71%。

圖2 不同施肥處理細(xì)菌特征Fig.2 Bacterial characteristics under different fertilization treatments

有機(jī)肥處理對細(xì)菌豐富度(Chao1)的影響極顯著(P<0.01),硫酸亞鐵和互作處理對細(xì)菌豐富度的影響顯著(P<0.05)。有機(jī)肥處理下,施肥量從1 kg/m2增加到3 kg/m2,細(xì)菌豐富度提高22.76%～29.67%,硫酸亞鐵處理F1比F0高出13.17%,互作處理M2F1下Chao1指數(shù)達(dá)到2 527.62,比M0F0高出72.4%。

有機(jī)肥和硫酸亞鐵處理對細(xì)菌多樣性(Shannon指數(shù))的影響極顯著(P<0.01),互作處理對細(xì)菌多樣性的影響不顯著(P>0.05)。有機(jī)肥M3處理下,細(xì)菌多樣性Shannon 指數(shù)最大,為8.37,硫酸亞鐵F2(100 g/m2)處理下細(xì)菌Shannon指數(shù)下降3.54%。

2.2.2 不同施肥處理對真菌豐富度及多樣性的影響 由圖3可知,有機(jī)肥、硫酸亞鐵處理對真菌OTUs的影響不顯著(P>0.05),互作處理對真菌OTUs的影響極顯著(P<0.01)?；プ魈幚沓齅0F2、M1F0、M2F1 外,其他處理下真菌OTUs顯著增加,其中M3F0 處理下真菌OTUs最大,增幅度57.26%;互作處理對真菌豐富度(Chao1)的影響極顯著(P<0.01),M1F2、M2F0、M3F0處理下真菌豐富度增加,增長率分別為51.06%、37.19%、46.96%;硫酸亞鐵處理對真菌多樣性(Shannon指數(shù))的影響顯著(P<0.05),F2處理下真菌多樣性顯著高于F1,但與空白組對照,F1和F2未發(fā)生顯著變化。

圖3 不同施肥處理真菌特征Fig.3 Fungal characteristics under different fertilization treatments

2.3 細(xì)菌和真菌恢復(fù)狀況

圖4結(jié)果顯示,細(xì)菌Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)在有機(jī)肥,硫酸亞鐵及交互處理下得到不同程度的恢復(fù),與自然山體相比差異不顯著(P>0.05)。不同施肥處理下真菌Chao1 指數(shù)和Shannon 指數(shù)與周邊自然山體差異顯著(P<0.05)?？傊?施用有機(jī)肥對渣山表土細(xì)菌數(shù)量和多樣性具顯著影響,有利于細(xì)菌群落的恢復(fù)。

圖4 細(xì)菌和真菌恢復(fù)狀況Fig.4 Recovery of bacteria and fungi under different fertilization treatments

2.4 不同施肥處理下細(xì)菌及真菌群落結(jié)構(gòu)組成

2.4.1 不同施肥處理下細(xì)菌門和屬水平下的群落結(jié)構(gòu)組成 對細(xì)菌門分類水平下相對豐度>1%,排名前5的優(yōu)勢種,如放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)進(jìn)行統(tǒng)計分析(除去其他和未分類)。如表1結(jié)果顯示,變形菌門和擬桿菌門在有機(jī)肥處理下相對豐度顯著增加(P<0.05),M3處理下兩者分別是M0的1.1倍、2.1倍,而放線菌門和芽單胞菌門相對豐度在有機(jī)肥處理下顯著降低(P<0.05),與M0相比,兩者分別下降10.52%～19.65%、48.45%～50.77%。硫酸亞鐵處理下,當(dāng)施肥量為100 g/m2時,放線菌門相對豐度達(dá)到41.88%,比F0高出9.74%。有機(jī)肥和硫酸亞鐵交互處理對擬桿菌門相對豐度影響顯著(P<0.05),M3F1、M2F0處理下,擬桿菌門相對豐度達(dá)9.81%、8.71%,是 M0F0(3.9%)的2.5倍、2.2倍。

表1 細(xì)菌門水平相對豐度分析Table 1 Analysis of relative abundance of bacteria at phylum leve %

對細(xì)菌屬分類水平下相對豐度>1%,排名前5的優(yōu)勢種假節(jié)桿菌屬(Pseudarthrobacter)、類諾卡氏屬(Nocardioides)、鞘脂單胞菌屬(Sphingomonas)、農(nóng)桿菌屬(Pedobacter)及芽單胞菌屬(Gemmatimonas)進(jìn)行統(tǒng)計分析(除去其他和未分類)。結(jié)果如表2所示,有機(jī)肥處理下,假節(jié)桿菌屬、農(nóng)桿菌屬、鞘脂單胞菌屬及芽單胞菌屬相對豐度發(fā)生顯著變化,假節(jié)桿菌屬相對豐度在M1處理下達(dá)到最大值,為8.65%,農(nóng)桿菌屬相對豐度在有機(jī)肥M2處理下是M0的2.8倍,鞘脂單胞菌屬相對豐度在M3處理下顯著下降13.17%,芽單胞菌屬相對豐度在M2 處理下顯著下降45.55%。硫酸亞鐵處理下,假節(jié)桿菌屬相對豐度發(fā)生顯著變化,硫酸亞鐵施肥量為100 g/m2時,假節(jié)桿菌屬相對豐度達(dá)到8.56%。有機(jī)肥和硫酸亞鐵交互處理對鞘脂單胞菌屬和農(nóng)桿菌屬相對豐度影響顯著,鞘脂單胞菌屬相對豐度在M3F1處理下相對豐度最低,比M0F0低33.70%,而農(nóng)桿菌屬相對豐度在M2F2及M3F1處理下分別達(dá)到3.45%、3.22%,是M0F0的3.9倍、3.6倍。

表2 細(xì)菌屬水平相對豐度分析Table 2 Analysis of relative abundance of bacteria at genus level %

2.4.2 不同施肥處理下真菌門和屬水平下的群落結(jié)構(gòu)組成 對真菌門分類水平下相對豐度>1%,排名前5的子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)、鞭毛菌門(Mortierellomycota)、壺菌門(Chytridiomycota)和油壺菌門(Olpidiomycota)進(jìn)行統(tǒng)計分析(除去其他和未分類)。表3結(jié)果顯示,有機(jī)肥處理下子囊菌門相對豐度顯著增加(P<0.05),擔(dān)子菌門相對豐度顯著降低(P<0.05),隨著有機(jī)肥施肥量增加,子囊菌門相對豐度增加9.86%～14.96%、擔(dān)子菌門相對豐度減少51.92%～72.34%。硫酸亞鐵處理和交互處理對子囊菌門、擔(dān)子菌門、鞭毛菌門、壺菌門和油壺菌門相對豐度無顯著影響(P>0.05)。

表3 真菌門水平相對豐度分析Table 3 Analysis of relative abundance of fungi at phylum level %

對真菌屬分類水平下相對豐度>1%,排名前5的優(yōu)勢種微囊菌屬(Microascus)、赤霉屬(Gibberella)、附球霉屬(Epicoccum)、小幽線孢屬(Monographella)及青霉屬(Penicillium)進(jìn)行統(tǒng)計分析(除去其他和未分類)。表4結(jié)果顯示,有機(jī)肥處理對微囊菌屬、附球霉屬及青霉屬相對豐度產(chǎn)生顯著影響(P<0.05),微囊菌屬相對豐度在M3處理下是M0的44倍,附球霉屬和青霉屬相對豐度在M2 處理下最小,比M0 分別降低76.83%、72.40%。硫酸亞鐵處理下,赤霉屬和附球霉屬相對豐度發(fā)生顯著變化(P<0.05),赤霉屬相對豐度在F2 處理下達(dá)到最大值,為13.34%,與F0相比,增長率可達(dá)66.75%,附球霉屬相對豐度在F1 處理下達(dá)到最大值 ,為14.23%,是F0的2.8倍。有機(jī)肥和硫酸亞鐵交互處理下微囊菌屬、小幽線孢屬相對豐度發(fā)生顯著變化(P<0.05),M3F0、M3F1處理下微囊菌屬相對豐度高達(dá)45.81%、43.01%,分別是M0F0的57.9倍、54.4倍,而M1F0處理下小幽線孢屬相對豐度高達(dá)14.09%,是M0F0的3.5倍。

表4 真菌屬水平相對豐度分析Table 4 Analysis of relative abundance of fungi at genus level %

2.5 不同施肥處理渣山土壤細(xì)菌、真菌NMDS

NMDS(Nonmetric multidimensional scaling)分析,即非線性多維標(biāo)度分析,可用于比較多個樣本間的差異。圖5結(jié)果顯示,硫酸亞鐵處理M0F2 、M0F1 和 M0F0 都 位 于 NMDS1 和NMDS2正端,樣本相似性極高,這說明硫酸亞鐵對土壤細(xì)菌影響不大;M1F2、M3F2、M1F1、M2F1、M2F2、M2F0、M3F1、M3F0 都 位 于NMDS1正端、NMDS2負(fù)端,樣本之間存在極大的相似性;ZRST(自然山體)與 M1F0 處于NMDS1負(fù)端和NMDS2 負(fù)端,這表明M1F0 與自然山體群落OTUs相似,其余處理下的渣山土壤細(xì)菌生長特征與自然山體之間仍存在較大差異。

圖5 不同施肥處理下渣山土壤細(xì)菌群落NMDSFig.5 NMDS of soil bacteria community in residue mountain under different fertilization treatments

圖6 所 示,M0F0、M0F2 、M0F1、M1F0、M2F2等處理位于NMDS1 和NMDS2 正端,樣本 相 似 性 極 高;M1F2、M1F1、M2F1、M3F2、M3F1、M2F0、M3F0 都 位 于 NMDS1 正 端、NMDS2負(fù)端,樣本之間存在極大的相似性;ZRST(自然山體)單獨(dú)處于NMDS1 負(fù)端和NMDS2負(fù)端,這表明試驗處理下的渣山土壤真菌生長特征與自然山體之間仍存在差異。

圖6 不同施肥處理下渣山土壤真菌群落NMDSFig.6 NMDS of soil fungal community in residue mountain under different fertilization treatments

2.6 微生物特征與植被生長特征的關(guān)系

表5結(jié)果顯示,植被高度與細(xì)菌Shannon呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。植被蓋度與細(xì)菌OTUs、真菌OTUs均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05),與細(xì)菌Shannon 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。植被地上生物量與真菌OTUs呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05),其余各微生物特征與植被生長特征不相關(guān)(P>0.05)。

表5 渣山土壤微生物Alphy多樣性與植被特征的關(guān)系Table 5 Relationship between soil microbial alphy diversity and vegetation characteristics in coalmine field

使用試驗數(shù)據(jù)做DCA 分析(Detrended correspondence analysis),結(jié)果中第一軸Lengths of gradient為0.17,小于3.0,故選擇RDA 分析。如圖7所示,RDA 結(jié)果反映了環(huán)境因子對植被生長的影響,第1軸和第2軸分別解釋植被生長的33.32% 和38.21%,結(jié)合表6 結(jié)果分析,細(xì)菌Shannon指數(shù)與植被生長呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),解釋率達(dá)到22.7%。細(xì)菌Chao1指數(shù)、細(xì)菌OTUs、真菌Shannon指數(shù)、真菌Chao1指數(shù)與植被生長指標(biāo)之間不存在顯著相關(guān)性(P>0.05)。

圖7 不同施肥處理下植被特征與微生物多樣性RDA冗余分析Fig.7 RDA redundancy analysis of vegetation characteristics and microbial diversity under different fertilization treatments

表6 微生物指標(biāo)對植被生長的貢獻(xiàn)率Table 6 Contribution rate of microbial indicatorsto vegetation growth

3 討論

3.1 不同施肥處理對植被生長的影響

硫酸亞鐵可調(diào)控土壤p H[11],土壤p H 則通過影響土壤溶液中有效離子的濃度來影響植被生長[12],有機(jī)肥中含豐富的有機(jī)質(zhì)[13],可為植被生長提供養(yǎng)分[14]。本次試驗結(jié)果顯示,硫酸亞鐵及其與有機(jī)肥互作處理對改善植被生長狀況效果不顯著,而單施有機(jī)肥處理對植被高度、蓋度、地上生物量均有顯著影響,說明土壤有機(jī)質(zhì)是影響植被生長的關(guān)鍵因素。渣山土壤貧瘠,保水保肥力差,僅僅通過改變土壤p H 對植被生長的影響不明顯,這與苗菁等[15]研究結(jié)論一致,因此,及時補(bǔ)充土壤營養(yǎng)是促進(jìn)渣山植被生長的關(guān)鍵。本次試驗結(jié)果顯示有機(jī)肥施肥量為3 kg/m2時牧草生長狀況相對較好,這種有機(jī)肥施肥量是非礦區(qū)最適有機(jī)肥施肥量的13倍。

3.2 不同施肥處理對細(xì)菌和真菌豐富度及多樣性的影響

p H 是影響土壤微生物群落的主要因素[16-17],有機(jī)肥能使土壤中的養(yǎng)分含量顯著提高,有利于土壤微生物的恢復(fù)[18],在礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)中應(yīng)用較多[19]。

Chao1指數(shù)代表微生物群落豐富度,指數(shù)越高說明群落物種越豐富。本研究結(jié)果表明,有機(jī)肥、硫酸亞鐵、有機(jī)肥與硫酸亞鐵的互作處理均能顯著提高土壤細(xì)菌豐富度,土壤真菌豐富度只受有機(jī)肥與硫酸亞鐵互作的影響,這說明細(xì)菌豐富度的提高主要取決于營養(yǎng)物質(zhì)的補(bǔ)充,真菌豐富度的提高需要營養(yǎng)物質(zhì)補(bǔ)充和土壤p H 調(diào)節(jié)的共同作用。有機(jī)肥處理對細(xì)菌豐富度影響分析中發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥施肥量增加到1 kg/m2時,細(xì)菌豐富度達(dá)到顯著水平,有機(jī)肥施肥量增加到2 kg/m2、3 kg/m2時,細(xì)菌豐富度的升高不明顯,這可能是因為研究區(qū)氣溫較低,對有機(jī)肥的分解具有一定的限制作用[20]。

Shannon指數(shù)反映土壤微生物群落多樣性,指數(shù)越高說明群落物種數(shù)量越多。本研究結(jié)果表明,隨著有機(jī)肥量的增加,細(xì)菌物種數(shù)量逐漸增加,真菌物種數(shù)量基本不變,這可能是因為土壤有機(jī)質(zhì)含量越高,土壤細(xì)菌結(jié)構(gòu)越復(fù)雜[21],而真菌喜歡低水分與低養(yǎng)分的土壤環(huán)境[22];硫酸亞鐵及其與有機(jī)肥的互作對細(xì)菌與真菌物種數(shù)增加影響不顯著,這說明加入硫酸亞鐵后,土壤p H 發(fā)生改變,限制了細(xì)菌對有機(jī)肥的利用。

3.3 不同施肥處理下礦區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征

本試驗研究結(jié)果中,放線菌門在有機(jī)肥處理下相對豐度顯著降低,與徐忠山等[23]的研究一致;擬桿菌門相對豐度在有機(jī)肥處理下相對豐度顯著提高,硫酸亞鐵處理下變化不顯著,交互處理下除M0F1、M0F2 處理外,其余處理下顯著增加,這說明擬桿菌門對土壤營養(yǎng)要求較高,不受p H 影響;芽單胞菌門在有機(jī)肥處理下相對豐度顯著降低,這與陳金旭[24]研究結(jié)果一致,硫酸亞鐵及交互處理對其影響不大,這可能是p H 限制了有機(jī)質(zhì)的分解;鞘脂單胞菌屬在有機(jī)肥施肥量>2 kg/m2時相對豐度顯著降低,硫酸亞鐵下變化不顯著,在有機(jī)肥、硫酸亞鐵交互處理下顯著降低,這說明有機(jī)肥可限制鞘脂單胞菌屬生長。

子囊菌門在有機(jī)肥處理下相對豐度顯著提高,這是因為子囊菌門具有溶解土壤可溶性有機(jī)底物的作用[25],而有機(jī)肥能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,故子囊菌門相對豐度增加。擔(dān)子菌門在有機(jī)肥處理下相對豐度顯著降低,這與柴小粉等[26]在果園施用有機(jī)肥得到結(jié)論一致。微囊菌屬在有機(jī)肥處理及交互處理下相對豐度顯著提高,硫酸亞鐵對其豐度影響不顯著,這說明微囊菌屬的生長繁殖主要依賴于有機(jī)質(zhì),單施硫酸亞鐵對其影響不大。赤霉屬在硫酸亞鐵處理下顯著提高,有機(jī)肥處理及交互處理下其相對豐度未發(fā)生變化,這是因為赤霉屬生長受限于土壤p H,土壤營養(yǎng)物質(zhì)對其影響不大。附球霉屬在3 kg/m2有機(jī)肥,100 g/m2硫酸亞鐵處理下豐度顯著降低,這說明附球霉屬適應(yīng)于未作處理前低養(yǎng)分、弱堿性環(huán)境。青霉屬在有機(jī)肥處理下顯著降低,這說明青霉屬適應(yīng)于低養(yǎng)分環(huán)境。

3.4 土壤細(xì)菌和真菌特征與植被生長特征的相關(guān)性

微生物通過釋放難溶性礦物質(zhì)營養(yǎng)元素,與植物根系形成菌根增加植物抗逆性等途徑來促進(jìn)植被生長[27]。李飛[28]在高寒退化草甸研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)菌Shannon指數(shù)和真菌Shannon指數(shù)與植被蓋度之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,細(xì)菌Chao1指數(shù)與植被地上生物量和高度存在顯著正相關(guān)關(guān)系,與本次研究結(jié)果存在差異,可能是不同土壤類型及植被類型下土壤微生物生境不同造成的。預(yù)示著高寒礦區(qū)渣山植被的生態(tài)恢復(fù)需要較長時間,本試驗由于植被恢復(fù)時間短,土壤微生物特征變化還需要后續(xù)持續(xù)觀測。

4 結(jié)論

有機(jī)肥(M3)處理能促進(jìn)植被生長,提高細(xì)菌Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)。與自然山體相比,礦區(qū)重構(gòu)土壤細(xì)菌豐富度和多樣性在不同處理下均得到恢復(fù)。有機(jī)肥處理可顯著提高細(xì)菌擬桿菌門、假節(jié)桿菌屬及農(nóng)桿菌屬,真菌子囊菌門和微囊菌屬相對豐度;硫酸亞鐵處理可顯著提高細(xì)菌放線菌門、假節(jié)桿菌屬,真菌赤霉屬和附球霉屬相對豐度;交互處理可顯著提高擬桿菌門和農(nóng)桿菌屬,真菌微囊菌屬相對豐度。Beta多樣性分析顯示,M1F0試驗處理下細(xì)菌OTUs與自然山體相似。細(xì)菌Shannon指數(shù)對植被生長影響顯著。綜上所述,短期內(nèi)有機(jī)肥有利于植被生長和土壤細(xì)菌恢復(fù)。