接种AMF对西部煤矿区紫穗槐根系分布和水分利用效率的影响

西部干旱半干旱煤矿区井工开采导致了大面积采煤沉陷区的出现,矿区生态复垦难度较大,利用菌根微生物技术进行生态修复已经成为当前的研究热点。为探究接种丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）对紫穗槐根系分布特征和水分利用效率（Water Use Efficiency,WUE）的影响,研究通过室内土柱试验,设置了对照不种植紫穗槐幼苗（CK1）、种植紫穗槐幼苗（CK）、种植紫穗槐幼苗并接种AMF(+AM)3组试验处理,并对植物生长指标和土壤水分等进行了测定。结果表明：(1)接种AMF有效促进了紫穗槐的生长,其株高、SPAD(Soil and plant analyzer development)值、地上生物量和地下生物量相较CK处理分别提升38.5%、27.5%、11.1%、69.4%;(2)接菌改变了紫穗槐的根系分布,使总根系长度和根尖数分别增加329.0%和586.1%,平均根直径显著减小22.9%,2 mm以下细根根长比例提升370.1%。同时,接菌影响了土壤水分分布和紫穗槐的水分利用模式,使0～20 cm的土壤含水率较CK处理分别提高8.9%、7....     

丛枝菌根与覆草对矿区玉米生长及土壤水分的影响

煤矿开采加剧了干旱胁迫与土壤贫瘠。如何提高水分利用率,促进植物生长与土壤改良成为矿区农田修复的关键所在。试验区土壤类型为风沙土,土质疏松,蓄水保肥能力较差。试验设定对照(CK)、覆草(F)、接菌(M)、覆草联合接菌(FM)共计4个处理,每个处理3个重复,共12个小区。试验结果表明:接菌可有效地提高玉米的生物量和产量,接菌玉米产量比对照组高出13 %;改进覆草方式后联合接菌处理,可以有效提高玉米产量;5月完成覆草后,当月的土壤水含量比未覆草的处理高出30 %;9月降水少、蒸发量增加,覆草有效减少了水分的蒸发,保水量比未覆草提高37.5 %。     

接种菌根真菌对模拟开采伤根植物的修复效应

为揭示接种菌根真菌对采煤沉陷引起植物根系拉伤的修复作用,模拟矿区植物垂直方向上拉伤根系,采用三室分根装置以玉米为宿主植物,通过接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,简称AM真菌)研究其对植物受损根系生理生化的影响。结果表明:接菌能缓解因伤根对玉米生长的不利影响。1/3伤根时接菌玉米的地上和地下生物量分别比未接菌显著提高43.8%和17.6%。2/3伤根时,接菌的玉米地上和地下生物量大于未接菌,但未达到显著水平。最大伤根程度时菌根室中AM真菌的侵染率和菌丝密度分别为71.1%和4.82 m/g,仍能与玉米形成稳定的互惠共生关系。接菌促进受损根系对矿质元素的吸收利用。伤根1/3时,接菌玉米地上部中N,P,K,Ca和Mg含量分别比未接菌显著增加1.55,0.43,5.23,2.81和0.28 mg/g,接菌分别比未接菌的玉米根系中N,P,K,Ca和Mg含量显著增加1.32,0.73,5.0,6.45和0.69 mg/g,且能恢复到未伤根时玉米的矿质元素含量水平。接菌能降低伤根对玉米根系内源激素产生的不利影响。伤根1/3时菌根室接菌玉米根系中生长素(IAA)、赤霉素(GA)和细胞分裂素(CTK)含量显著提高,脱落酸(ABA)含量显著降低,且达到未伤根时内源激素含量水平。伤根2/3时菌根室和根室中接菌根系的GA和CTK含量可以恢复到1/3伤根时根系中该激素含量水平。AM真菌的侵染率与菌丝密度与根系中GA和CTK含量显著相关,与IAA和ABA含量相关性不显著。接种菌根缓解了伤根对植物的生理生化不利影响。     

接种菌根对采煤沉陷区苜蓿生长及土壤改良影响研究

采煤沉陷造成地表土壤质量下降,影响矿区植物生长和根际环境,丛枝菌根真菌作为一类有益的共生真菌对植物生长有促进作用。为评价采煤沉陷区人工接种菌根的生态效应及作用时效,以神东矿区活鸡兔矿沉陷区内接种菌根真菌的紫花苜蓿为研究对象,采用田间试验和室内分析方法,测定接种丛枝菌根真菌处理和未接菌处理植物株高、叶片绿色度(SPAD值)、生物量、菌根侵染率、菌丝密度、根际土壤性状及其相互关系,研究了较长时间内接种丛枝菌根真菌对紫花苜蓿生长及根际土壤性状的影响。结果表明:复垦4年后,与未接菌处理相比,接种菌根处理显著提高了植物株高、SPAD值、生物量,分别提高了18.2%、8.3%、10.4%。紫花苜蓿可以与丛枝菌根真菌形成良好共生关系,接种菌根真菌4年后接菌处理植物菌根侵染率和菌丝密度显著高于未接菌处理,菌根侵染率和菌丝密度较未接菌处理分别提高了35%、34.1%。接种菌根改善了根际土壤性状,有效提高了土壤含水量,较对照分别提高7.5%,同时土壤碱解氮、速效磷、有机质、磷酸酶活性较对照分别显著提高了21.4%、20.7%、22.5%、36.9%。相关性分析表明,菌根侵染率与株高、生物量、磷酸酶、速效磷含量呈显著正相关,菌丝密度与SPAD值、有机质呈显著正相关,与株高、生物量呈极显著正相关。复垦4年后,接种菌根真菌可显著促进紫花苜蓿生长,提高了植株生物量,同时有效改善了根际土壤质量,具有较好的生态效应。     

三维激光扫描技术对接种菌根植株形态的影响规律

三维激光扫描技术建立的植物三维立体模型,可精确、全面、原位地反映植物形态特征,对于揭示接菌植物的微观形态特性具有比传统测量方法更明显的优势。以玉米为供试材料,在低磷条件下(20 mg/kg),设置接种菌根与对照两个处理,研究三维激光扫描技术对接种丛枝菌根真菌的植株形态特征在不同生长期的动态变化规律,分析比较不同处理的植株侵染率、菌丝密度、土壤酸性磷酸酶活性和土壤有效磷等理化指标及玉米形态特征的变化。研究结果表明,在低磷条件下丛枝菌根在30 d时侵染率已经达到82%,菌丝密度增加,酸性磷酸酶活性增强。在生长到30 d的时候,接菌组的株高、冠幅分别比对照组提高52%,47%,生长到60 d时接菌组茎杆横截面积为对照组的124%,玉米活叶面积、叶宽、叶片垂高等都得到提高,并且随着生长期延长接菌和对照处理的差异增大。以曲率半径表示叶片弯曲程度,在生长到60 d时接菌组曲率半径比对照组增加46.5%,接种丛枝菌根真菌促使叶片更加坚挺。     

神东矿区采矿对土壤含水率影响分析

采用不规则布点方式,实测了神东矿区预采区、呆动区、采空区地表下10,20,40cm土壤体积含水百分率,利用Voronoi插值法计算了区域平均含水率。研究表明,采矿影响下神东矿区区域土壤含水率存在一定空间分异性,对于浅层土壤,土壤平均含水率大小排序为预采区→采动区→采空区;对于深层土壤,在缺乏外界补给的条件下,土壤平均含水率大小排序为采动区→预采区→采空区。     

活性褐煤与菌根菌配施对矿区土壤性状及披碱草生长的影响

内蒙古自治区伊敏矿区排土场土壤贫瘠,结构性差,改善土壤结构、提高土壤肥力是当地生态重建首要解决的问题。本文通过盆栽实验研究活性褐煤与菌根菌配合施用对土壤性质和披碱草生长的影响,结果表明,随着活性褐煤使用量的增加,土壤中速效养分、有机质含量、阳离子交换量及土壤微生物量逐渐增加,土壤质量显著改善;活性褐煤与菌根菌配合施用,用量不超过4 500kg/hm~2时,促进披碱草根系菌根侵染,用量不超过7 500kg/hm~2时,提高了侵染根段、根系丛枝丰富度;同时,随着活性褐煤施用量的增加(0~7 500kg/hm~2),披碱草地上部分和地下部分生物量均有不同程度的增加。因此,在实际应用中推荐活性褐煤的用量为4 500~7 500kg/hm~2。     

接菌对紫花苜蓿根系抗拉性及根菌复合土体抗剪强度影响

废弃矿井生态修复既包含井工采煤沉陷造成的根系拉伤修复,也包含露天开采边坡地质灾害治理。废弃矿井受采矿影响致使生态脆弱,植株成活率低,生态修复成为矿山环境治理的主要目标。利用微生物修复技术恢复根系功能成为研究热点。为了深入揭示2类共生真菌丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi, AMF)和深色有隔内生真菌(dark septate endophytes, DSE)对根系抗拉强度及根土复合体抗剪强度的影响,以紫花苜蓿为研究对象,布设室内盆栽实验,设置不种植物不接菌为纯对照CK1、种植植物不接菌为对照CK2、单接菌AMF、单接菌DSE和双接菌AMF+DSE 5种处理,研究接菌对根系力学特性及菌根复合土的抗剪强度影响作用。结果表明：接菌与对照处理的土壤粒径组成大致相同：细砂粒>中砂粒>粗砂粒,接菌前后土壤构成中粗砂粒所占比重增高,细砂粒含量成倍降低。5种不同处理下的平均单根抗拉力及复合体抗剪强度由大至小依次为AMF+DSE,DSE,AMF,CK2,CK1;平均单根抗拉强度依次为AMF+DSE,CK2,AMF,DSE。5种处理下深度10～20,20～30...     

接菌影响模拟重构土层水分布及水同位素分馏

水资源决定着生态恢复过程中的植被结构和种类,是矿区实现绿色生产、生态修复的主要限制因素。为了研究半干旱煤矿区接种丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF)对植物根系提水、模拟土壤水分分布及水同位素分馏的影响,本研究以玉米为供试植物,布设室内分层土柱模拟试验。设置纯土柱(CK1)、土柱+玉米(CK2)、土柱+接菌玉米(AMF)三个处理,每个处理3个重复,测定土柱毛细水上升高度、土壤含水率以及玉米茎水与土壤水的氢氧同位素。分析了不同处理之间玉米生长发育情况、水分运移规律以及不同深度土壤水同位素分馏的差异,结果表明：(1)接菌有效促进玉米生长发育,株高、地上生物量、地下生物量、总根长比CK2处理分别提高15.78%、23.39%、43.40%、21.0%。(2)AMF促进根系吸收底部黏土层内的蓄水,提高毛细水上升高度18.9%,玉米吸水空间扩大约50%,进而影响土柱水分分布。(3)土柱表层、深层土壤水与初始水相比分馏差异较大。在表层0～10 cm处,CK2与AMF处理的¹⁸O、²H富集系数显著低于CK1处理,在深...     

生态脆弱矿区地表裂缝动态变化对土壤含水量的影响

针对我国西部生态脆弱煤矿区煤炭开采对土地生态环境的损害问题,以陕北生态脆弱矿区某矿为研究区,采用土壤水分速测仪(TDR)现场实测、统计分析相结合的方法,基于已有研究成果,研究分析采空区上方表层土壤含水量的变化与地表采煤沉陷动态地裂缝动态发育规律的关系。结果表明:采空区上方表层土壤含水量的变化与地表动态地裂缝的动态发育规律基本一致,当地表裂缝开始出现并开裂时,裂缝周围表层土壤含水量逐渐减少;当裂缝初次闭合时,表层土壤含水量也随之有小幅度回升;当裂缝再次开裂时,表层含水量也随之下降;随着工作面推进,后方裂缝闭合,表层土壤含水量也随之上升,且动态裂缝对表层土壤含水量有一定的影响范围,影响距离70 cm左右,距离地裂缝距离越近,表层含水量变化越明显,当距离超过70 cm时,表层土壤含水量基本不再变化。采动地裂缝对周围土壤含水量具有一定影响周期,且影响周期与动态地裂缝发育周期基本一致,土壤水分的变化与采动地裂缝的发育过程紧密相关,发现采动地裂缝的开裂与闭合对土壤微结构造成影响,进而影响土壤水分的蒸发与渗透,当采动地裂缝闭合后,土壤含水量将逐步恢复至采前水平。该研究具有开采工作面小尺度精细研究的特征,有助于生态脆弱矿区煤炭开采对土地生态的影响机制研究。     

神南矿区采煤沉陷裂缝对土壤表层含水量的影响

为探究西部风沙区采煤沉陷裂缝对土壤表层含水量(0～20 cm)的影响,以神南柠条塔煤矿某工作面为研究区,使用时域反射仪(TDR)对动态裂缝以及不同宽度的地裂缝进行了土壤的水分含量监测,结果表明：(1)在动态裂缝整个发育周期内,裂缝周边表层含水量呈现处一个先快速下降后缓慢上升的趋势,且相对出塌陷侧的含水量损失量小于相对出露侧;且裂缝相对塌陷侧含水量及含水量恢复速度稍大于相对露出侧;在裂缝相对出露侧的土壤含水量受影响范围在85 cm内,影响周期为13 d;在裂缝相对塌陷侧的土壤含水量受影响范围在55 cm内,影响周期为12 d;在土壤自修复的作用下,土壤的含水量都可以得到基本的恢复;(2)对超充分采动区内不同裂缝宽度条件下(2、5、9、13、17、24、32、35、38 mm)的土壤含水量进行对比分析,发现在宽2、5 mm的裂缝对土壤含水量无显著影响,9 mm及以上的裂缝中,当裂缝宽度相同时,距离裂缝位置越远,土壤含水量越高;在距离裂缝相等时,裂缝宽度越大,土壤含水量越低。     

菌根对干旱区采煤沉陷地紫穗槐根系修复的影响

针对神东矿区采煤沉陷地干旱缺水、植物难以定植的特点,通过野外大田试验,研究接种丛枝菌根真菌对紫穗槐生长及其根系自修复能力的影响。结果表明,强化接种菌根提高了紫穗槐根系侵染率和菌丝密度,促进了紫穗槐的生长。接菌组紫穗槐根系的总长度、总投影面积、总表面积、总体积、总根尖数显著高于对照组,且随着接种时间延长根系各项指标增加迅速;菌根侵染率、菌丝密度和紫穗槐地上部参数(成活率、株高、冠幅)与根系指标相关参数呈显著正相关;主成分分析表明,菌丝长度、总根尖数、总根长、成活率是反映采煤沉陷地植被生态修复状况的主要因子。接种菌根缓解了煤炭开采对紫穗槐生长造成的不利影响,增强了紫穗槐根系自修复能力,促进了矿区生态系统稳定。     

东部草原露天开采对植被与土壤养分空间异质性影响

东部草原露天煤矿开采多年后,矿区周边草原生态系统植被种群与土壤养分逐渐发生变化,为揭示矿区周边植被种群密度与土壤养分的空间异质性分布规律,以宝日希勒露天矿坑周边2 km为半径的草原草场为研究区,在矿坑周边不同方向布设了4条采样线,运用经典统计学和地统计学方法对矿区植被种群密度和土壤有机质、速效磷、速效钾含量的空间异质性进行了分析。研究结果表明：矿区周边天然草地土壤有机质的平均含量为56.44 g/kg;速效磷的为7.89 mg/kg;速效钾的为181.50 mg/kg;植被种群密度的平均值为198.13株/m2;有机质、速效磷和速效钾含量分布呈现从西向东逐渐增加的趋势,植被种群密度在西部与东部较高、中部较低。变异系数范围为19.81%～37.62%,均为中等变异。有机质、速效磷的最佳拟合模型均为高斯模型,速效钾的最佳拟合模型为球形模型,植被种群密度的最佳拟合模型为线性模型;块金值与基台值比值范围为12.67%～94.17%。速效磷和速效钾的空间变异主要由随机性因素引起,且空间相关性较弱;有机质属中等强度的空间变异性,其空间变异由随机性因素和结构性因素共同作用引起;植被种群密度空间变异受人类活动主要是对资源的开发利用、放牧等结构性因素影响较大。在小尺度范围内,受煤炭开采与放牧干扰,草地出现不同程度退化,草地植被类型改变,土壤养分与植被种群密度呈负相关变化。     

风沙区采煤沉陷裂缝对不同坡位土壤养分的影响

为探究风积沙区采煤沉陷裂缝在不同坡位下土壤养分的变化特征,以鄂尔多斯李家塔煤矿采煤沉陷坡地为研究对象,分析了采煤沉陷坡地不同坡位裂缝带和非裂缝带土壤养分指标的纵向变化规律。结果表明:采煤沉陷坡地各土壤指标均从坡顶至坡底不断增加,坡顶土壤含水率维持在10.61%,裂缝带较非裂缝带土壤有机质减少了28.61%;坡中和坡底裂缝带的土壤含水率、土壤有机质较非裂缝带分别减少了7.32%、102.59%和21.76%、149.06%;各坡位裂缝带土壤速效养分较非裂缝带增加了0.03%～14.00%。研究表明:煤炭开采引起的采煤沉陷裂缝对土壤养分造成了不同程度的影响,随着坡度下降,沉陷裂缝对土壤养分的影响逐渐增大;沉陷裂缝加快了土壤水分的蒸散量和土壤有机质的分解速度,使土壤速效养分多富集于裂缝表层土壤,为采煤沉陷地土壤改良、实现矿区生态修复奠定了理论和实践基础。     

黄顶菊入侵对土壤微生物、土壤酶活性及土壤养分的影响

通过采样分析,研究了外来植物黄顶菊入侵对非耕地和耕地,以及对玉米根系土壤微生物、土壤酶活性、土壤速效养分的影响,旨在揭示黄顶菊入侵农田和贫瘠荒地的机制。本试验比较了距根系不同距离土壤的微生态变化;分析了根系土壤3大微生物类群结构、5种土壤理化性质以及5种土壤酶活性之间的相关性。结果表明,非耕地黄顶菊根表土壤速效氮、速效磷、速效钾的含量分别为对照的4.44、6.88、2.64倍,耕地土壤中分别为对照的5.31、13.78、7.56倍;非耕地黄顶菊根表土壤细菌、真菌、放线菌数量分别为对照的13.23、6.67、21.40倍,耕地中分别为对照的9.27、2.15、2.24倍,可见黄顶菊对非耕地土壤中可培养的细菌、真菌、放线菌数量的影响更为明显;非耕地中黄顶菊根表土壤碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、脲酶、脱氢酶、蔗糖酶的活性分别为对照的19.44、5.39、1.64、1.74、4.62倍,说明细菌非常活跃,耕地中分别为对照的2.26、3.45、1.53、0.95、4.89倍。另外在玉米与黄顶菊互作时,其根表土壤速效氮、磷、钾分别为非互作条件下的63.54%、64.70%、80.71%,黄顶菊入侵明显降低了玉米根表速效养分。综上,黄顶菊入侵增加了其根系周围可培养土壤微生物数量、土壤酶活性及土壤速效养分含量,降低了附近玉米根表土壤中可培养微生物数量、土壤酶活性和速效养分含量。     

改性磁铁矿对矿区土壤中镉的吸附性能及机理

采用酸浸、灼烧的方法对磁铁矿进行改性,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对改性前后的磁铁矿进行表征,并研究其对矿区土壤中水溶性Cd2+的吸附性能及机理。吸附条件试验表明:对于20 g矿区土壤样品,当改性磁铁矿用量0.5 g、pH为7、吸附时间70 min时,以5 mL 0.5%盐酸-0.5%硫脲为洗脱剂,改性磁铁矿对水溶性镉的去除率达到95%以上。Cd2+的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich等温线吸附模型,饱和吸附容量达到18.93 mg/g。吸附过程不受离子强度影响,吸附机理主要为离子交换和氧化还原反应。改性磁铁矿制备简便且易分离,是一种值得进一步研究并实际应用的环保处理材料。      

采煤沉陷区复垦对土壤细菌群落组装及固碳功能的影响——以东滩矿区为例

复垦能有效提升矿区生态服务功能,但复垦土壤功能重建的微生物学机制尚不清晰。厘清复垦如何影响土壤细菌群落特征、组装机制及固碳功能,对重塑矿区生态自维持能力至关重要。为此,结合零模型分析,采用MiSeq高通量测序及q PCR芯片技术,探索东滩矿区9 a、12 a、15 a和18 a等4个复垦年限土壤细菌群落组装过程及固碳功能变化。结果表明：(1)复垦和复垦时间对土壤理化和酶活性影响显著,复垦土壤pH、铵态氮（AN）、过氧化氢酶（CAT）及磷酸酶（PO）随复垦时间增长呈显著增加（P<0.05）,有机碳（SOC）、有效磷（AP）、硝态氮（NN）及脲酶（UE）、β-葡萄糖苷酶（BG）、蛋白酶（PRO）则相反（P<0.05）;(2)随机性过程主导了复垦土壤细菌群落的组装过程,且扩散限制的贡献最大;(3)有机碳、硝态氮、铵态氮、有效磷、β-葡萄糖苷酶及过氧化氢酶与碳循环功能基因丰度有显著性相关,复垦改善土壤理化从而增强固碳功能;(4)结构方程模型显示,复垦年限增加直接影响土壤理化性质,进而间接影响土壤微生物群落的组装过程,这可能是导致碳循环功能基因丰度变化的主要原因。研究结果为矿区复垦土...     

复垦方法对矿区土壤微生物的影响

为了研究复垦耕地土壤微生物种群特征,采用随机取样法对不同复垦方法、复垦的耕地和林地进行取样,采用计数法对土壤细菌、放线菌、真菌进行了定性和定量分析,结果表明:复垦林地的细菌数量显著高于复垦耕地和对照耕地,而放线菌和真菌数量则与此相反;在几种复垦耕地中,土壤细菌、放线菌、真菌数量排序基本一致,都表现为对照耕地大于就地取土复垦耕地大于煤矸石充填复垦耕地。说明复垦耕地的土壤环境与对照耕地相比,还有一定差距,特别是煤矸石充填法复垦的耕地土壤更需进一步改良。     

基于遥感影像的荒漠化矿区土壤含水率的影响因素分析

利用野外监测和TM遥感影像数据,建立了基于热惯量的计算土壤含水率的遥感信息模型.野外监测样点平均值表明采空区与非采空区上方土壤含水率差异大,遥感反演的面域平均值则显示两者差异较小.分析了影响土壤含水率的主要因素,结果表明:土壤含水率随高程的增大而降低;采矿导致土壤渗透系数发生变化.采空区上方垂直入渗能力增强,改变了潜水补给条件和土壤表面蒸发能力,进而影响土壤含水率;考虑毛细水上升高度和植物根系所及的深度,当采前地下水埋深较小而植物根的垂直深度较大时,采矿引起的水位下降必将影响植物利用潜水;当采前地下水位埋深较大而地表植被为浅根植物时,则不会影响,而采矿引起的地表裂缝则增加了地表土壤蒸发,地表拉伸变形容易拉断植物根系,进而影响植物的生长.     

基于遥感影像的荒漠化矿区土壤含水率的影响因素分析

利用野外监测和TM遥感影像数据,建立了基于热惯量的计算土壤含水率的遥感信息模型.野外监测样点平均值表明采空区与非采空区上方土壤含水率差异大,遥感反演的面域平均值则显示两者差异较小.分析了影响土壤含水率的主要因素,结果表明：土壤含水率随高程的增大而降低;采矿导致土壤渗透系数发生变化,采空区上方垂直入渗能力增强,改变了潜水补给条件和土壤表面蒸发能力,进而影响土壤含水率;考虑毛细水上升高度和植物根系所及的深度,当采前地下水埋深较小而植物根的垂直深度较大时,采矿引起的水位下降必将影响植物利用潜水;当采前地下水位埋深较大而地表植被为浅根植物时,则不会影响,而采矿引起的地表裂缝则增加了地表土壤蒸发,地表拉伸变形容易拉断植物根系,进而影响植物的生长.