論文標題：Soil microbes-mediated enzymes promoted the secondary succession in post-mining plantations on the Loess Plateau, China（黃土高原土壤微生物介導的酶促進(jìn)了采后復墾人工林的次生演替）

期刊：Soil Ecology Letters

作者：Qi Zhang, Jing Ma, Alejandro Gonzalez-Ollauri, Yongjun Yang, Fu Chen

發(fā)表時(shí)間：30 Jun 2022

DOI：10.1007/s42832-022-0148-0

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本研究選取中國山西安太堡露天礦區排土場(chǎng)的三個(gè)不同演替階段的人工林，通過(guò)植被調查和土壤性質(zhì)及土壤微生物群落分析，探究不同次生演替類(lèi)型下，植被-土壤-微生物系統的差異，以及土壤微生物群落及其胞外酶在礦山生態(tài)系統重建過(guò)程中的作用。結果表明，周邊植被的入侵引發(fā)了排土場(chǎng)人工油松林次生演替的差異，改變了植被構型和土壤營(yíng)養條件。土壤微生物通過(guò)釋放脲酶和β葡萄糖苷酶等胞外酶增加了土壤有機質(zhì)和硝態(tài)氮，促進(jìn)了植被多樣性和生物量的提升，推進(jìn)了礦山排土場(chǎng)的生態(tài)恢復。

文章簡(jiǎn)介

露天煤礦開(kāi)采需剝離表土，往往產(chǎn)生大面積裸露的排土場(chǎng)，因而不同的植被配置模式成為生態(tài)恢復的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。同一植被配置模式經(jīng)過(guò)30年恢復卻顯現出截然不同的恢復狀態(tài)，探究植被恢復差異的成因及其演替機制對未來(lái)礦山生態(tài)修復至關(guān)重要。

本研究在山西省安太堡露天礦區已恢復了30年的排土場(chǎng)中，選取了3個(gè)初始立地條件和恢復措施相似，處于不同次生演替進(jìn)程的人工油松林，調查了土壤理化性質(zhì)、酶活性、植被和微生物群落特征，并通過(guò)建立結構方程模型探索植物、土壤和微生物之間的相互關(guān)系，分析土壤微生物及其胞外酶在礦山排土場(chǎng)生態(tài)恢復過(guò)程中的作用。結果表明，次生演替造成不同人工油松林植被構型和土壤營(yíng)養條件的顯著(zhù)差異，隨著(zhù)次生演替過(guò)程的推進(jìn)，植物蓋度由34.8%增加到95.5%，土壤有機質(zhì)由9.30 g·kg^-1增加到21.13 g·kg^-1，全氮由0.38 g·kg^-1增加到1.01 g·kg^-1。土壤脲酶和β-葡萄糖苷酶活性分別提高了1.7倍和53.26%。此外，次生演替也改變了土壤微生物群落結構和功能。在硝化作用中占主導地位的硝化螺菌屬（Nitrospira）的相對豐度增加了5.2倍。通過(guò)結構方程模型和土壤微生物群落功能預測發(fā)現，脲酶和β-葡萄糖苷酶能夠通過(guò)促進(jìn)土壤有機質(zhì)和硝態(tài)氮的積累進(jìn)而激發(fā)植被多樣性和生物量增加。

此外，本研究發(fā)現周邊植被的入侵對人工油松林的次生演替類(lèi)型具有重要影響。對于黃土高原地區而言，單一油松人工林并不利于生態(tài)系統的恢復，而本土植物和周邊其他人工樹(shù)種的入侵與擴散則對生態(tài)恢復具有積極作用，而其微生物通過(guò)酶介導并加速了次生演替進(jìn)程。由植物入侵引發(fā)的次生演替差異造成了土壤微生物群落的顯著(zhù)差異，而且通過(guò)功能預測發(fā)現，與油松凋落物降解相關(guān)的酶功能基因EC 3.1.1.1（催化松柏醇脫氫的氧化還原酶）等也顯著(zhù)增加，而松柏醇被證明是難降解的木質(zhì)素的重要前驅物之一。

本研究結果有助于礦山生態(tài)修復實(shí)踐中植被的合理選擇與配置，也為微生物及其工業(yè)酶制劑在礦山生態(tài)修復的應用嘗試提供了科學(xué)基礎。