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(dǎo)的酶促進了采后復(fù)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(qū)排土場的三個不同演替階段的人工林，通過植被調(diào)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型下，植被-土壤-微生物系統(tǒng)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(tǒng)重建過程中的作用。結(jié)果表明，周邊植被的入侵引發(fā)了排土場人工油松林次生演替的差異，改變了植被構(gòu)型和土壤營養(yǎng)條件。土壤微生物通過釋放脲酶和β葡萄糖苷酶等胞外酶增加了土壤有機質(zhì)和硝態(tài)氮，促進了植被多樣性和生物量的提升，推進了礦山排土場的生態(tài)恢復(fù)。

文章簡介

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

本研究在山西省安太堡露天礦區(qū)已恢復(fù)了30年的排土場中，選取了3個初始立地條件和恢復(fù)措施相似，處于不同次生演替進程的人工油松林，調(diào)查了土壤理化性質(zhì)、酶活性、植被和微生物群落特征，并通過建立結(jié)構(gòu)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生態(tài)恢復(fù)過程中的作用。結(jié)果表明，次生演替造成不同人工油松林植被構(gòu)型和土壤營養(yǎng)條件的顯著差異，隨著次生演替過程的推進，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(jié)構(gòu)和功能。在硝化作用中占主導(dǎo)地位的硝化螺菌屬（Nitrospira）的相對豐度增加了5.2倍。通過結(jié)構(gòu)方程模型和土壤微生物群落功能預(yù)測發(fā)現(xiàn)，脲酶和β-葡萄糖苷酶能夠通過促進土壤有機質(zhì)和硝態(tài)氮的積累進而激發(fā)植被多樣性和生物量增加。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)周邊植被的入侵對人工油松林的次生演替類型具有重要影響。對于黃土高原地區(qū)而言，單一油松人工林并不利于生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，而本土植物和周邊其他人工樹種的入侵與擴散則對生態(tài)恢復(fù)具有積極作用，而其微生物通過酶介導(dǎo)并加速了次生演替進程。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差異，而且通過功能預(yù)測發(fā)現(xiàn)，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）等也顯著增加，而松柏醇被證明是難降解的木質(zhì)素的重要前驅(qū)物之一。

本研究結(jié)果有助于礦山生態(tài)修復(fù)實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(fù)的應(yīng)用嘗試提供了科學(xué)基礎(chǔ)。