关键词:
煤矿复垦土壤
微生物群落
群落功能
长期施肥
土壤质量
摘要:
【目的】解析不同培肥措施下复垦土壤微生物群落结构、多样性及功能的差异特征,明确促进复垦土壤微生物群落和功能恢复的最优培肥措施。【方法】基于山西采煤塌陷复垦地的长期定位试验,采集复垦10年后的不同培肥处理土壤:不施肥(CK)、化肥(NPK)、有机无机肥配施(NPKM)和未塌陷正常农田(NL),采用宏基因组测序、分子生态网络和功能基因注释等方法,分析土壤细菌、真菌群落的多样性、组成、生态网络与功能特征,及其与土壤养分的相关性。【结果】1)土壤细菌丰富度指数(ACE、Chao1)由高到低的顺序为NL>NPKM>NPK>CK(P<0.05),而对应的两个真菌丰富度指数的顺序则相反,NPK>NPKM>NL>CK(P<0.05);NPK和NPKM处理提高了细菌和真菌多样性(Shannon)指数,其中真菌多样性顺序为NL>NPKM>NPK>CK(P<0.05),细菌则表现为NL最高,NPK和NPKM处理差异不显著;NPKM处理的细菌、真菌群落与NL聚类在一个区域,NPK与CK聚类在一个区域,说明NPKM处理的细菌、真菌群落结构与正常农田没有显著差异,而NPK处理显著不同于正常农田。2)与CK相比,NPKM处理显著增加了细菌硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和放线菌门(Actinobacteria)丰度,降低了变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度;NPKM和NPK处理均增加了真菌被孢霉纲(Mortierellomycetes)的丰度,降低了真菌子囊菌纲(Sordariomycetes)的丰度。3)与CK相比,NPKM处理降低微生物生态网络的模块性和网络内的正/负链接比,表明物种间的竞争性和网络复杂性增强。4)基于KEGG和CAZy数据库分析,与CK相比,NPKM和NPK处理均提高了氨基酸、碳水化合物、脂质和核苷酸代谢相关功能基因丰度,NPKM处理在提升复垦土壤微生物功能潜力方面显著高于NPK处理,但与NL处理在多数功能通路中仍存在一定差距。【结论】复垦10年后,有机无机肥配施在提升复垦土壤微生物多样性、群落结构稳定性及代谢功能方面显著优于单施化肥,其微生物群落结构与未塌陷正常农田无显著差异,而微生物功能仍低于正常农田的水平,需要有机无机肥的持续投入。因此,有机无机肥配施较单施化肥更有效促进复垦土壤微生物群落结构与功能的同步恢复。