离子型稀土尾矿土壤结皮不同阶段菌—藻组成及相互作用

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离子型稀土矿的大量开采导致矿区植被受损、尾砂堆积、水土流失和水污染等重大生态环境问题。目前稀土尾矿生态修复模式简单,不能解决地表,特别是尾砂区和采矿迹地的水土流失问题。而生物土壤结皮(BSCs)能够在这些干旱区或退化生境的地表形成稳定覆盖,可以为尾矿区的生态重建奠定基础。目前,离子型稀土矿尾矿早期演替过程中BSCs生物类群(细菌、真菌和藻类)的多样性以及它们之间的关系并不清楚,BSCs构建机制尚未明了。本文以赣南离子型稀土矿尾矿BSCs为研究对象,采用野外样地调查、室内分析鉴定和高通量测序等方法,研究了尾矿区裸土、藻结皮、藻-藓结皮、地衣结皮、地衣-藓结皮、苔藓结皮和草本维管植物7类BSCs演替类型下细菌、真菌和藻类植物多样性状况,结合土壤理化、地形及植被等参数进行联合分析,以期揭示细菌、真菌和藻类的共存关系,并探讨了BSCs构建机制,为离子型稀土尾矿的修复提供了理论依据。主要结论如下:(1)BSCs演替显著改善了离子型稀土矿尾矿的土壤理化性质。随着演替的发生,土壤含水量、总氮、总磷、总有机碳、微生物量碳和铵态氮含量显著提高。(2)随着BSCs的演替,微生物群落多样性和丰度显著提高。细菌中Proteobacteria和Acidobacteria的丰度逐渐增加。Chloroflexi和Actinobacteria丰度随演替而下降。真菌中Ascomycota的丰度在苔藓结皮和草本维管植物中丰度最低,且显著低于裸土,但随着BSCs的发育,Basidiomycota的丰度呈上升趋势。(3)BSCs的演替增强了细菌和真菌群落物种间的相互作用,它们的群落结构趋于稳定。细菌网络中地衣-藓结皮阶段物种间的相互作用最强。而真菌中草本维管植物阶段物种间的相互作用最强,结构最稳定。(4)离子型稀土矿尾矿早期演替过程中,BSCs中共鉴定39种土壤藻类,隶属于37属(小球藻属有2个种,聚球藻属有2个种)。其中绿藻门最多17属,其次为蓝藻门11属,硅藻门6属,裸藻门2属,黄藻门1属。不同类型BSCs的藻类种数有显著差异,相邻的两个阶段的相似度在一个较高的水平上。藻类种数的丰富度和藻类生物量均呈现先升后降的趋势,其中,藻结皮阶段藻多样性最丰富。(5)由裸土到藻结皮阶段,BSCs演替过程中微生境起重要作用,但在藻结皮以后的演替阶段中,可能是环境胁迫和土壤资源竞争共同作用驱动了演替进程。(6)细菌群落丰度对真菌和藻类群落丰度具有正影响,其中对真菌影响极显著;真菌群落丰度对藻类丰度有负影响。细菌群落在土壤结皮的演替过程中发挥着先导性和基础性的作用。
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