高潜水位矿区复垦土壤微生物演替规律及作用机制研究

基本信息
批准号:41907405
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:马静
学科分类:
依托单位:中国矿业大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
分子生态网络演替规律高潜水位矿区复垦土壤微生物群落基因功能芯片
结项摘要

The soil problems caused by coal mining have been becoming increasingly prominent, and it has already been the research hotspot of mine environmental ecology. Due to the protection of cultivated land and food security, the ecological restoration of mining area with high groundwater level mainly focused on land reclamation. However, the physical and chemical properties of reclaimed soil and microbial community characteristics have been seriously disturbed, and the quality of reclaimed land is always poor. In this study, applying the technology of high-throughput sequencing and GeoChip, the temporal and spatial succession patterns of the reclaimed soil microbial communities are investigated on the microbial species and functional levels. Combining with massive data, the methods of molecular ecological network construction and statistical analysis of bioinformatics are introduced to explore the control factors affecting the distribution of microbial communities in mining reclaimed soils with high groundwater level, and to solve the scientific problem of how the control factors are related to the succession pattern of soil microbial communities. Furthermore, we are trying to explain the relationship between soil microbial composition and structural function of reclaimed soil, and explore some microbial groups which could respond to and adapt to environmental changes. Furthermore, the affecting mechanism of microbial community will be brought to light in detail. All the studies might provide the technical support and microbial resources for improving the quality of land reclamation.

煤炭开采引起的土壤问题日益突出,已成为矿山环境生态学的研究热点。因耕地保护、粮食安全等原因,高潜水位矿区生态修复以土地复垦为主,但复垦土壤理化性状及微生物群落特征均受严重扰动,复垦土地质量往往较差。本研究以高潜水位矿区塌陷复垦土壤为研究对象,采用高通量测序及基因功能芯片技术,综合物种水平和基因功能水平,探明复垦土壤微生物群落的时空演替规律。进一步引入分子生态网络构建和生物信息学统计分析,结合海量数据,探索影响高潜水位矿区复垦土壤微生物群落分布的控制因子,解决控制因子与土壤微生物群落分布格局有何关联这个科学问题。进而阐述复垦土壤微生物组成和结构功能的关系,探寻能反应和适应环境变化的微生物类群,在此基础上揭示微生物群落的作用机制,为提升矿山土地复垦质量提供技术支撑和微生物资源。

项目摘要

东部平原矿区复垦土壤受高潜水影响易返碱、肥力低,复垦对恢复矿区土壤生产力极为重要,但复垦土壤生产力重建的微生物学机制尚不清晰,其中固碳菌群可有效提升土壤养分,但复垦如何调控微生物固碳能力及影响机制尚不清晰。为此,选取山东邹城东滩矿复垦8 a、复垦11 a、复垦14 a和复垦17 a 这4个复垦时长和1个未复垦对照土样为研究对象,进行高通量测序和功能基因芯片分析,解析微生物群落组成、潜在功能、组装机制及固碳基因的变化。结果表明:①复垦土壤pH值、溶解性有机碳、土壤β-葡萄糖苷酶和过氧化氢酶活性等均显著高于对照土壤(P <0.01)。复垦17 a后土壤有机碳、微生物量碳、多酚氧化酶活性显著高于对照样,复垦时间效应极显著(P <0.001);②群落丰富度随复垦时间增加而增加,且高于对照样。但群落多样性和均匀度却随复垦时间增加而降低(P<0.05);复垦土壤中酸杆菌门、绿弯菌门、变形菌门和拟杆菌门占主导地位,且前两者相对丰度显著高于对照样(P<0.05),后两者则相反(P<0.05);③12种固碳基因信号强度随复垦时长不断增大,复垦17 a后已高于或持平对照样,主要分布于酸杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、厚壁菌门和变形菌门;④复垦土壤中辅酶转运与代谢、翻译、核糖体结构与生物发生等8种功能呈正向演替,随复垦时长不断增强,固碳菌群丰度与pH、溶解性有机碳、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶活性之间呈显著相关(P <0.05),多数固碳基因信号强度与pH、微生物量碳、溶解性有机碳及过氧化氢酶活性等环境因子之间也存在一定的相关性;⑤平原矿区微生物群落生态网络模块性良好,且关键类群多属酸杆菌门和拟杆菌门。群落组装以确定性过程为主导,同质性选择贡献最大,主要受当地特殊环境操控。且长时间复垦活动影响富集和稀有固碳菌群组成及其功能基因丰度,可通过调控土壤pH、微生物量碳或多酚氧化酶酶活等相关环境因子,提升复垦土壤固碳增汇能力。这些发现为改善复垦土壤生产力和生态服务提供了理论依据。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
3

跨社交网络用户对齐技术综述

跨社交网络用户对齐技术综述

DOI:10.12198/j.issn.1673 − 159X.3895
发表时间:2021
4

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
5

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022

马静的其他基金

批准号:81660283
批准年份:2016
资助金额:23.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51277193
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51777070
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:21406156
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41071169
批准年份:2010
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:61873087
批准年份:2018
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:39880042
批准年份:1998
资助金额:14.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30872101
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:21807025
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81573851
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:21477072
批准年份:2014
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:71250001
批准年份:2012
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:71373123
批准年份:2013
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:30873206
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:30900864
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51402164
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61403131
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41805051
批准年份:2018
资助金额:26.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21007039
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81500455
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81372977
批准年份:2013
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:50907021
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81501483
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41601148
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

高潜水位煤矿区复垦土壤有机碳演变特征及转化机理研究

批准号:41771324
批准年份:2017
负责人:李新举
学科分类:D0710
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
2

基于流域控制的高潜水位煤矿区采矿-复垦配置优化机理研究

批准号:41401609
批准年份:2014
负责人:肖武
学科分类:D0716
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

内蒙古准格尔煤田矿区复垦过程中土壤微生物的变化及规律的研究

批准号:30760051
批准年份:2007
负责人:马万里
学科分类:C0312
资助金额:16.00
项目类别:地区科学基金项目
4

矿区复垦土壤微生物生态特征及其稳定性恢复研究

批准号:40171054
批准年份:2001
负责人:黄昌勇
学科分类:D0709
资助金额:25.00
项目类别:面上项目