采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力退化机理与修复效应研究

从国家耕地保护的要求以及我国人多地少的压力考虑，必须开展采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力退化机理与修复效应研究。本项目从土壤物理、化学和生物学肥力因子的角度，采用实验室模拟实验和野外原位对比观测、样品采集、实验室测定以及应用专业统计分析软件SPSS处理数据相结合的方法进行研究，分析采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力退化的程度和原因，探明泥浆泵复垦土壤肥力退化的机理及其关键性因素，在此基础上着重研究不同培肥措施对泥浆泵复垦土壤肥力的修复效应，揭示泥浆泵复垦土壤肥力修复过程中不同肥力因子间的相互关系和作用机制，阐明采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力的修复机制和重建性能，明确泥浆泵复垦土壤肥力修复的产量效应状况，进而提出泥浆泵复垦土壤肥力的快速修复措施。项目研究成果不仅对于推进矿区复垦土壤学研究的深化与发展具有重要的科学意义，而且对快速修复采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤的肥力水平具有重要的指导作用。

本项目从国家耕地保护的要求以及我国人多地少的压力考虑，开展采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力退化机理与修复效应研究。从土壤物理、化学和生物学肥力因子的角度，采用实验室模拟实验和野外正常农田对比观测、样品采集、实验室测定以及基因组学与测序技术相结合的方法进行了研究，分析了采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力退化的机理，研究了采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤肥力因子的相互作用和修复效应。本项目研究取得的重要结果如下：.分析了泥浆泵复垦前后土壤可培养微生物（细菌、真菌和放线菌）、土壤酶（脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性）的数量变化及垂直分布特征。土壤微生物在三种土壤类型中的数量大小顺序为：对照土壤>复垦土壤>塌陷土壤，差异性显著；脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性在不同类型土壤中的大小顺序为：对照土壤>复垦土壤>塌陷土壤。.运用454高通量测序方法鉴定出了泥浆泵复垦前后土壤细菌29个门类、54个纲、87个目、164个科以及383个属，细菌的优势门类为Proteobacteria (29. 67%)、Chloroflexi(14.85%)、Actinobacteria(9.60%)、Acidobacteria(8.11%)及Planctomycetes(7.01%)。定量对比了泥浆泵复垦前后土壤细菌16S rRNA基因序列、细菌群落多样性指数以及细菌优势菌群的丰度。对照农田的细菌多样性水平最高，塌陷地最低。对照土壤的细菌群落结构较为复杂且菌种丰富，塌陷土壤的细菌菌种单一且分布不均匀。复垦改善了土壤细菌群落结构，与对照土壤具有一定相似性，但两者间仍存在差异。.探明了“土壤理化性质——土壤微生物——土壤酶活性”的相互关系和作用机理。土壤微生物数量与土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶呈显著正相关。土壤酶活性可敏感地指示复垦土壤理化性状和与土壤养分转化有关的微生物活性状况。采煤塌陷及复垦引起土壤有机质、总氮和含水量等的变化，是造成细菌群落结构演变的主要原因。土壤有机质、全氮和速效磷是影响土壤细菌遗传多样性的主要因素。 .项目研究成果不仅对推进矿区复垦土壤微生物研究的深化与发展具有重要的科学意义，而且对有效修复采煤塌陷地泥浆泵复垦土壤的肥力水平具有重要的指导作用，最终为矿区生态恢复和土地的可持续利用而服务。