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的酶促進了采后復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，通過植被調查和土壤性質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。

文章簡介

露天煤礦開采需剝離表土，往往產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)恢復的關鍵科學問題。同一植被配置模式經過30年恢復卻顯現出截然不同的恢復狀態(tài)，探究植被恢復差異的成因及其演替機制對未來礦山生態(tài)修復至關重要。

本研究在山西省安太堡露天礦區(qū)已恢復了30年的排土場中，選取了3個初始立地條件和恢復措施相似，處于不同次生演替進程的人工油松林，調查了土壤理化性質、酶活性、植被和微生物群落特征，并通過建立結構方程模型探索植物、土壤和微生物之間的相互關系，分析土壤微生物及其胞外酶在礦山排土場生態(tài)恢復過程中的作用。結果表明，次生演替造成不同人工油松林植被構型和土壤營養(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構和功能。在硝化作用中占主導地位的硝化螺菌屬（Nitrospira）的相對豐度增加了5.2倍。通過結構方程模型和土壤微生物群落功能預測發(fā)現，脲酶和β-葡萄糖苷酶能夠通過促進土壤有機質和硝態(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，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)恢復具有積極作用，而其微生物通過酶介導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，而且通過功能預測發(fā)現，與油松凋落物降解相關的酶功能基因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素的重要前驅物之一。

本研究結果有助于礦山生態(tài)修復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)修復的應用嘗試提供了科學基礎。