Page 277 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 马建军等：燕山矿区苜蓿恢复过程中土壤养分与微生物的演变特征 · 273 ·

现，本矿区苜蓿的生长盛期 为 6 年，之后苜蓿进入衰 门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）〔 图 3（a1）～
退期，且随着种植年限的继续增加，根系活力下降， 图 3 （a5 ） 〕 ； 优 势 科 依 次 为 鞘 氨 醇 单 胞 菌 科
生物量减少，对氮素利用强度减弱，而导致的氮素归 （Sphingomonadaceae）、梭菌科（Pyrinomonadaceae）、
还减少，苜蓿地土壤肥力并不会继续保持增长 [23-24] 。 伯 克 氏 菌 科 （Burkholderiaceae ） 、 根 瘤 菌 科
由图 2（b）可知，随着恢复年限的增加，土壤 （Rhizobiaceae）、芽孢杆菌科（Bacillaceae）〔 图 3（b1）～
A 浓度呈先增加后降低再增加的变化规律。尽管 图 3（b5）〕。
P
在样 地 Me 中土 壤 A 浓度达到峰值，但是所有样 由 图 3（a1）可知，变形菌门的相对丰度呈先增加
P
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地间土 壤 A 浓度均无显著性差异，表明种植苜蓿对 后降低的变化规律，样 地 Me1 中变形菌门的相对丰
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土 壤 A 浓度的影响并不明显。研究区各样地土壤 度显著高于所有样地；其他样地间，该门的相对丰度
P
A 浓度整体偏低（均 在 10 mg/k 以下），苜蓿对土 无显著差异；该门中的鞘氨醇单胞菌科〔 图 3（b1）〕和
g
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壤 A 的消耗甚微，甚至可以积 累 AP。随着种植苜 伯克氏菌科〔 图 3（b3）〕呈现与该门一致的变化规律，
P
[25]
蓿年限的延长，土 壤 A 浓度呈下降趋势 。 而根瘤菌科〔 图 3（b4）〕则呈现较复杂的变化规律：峰
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由图 2（c）可知，随着恢复年限的增加，土壤 值出现在样 地 Me10， 而 Me6、Me1 及 CK 样地中
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A 浓度呈现与土 壤 A N 浓度相同的变化规律。苜 根瘤菌科的相对丰度均较低且无显著差异。变形菌
K
蓿对于土 壤 A K 浓度的影响较为明显，样 地 Me 中 门细菌在不同环境中广泛分布，适应能力强 [33] ，是碱
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土壤 A K 浓度达到峰值，其浓度显著高于所有样 性土壤中的主要优势群落，广泛存在于以盐碱土壤
地。苜蓿在生长过程中对钾元素的需求量也很高， 为主的矿区土壤中 [34] 。 与 CK 相比，富营养型细菌
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在本研究中样 地 Me 和 Me 土 壤 A K 浓度显著增 类群变形菌门的相对丰度在所有苜蓿样地中有所增
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加，这是由于在研究区盐碱性土壤中钾元素浓度较 加，这与黄土高原草地植被自然演替过程中的细菌
低，且主要以矿物态钾和非交换态钾形式存在，交换 群落组成的变化规律表现出相同的趋势 [35] 。其中样
态钾和水溶态钾浓度较低 [26] 。不同形态间的钾存在 地 Me3、Me 和 Me1 中变形菌门的相对丰度均显
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着动态的平衡，苜蓿生长过程中需要大量 的 AK，而 著高 于 CK 和 CK2。变形菌门在土壤中所占比例
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各苜蓿地中 A K 浓度依然高于对照样地 CK 和 越大，在一定程度上代表了土壤越肥沃，在一些黑土
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CK2，说明长势旺盛的苜蓿（Me 和 Me6）可以大大 地及半湿润地区的土壤中变形菌门往往是优势菌
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促进土壤 A K 的转化 [27] 。随着苜蓿生长的衰退 群 [36] 。本研究也证实，在种植苜蓿初期，可以改善土
（Me1 和 Me15），苜蓿对钾的转化能力逐渐减弱，同 壤变形菌门分布状况。
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时大量本土植物在样地中出现，植物在生长过程中 酸杆菌门〔 图 3（a2）〕的相对丰度呈先增加后降
的吸收及淋溶作用会造成土 壤 A K 的减少，因此随 低再增加的变化规律， 第 6 年其相对丰度显著高于
着种植年限的延长，土 壤 A 浓度降低 。由 图 2（d） 其他苜蓿样地及对照样地 CK1，而显著低于样地
[14]
K
可知，随着恢复年限的增加，土 壤 O M 浓度总体呈增 CK2；其中，隶属于该门的梭菌科〔 图 3（b2）〕的相对
加趋势，且均高于对照样 地 CK1，但均显著低于对照 丰度随着苜蓿种植年限的增加而增加。酸杆菌门在
样 地 CK2，这与样地中枯落物的淋溶腐解、腐殖质含 自然环境中亦十分常见，可以降解植物纤维素等大
量增加有关 [28-29] 。 分子聚合物 [37] 。本研究发现酸杆菌门主要存在于原
有研究显示，苜蓿在不同地区有 着 7 年 [10] 、10 生境样 地 CK 中，可能与样地中有大量的荆条、沙
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年 [30] 、1 年 [31 ] 等不同的生长盛期，本研究区苜蓿的 枣等灌木植物有关。
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生长盛期 为 6 年，这与采石场土壤现状（开槽土和工 放线菌门〔 图 3（a3）〕和厚壁菌门〔 图 3（a4）〕呈现
程弃土）、利用方式（保土固沙、 次刈割）和管理措 相同的变化规律，即二者的相对丰度先降低后增
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施（未施肥、长期自然演替状态）等有关。因此，应加 加。样 地 Me3、Me 中，放线菌门的相对丰度高于样
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强苜蓿地的科学管理和合理利用以延长苜蓿的生长 地 CK1（但无显著差异），表明种植初期苜蓿虽能够
时间 。 改善放线菌状况，但效果不明显。样 地 CK 中厚壁
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2.2 土壤细菌群落结构演变特征 菌门的相对丰度最高，而该门的相对丰度在样地
不同样地优势细菌的相对丰度如 图 3 所示。本 Me6、Me1 及 CK 间无显著性差异；隶属于厚壁菌
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研究区细菌类群中相对丰度水平 前 5 的优势门依次 门的芽孢杆菌科〔 图 3（b5）〕的相对丰度的变化规律
为 变 形 菌 门 （Proteobacteria ） 、 酸 杆 菌 门 与厚壁菌门的变化规律一致。在干旱和寡营养的土
（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌 壤中放线菌门和厚壁菌门的相对丰度较高 [38] 。厚壁