首页分享生物结皮在高硫煤矿煤矸石生态修复中的功能研究

生物结皮在高硫煤矿煤矸石生态修复中的功能研究

来源：花匠小妙招时间：2024-12-23 03:01

生物结皮在高硫煤矿煤矸石生态修复中的功能研究

【摘要】： 在中国西南,高硫煤矿开采导致了大量的煤矸石堆积、土壤污染,严重的破坏了周围的生态环境与物种的多样性。近年来人们逐渐意识到生物结皮在退化土地恢复中的重要地位。生物结皮是生态系统的工程师,同时也是煤矿开采区煤矸石重要的地表覆盖植被,在生态系统的演替和维持稳定性方面发挥着巨大作用,具有重要的生态功能,然而国内外对于高硫煤矿废弃地煤矸石生物结皮的生态功能研究较为缺乏。本文以贵州省凯里市高硫煤矿废弃地煤矸石为研究区域,以废弃地煤矸石中自然发育的苔藓生物结皮、藻生物结皮为研究对象。调查并鉴定生物结皮的物种组成,通过对煤矸石生物结皮的营养元素(全氮TN、全磷TP、全钾TK和速效钾AK)含量、p H、全硫含量(S)、重金属(Cr、Cu、Zn、Ni、Fe、Pb、Mn、Cd)含量、重金属赋存形态(酸溶态、可还原态、可氧化态、残渣态)和细菌群落多样性的测定来反映生物结皮对高硫煤矿废弃地煤矸石的影响。主要结论如下:(1)高硫煤矿废弃地生物结皮物种组成主要以藓类植物为主,有少量的藻类植物。其中,共计发现藓类植物5科17属44种,没有发现苔类植物,藓类植物以丛藓科Pottiaceae(40.9%)和真藓科Bryaceae(29.5%)为优势科。其中,真藓属Bryum Dill.(22.7%)、扭口藓属Barbula Hedw(13.6%)、牛毛藓属Ditrichum Hampe(11.4%)和小曲尾藓属Dicranella(C.Muell.)Schimp.(9.1%)为该研究区域的优势属,扭口藓Barbula unguiculata Hedw.与狭网真藓Bryum algovicum Sendt.在各样地中均有发现,对高硫煤矿废弃地煤矸石有较好的适应性。藻类植物共计3科3属,分别为伪鱼腥藻科Pseudanabaenaceae细鞘丝藻属Leptolyngbya Anagn.et Kom.、鞘藻科Oedogoniaceae鞘藻属Oedogonium Link、圆筛藻科Coscinodiscaceae直链藻属Melosira Agardh。(2)高硫煤矿废弃地煤矸石裸土的p H为2-4之间,藻生物结皮的p H在3-6之间,苔藓生物结皮的p H在4-7之间。四个样地的p H均呈现苔藓生物结皮>藻生物结皮>裸土的特点,且生物结皮与裸土p H差异性显著(P<0.05)。裸土的全硫含量均高于生物结皮。生物结皮的出现调节了高硫煤矿煤矸石酸性环境,同时降低了硫含量。(3)高硫煤矿煤矸石营养元素含量偏低,营养贫瘠,生物结皮能显著提高煤矸石表层土的速效钾和全钾的含量。(4)生物结皮对重金属Cd、Zn、Mn、Cu、Cr和Ni有较好的吸附作用。其中,苔藓生物结皮对重金属Zn、Cd、Cr、Mn和Ni具有较强的吸附能力,藻生物结皮对Cu具有较强的吸附能力。生物结皮对Fe、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn残渣态重金属固定能力突出,有利于降低重金属毒性。(5)Chao、Shannon、Ace、Sobs、Simpson指数均表明细菌群落多样性均呈现苔藓生物结皮>藻生物结皮>裸土的特点,且苔藓生物结皮的这些指数显著高于裸土(P<0.05)。放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为高硫煤矿细菌群落中的优势门;热酸菌属(Acidothermus)、嗜酸菌属(Acidiphilium)、钩端螺菌属(Leptospirillum)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)为高硫煤矿细菌群落中的优势属。(6)在属水平上,Leptospirillum,Sulfobacillus,Ferrithrix和Acidithiobacillus为裸土中的优势属细菌,与硫含量呈极显著正相关(P<0.001),与p H呈显著负相关(P<0.01)。Sphingomonas为生物结皮中的优势属细菌,与大部分重金属残渣态具有显著相关性,此外,Sphingomonas还与p H呈正相关(P<0.001),与硫呈负相关(P<0.001),Sphingomona可能在生物结皮吸附重金属、提高土壤p H和减少硫含量中发挥重要作用。生物结皮对高硫煤矿煤矸石在自然演替初期具有重要的生态意义,其可以加速高硫煤矿矸石堆生态系统的恢复和重建。在后期的研究中,可以充分利用生物结皮的先锋作用,积极将其应用于高硫煤矿废弃地煤矸石的生态恢复。

【学位授予单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2023

精品图书