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      煤矸石復(fù)墾對小麥根系分泌特征和土壤氮轉(zhuǎn)化的影響

      2016-06-07 08:53:11程林森卞正富雷少剛

      程林森,程 偉,卞正富,雷少剛

      (中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

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      煤矸石復(fù)墾對小麥根系分泌特征和土壤氮轉(zhuǎn)化的影響

      程林森,程偉①,卞正富,雷少剛

      (中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,江蘇 徐州221116)

      摘要:通過現(xiàn)場調(diào)查試驗(yàn),測定復(fù)墾區(qū)小麥(Triticum aestivum)不同生長期根系生長過程中根系分泌物、氮轉(zhuǎn)化速率和2種酶活性的變化,以揭示煤矸石對小麥根系分泌物和氮轉(zhuǎn)化的影響機(jī)理。結(jié)果表明:(1)煤矸石抑制生長期冬小麥的根長、根生物量和根系活力。(2)煤矸石的存在減少拔節(jié)期、開花期和成熟期冬小麥根際分泌速率Ⅰ(分別比對照農(nóng)田減少25.47%、23.71%和9.95%)、Ⅱ(分別比對照農(nóng)田減少39.83%、25.81%和10.84%),根際分泌速率Ⅲ在拔節(jié)期明顯減少(比對照農(nóng)田減少23.71%)。根際分泌速率Ⅲ(y)與作物根系活力(x)呈正相關(guān),回歸方程為y=0.012x-0.43,R2=0.874 (P<0.05, n=30)。(3)煤矸石對小麥不同生長期土壤氮轉(zhuǎn)化速率和土壤酶活性抑制作用明顯。土壤氮轉(zhuǎn)化效率、土壤酶活性與土壤根系分泌速率Ⅱ呈顯著正相關(guān)(P<0.05),說明煤矸石可通過抑制植物根系分泌物的產(chǎn)生來減少土壤氮轉(zhuǎn)化速率,可利用氮源的減少則進(jìn)一步抑制了植物生長。

      關(guān)鍵詞:采煤沉陷區(qū);復(fù)墾農(nóng)田;根系分泌物;氮素轉(zhuǎn)化

      煤炭是我國最重要的能源,在一次能源生產(chǎn)與消費(fèi)中占70%左右。在為我國經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展提供重要能源保障的同時(shí),煤炭高強(qiáng)度、大范圍的開采及利用也不可避免地帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題[1]。其中,礦區(qū)土地資源的破壞是當(dāng)前煤炭開采所面臨的最突出問題之一。截至2012年底,因煤炭開采引起的土地沉陷面積約為156萬hm2,預(yù)測數(shù)據(jù)表明采煤沉陷面積將逐年遞增[2]。我國東部平原煤礦區(qū)基本農(nóng)田與煤炭資源重疊分布,煤炭開采和基本農(nóng)田保護(hù)之間的矛盾尤為突出,嚴(yán)重制約了礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展[3]。對采煤沉陷區(qū)進(jìn)行土地復(fù)墾,將損毀的土地恢復(fù)到可利用狀態(tài)是解決煤炭開采與土地資源保護(hù)之間矛盾的有效途徑[4-5]。自20世紀(jì)80年代以來,煤炭生產(chǎn)企業(yè)嘗試?yán)妹喉肥裙腆w廢棄物對采煤沉陷區(qū)進(jìn)行土地復(fù)墾,有效地增加了可利用土地面積。

      土壤氮元素是植物和土壤微生物生長的必需元素,氮缺乏會限制植物生長[6]。除豆科植物外,植物可利用氮來源于土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化。在植物-土壤體系中,植物從土壤中獲得有效氮組分,并通過凋落物、植物殘茬和根系分泌物向土壤中輸入有機(jī)質(zhì)[7-8]。研究表明,土壤有機(jī)質(zhì)的分解主要依賴土壤微生物和土壤酶[9]。生物和非生物因素等都能夠影響植物根系分泌物產(chǎn)生速率和組分,并影響土壤有機(jī)質(zhì)分解和有效氮的周轉(zhuǎn)速率,影響植物-微生物養(yǎng)分平衡[10]。盡管目前對森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)根系分泌物與氮轉(zhuǎn)化已有一些研究,但未見煤矸石復(fù)墾農(nóng)田植物根系分泌物和土壤氮素轉(zhuǎn)化的關(guān)系研究[11-13]。筆者通過定位試驗(yàn),對煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤中小麥根系分泌物產(chǎn)生速率、土壤氮轉(zhuǎn)化速率及相關(guān)土壤酶活性進(jìn)行研究,分析復(fù)墾農(nóng)田小麥根系分泌物和土壤氮轉(zhuǎn)化的內(nèi)在聯(lián)系,闡明煤矸石充填層對農(nóng)田土壤性質(zhì)及作物生長的影響,以期為礦區(qū)采煤塌陷區(qū)復(fù)墾和管理提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

      1材料與方法

      1.1樣地概況

      研究區(qū)位于江蘇省徐州市,地處黃泛區(qū)沖積平原與低丘陵相間地帶,年平均降水量為700~900 mm,蒸發(fā)量為800~1 100 mm,年平均氣溫為13.5 ℃,年平均日照時(shí)間約為2 530 h,全年無霜期約為210 d;該區(qū)域?qū)儆谂瘻貛О霛駶櫦撅L(fēng)大陸性氣候區(qū),氣候四季分明,年降水量的60%~70%集中在5—8月,是傳統(tǒng)的農(nóng)作物種植區(qū)。

      試驗(yàn)樣地位于江蘇省徐州市國家采煤沉陷區(qū)復(fù)墾示范中心長期定位試驗(yàn)站(34°24′05″ N,117°08′06″ E)。該區(qū)域于20世紀(jì)80年代因煤炭開采形成沉陷區(qū),平均沉陷深度>1.5 m,總塌陷面積約為2 000 hm2,復(fù)墾工程于1998年完成,總復(fù)墾面積為703 hm2,其中耕地面積為277 hm2。復(fù)墾工藝如下:在煤炭開采前將沉陷區(qū)表土層進(jìn)行剝離并儲存;待沉陷區(qū)穩(wěn)沉后清理沉陷盆地內(nèi)積水及雜物;將煤矸石運(yùn)到沉陷區(qū)填充塌陷盆地至設(shè)計(jì)標(biāo)高,填充厚度為1~2.5 m。隨后將煤矸石平整并覆上預(yù)先剝離的表土,表土厚約60 cm。復(fù)墾后場地用作耕地,種植方式為小麥-水稻輪作。

      1.2樣地設(shè)置與樣品采集

      試驗(yàn)于2012—2013年進(jìn)行,在田間自然條件下,分別在煤矸石充填復(fù)墾農(nóng)田(reclaimed farmland,RF)和對照農(nóng)田(非塌陷區(qū)農(nóng)田,control)各設(shè)置5個(gè)樣點(diǎn)。分別在小麥拔節(jié)期、開花期和成熟期對植物和土壤進(jìn)行取樣和測定。土壤含水率、溫度和電導(dǎo)率采用土壤多參數(shù)儀(WET-2)進(jìn)行測定,土壤凈氮礦化和凈硝化速率采用埋袋法[14]測定。每樣點(diǎn)取小麥5株統(tǒng)計(jì)株高和根長,將樣品保存在塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室,用蒸餾水洗凈植株根際土壤后于85 ℃條件下烘干24 h后分析生物量。

      同期收集小麥根系分泌物,采用原位真空抽濾法[15]進(jìn)行收集,即將直徑小于2 mm、長度為15~20 cm的細(xì)根系洗凈后放入裝有緩沖液的小容器中(緩沖液為0.5 mmol·L-1NH4NO3,0.1 mmol·L-1KH2PO4,0.2 mmol·L-1K2SO4,0.2 mmol·L-1MgSO4,0.3 mmol·L-1CaCl2),封閉并外接取液管,利用真空泵進(jìn)行取樣。小麥根際分泌物取樣結(jié)束后,采用四分法將0~20 cm土層土壤混合取樣,土壤樣品采集后立即放入冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室分析[16]。

      1.3樣品分析

      取回的土壤樣品除去植物根系及礫石后分為2個(gè)部分:一部分風(fēng)干后測定基礎(chǔ)理化性質(zhì);另一部分置于-20 ℃冰箱中保存,用以測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量及土壤酶活性。

      小麥根系分泌物中碳含量測定采用總有機(jī)碳分析儀(TOC)[17],根際分泌速率Ⅰ為單位時(shí)間內(nèi)分泌量與總生物量的比值,根際分泌速率Ⅱ?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)分泌量與根生物量的比值,根際分泌速率Ⅲ為單位時(shí)間內(nèi)分泌量與根長的比值。冬小麥根系活力分析采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[18]測定。土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀氧化法[19]106-109。土壤總氮含量測定采用堿性過硫酸鹽氧化法[19]127-128。土壤微生物量碳和氮含量測定采用氯仿熏蒸法,提取物含量測定采用TOC儀。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量測定采用離子色譜儀(ICP),根據(jù)埋袋前后土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量差值計(jì)算土壤氮素礦化速率和硝化速率[14]。土壤脲酶活性測定采用靛酚藍(lán)比色法。土壤多酚氧化酶活性測定采用鄰苯三酚氧化法[20-21]。

      1.4數(shù)據(jù)處理

      采用SPSS 19.0軟件對植物和土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用GraphPad prism 5軟件進(jìn)行繪圖。

      2結(jié)果與分析

      2.1土壤理化性質(zhì)

      煤矸石復(fù)墾農(nóng)田和對照農(nóng)田0~20 cm土層土壤理化性質(zhì)見表1。由表1可知,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤體積含水率、總氮和速效磷含量分別比對照農(nóng)田降低28.53%、49.13%和60.76%,兩者間差異顯著(P<0.05)。顯著性分析表明,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤總有機(jī)碳(TOC)含量、pH值和速效鉀含量與對照農(nóng)田間無顯著差異(P>0.05)。

      由表1還可知,除Cd含量較高外,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤中As、Cu、Pb、Cr和Zn含量均低于GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)值。煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤6種重金屬含量與對照土壤相比無顯著差異(P>0.05),表明煤矸石充填層的存在對土壤重金屬含量無明顯影響。

      表1煤矸石復(fù)墾農(nóng)田和對照農(nóng)田的土壤理化特征

      Table 1Soil properties of control and reclaimed farmland

      采樣區(qū)域pH值體積含水率/(mL·L-1)w(有機(jī)碳)/(g·kg-1)w(總氮)/(g·kg-1)w(速效磷)/(mg·kg-1)w(速效鉀)/(mg·kg-1)對照農(nóng)田8.26±0.05215.9±13.08.88±1.282.87±0.8237.54±5.09173.48±11.74煤矸石復(fù)墾農(nóng)田8.04±0.10154.3±32.7*10.56±1.501.46±0.64*14.73±2.24*129.44±14.45采樣區(qū)域w(As)/(mg·kg-1)w(Cu)/(mg·kg-1)w(Pb)/(mg·kg-1)w(Cd)/(mg·kg-1)w(Cr)/(mg·kg-1)w(Zn)/(mg·kg-1)對照農(nóng)田15.52±1.6382.52±12.7551.87±7.914.69±1.29102.74±17.47138.59±25.17煤矸石復(fù)墾農(nóng)田15.08±1.2980.34±8.9359.09±5.033.99±1.12105.10±9.68192.45±6.23

      *表示與對照農(nóng)田相比,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。

      2.2煤矸石復(fù)墾對小麥根系生長特征的影響

      煤矸石充填層影響了復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根長、根生物量和根冠比等參數(shù)(圖1)。圖1顯示,在拔節(jié)期、開花期和成熟期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根長比對照農(nóng)田分別低16.18%、23.72%和27.46%,2種農(nóng)田間差異顯著(P<0.05)。在拔節(jié)期對照農(nóng)田和煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根生物量無顯著差異(P>0.05);在開花期和成熟期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根生物量分別降低11.17%和17.68%,2種農(nóng)田間差異顯著(P<0.05)。在拔節(jié)期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥地下和地上生物量比值(根冠比)顯著高于對照農(nóng)田(P<0.05),在開花期和成熟期2種農(nóng)田冬小麥根冠比間無顯著差異(P>0.05)。健康、有活力的根系有利于作物生長,拔節(jié)期、開花期和成熟期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根系活力顯著低于對照農(nóng)田(P<0.05),分別比對照農(nóng)田低24.22%、19.63%和26.97%。

      *表示與對照農(nóng)田相比,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。根系質(zhì)量以鮮質(zhì)量計(jì)。

      2.3煤矸石復(fù)墾對小麥根際分泌物產(chǎn)生速率的影響

      植物能通過根系向土壤中輸入簡單的小分子碳源,促進(jìn)土壤微生物生長,影響土壤氮元素的周轉(zhuǎn)速率,根際分泌物能影響土壤微生物數(shù)量和土壤養(yǎng)分可利用性[22]。圖2揭示了2種農(nóng)田中冬小麥根際分泌物產(chǎn)生速率及其與根系活力的相關(guān)性。由圖2可知,在拔節(jié)期、開花期和成熟期冬小麥根際分泌速率Ⅰ在2種農(nóng)田間差異顯著(P<0.05),煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根際分泌速率Ⅰ分別比對照農(nóng)田低25.47%、23.71%和9.95%;煤矸石復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根際分泌速率Ⅱ分別比對照農(nóng)田低39.83%、25.81%和10.84%;煤矸石充填復(fù)墾農(nóng)田冬小麥根際分泌速率Ⅲ在拔節(jié)期比對照農(nóng)田低23.71%,差異顯著(P<0.05),而開花期和成熟期2種農(nóng)田冬小麥根際分泌速率Ⅲ無顯著差異(P>0.05)。對冬小麥根際分泌速率Ⅲ(y)和根系活力(x)進(jìn)行回歸分析(圖3)表明,2種農(nóng)田中冬小麥根際分泌速率Ⅲ隨根系活力的增加而增加,兩者間存在顯著正相關(guān)(P<0.05,n=30)。

      *表示與對照農(nóng)田相比,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。分泌量以碳計(jì)。

      分泌量以碳計(jì),根系質(zhì)量以鮮質(zhì)量計(jì)。

      2.4煤矸石復(fù)墾對土壤氮轉(zhuǎn)化的影響

      由圖4可知,在拔節(jié)期2種農(nóng)田土壤氮礦化速率無顯著差異(P>0.05)。在開花期和成熟期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤氮礦化速率(0.33和0.16 mg·kg-1·d-1)低于對照農(nóng)田,兩者間差異顯著(P<0.05)。在拔節(jié)期和成熟期2種農(nóng)田土壤氮硝化速率無顯著差異(P>0.05);在開花期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤氮硝化速率(0.29 mg·kg-1·d-1)比對照農(nóng)田低17.14%,差異顯著(P<0.05)。由圖5可知,2種農(nóng)田中土壤氮礦化速率(y)與根際分泌速率Ⅱ(x)呈顯著正相關(guān),擬合方程為y=0.073x+0.10(R2=0.676,P<0.05,n=30)。2種農(nóng)田中土壤氮硝化速率(y)和根系分泌速率Ⅱ(x)呈顯著正相關(guān),擬合方程為y=0.067x+0.064(R2=0.687,P<0.05,n=30)。

      *表示與對照農(nóng)田相比,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。1)以氮計(jì)。

      分泌量以碳計(jì)。1)以氮計(jì)。

      2.5煤矸石復(fù)墾對土壤酶活性的影響

      土壤脲酶和多酚氧化酶主要功能是分解有機(jī)質(zhì),釋放其中的氮元素,因此酶活力大小能反映土壤有機(jī)質(zhì)分解能力和有效氮元素含量情況。由圖6可知,冬小麥拔節(jié)期土壤多酚氧化酶活性在2種農(nóng)田間無顯著差異(P>0.05)。在開花期和成熟期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤多酚氧化酶活性分別比對照農(nóng)田低22.47%和38.64%。在拔節(jié)期、開花期和成熟期煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤脲酶活性分別比對照農(nóng)田低23.39%、21.17%和23.18%,2種農(nóng)田間差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。多酚氧化酶活性和冬小麥根系分泌速率Ⅱ之間的線性回歸方程(圖7)表明,2種農(nóng)田中多酚氧化酶活性受冬小麥分泌速率Ⅱ的影響,兩者間呈顯著正相關(guān)(P<0.05,n=30)。冬小麥根際分泌速率Ⅱ增加有利于脲酶活性的提高。

      *表示與對照農(nóng)田相比,煤矸石復(fù)墾農(nóng)田某指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。土壤質(zhì)量以干質(zhì)量計(jì)。1)以NH4+-N計(jì)。

      土壤質(zhì)量以干質(zhì)量計(jì)。1)以NH4+-N計(jì)。

      3討論

      植物根際分泌物誘導(dǎo)根際激發(fā)效應(yīng)(priming effect)而影響土壤有機(jī)質(zhì)分解,通過改變土壤有效氮的供應(yīng)影響植物生長[22]。溫度、水分、物種、根系構(gòu)型、菌根有無、鹽分、生物炭的添加等生物或非生物因素都能影響根際分泌物的數(shù)量和組分[11-12,23-24]。研究表明,根際分泌速率和植物生長有關(guān),由于植物和土壤微生物對根際可利用氮的競爭,植物根際通常成為可利用氮受到限制的區(qū)域[12,17,25]。在不利環(huán)境下植物和土壤微生物競爭利用土壤中可利用氮源。當(dāng)土壤可利用氮源量不足以維持植物生長所需時(shí),植物生長則會受到抑制[26-28]。

      礦區(qū)土壤在復(fù)墾完成后往往面臨著植物生長緩慢、死亡率高的情況,其原因并不完全清楚[20,29-34]。筆者所在課題組研究發(fā)現(xiàn),煤矸石充填復(fù)墾農(nóng)田長期試驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)墾后農(nóng)田作物產(chǎn)量減少,微生物數(shù)量和土壤酶活性較低[35]。筆者研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),煤矸石復(fù)墾農(nóng)田土壤根系很難延伸到土壤-矸石充填界面,且充填界面附近小麥根系生長較差。根據(jù)研究結(jié)果推測就煤矸石充填復(fù)墾農(nóng)田土壤而言可能存在以下機(jī)制:在正常情況下,土壤微生物利用根際分泌物獲取營養(yǎng)成分,促進(jìn)微生物生長和分泌胞外酶,分解土壤有機(jī)質(zhì)獲得可利用氮素,以維持植物正常生長所需。而在煤矸石脅迫情況下,煤矸石及其淋溶產(chǎn)物抑制植物根系分泌物的產(chǎn)生,土壤微生物可利用碳源減少,土壤微生物數(shù)量和胞外酶分泌量隨之減少,土壤有機(jī)質(zhì)分解受到抑制,土壤中可利用氮源減少。在土壤可利用氮源含量降低的情況下,植物和土壤微生物競爭可利用氮源,可利用氮源的不足導(dǎo)致植物生長受到抑制,進(jìn)一步抑制復(fù)墾農(nóng)田植物生長和根系分泌物產(chǎn)生速率。

      4結(jié)論

      通過對煤矸石復(fù)墾農(nóng)田植物根系生長狀況、根系分泌物產(chǎn)生速率、土壤氮素轉(zhuǎn)化和土壤酶活性變化的研究得出以下結(jié)論:

      (1)復(fù)墾農(nóng)田土壤中煤矸石抑制拔節(jié)期、開花期和成熟期冬小麥的根長、根生物量、根冠比和根系活力等。

      (2)與對照農(nóng)田相比,復(fù)墾農(nóng)田土壤中煤矸石抑制拔節(jié)期、開花期和成熟期冬小麥根際分泌物產(chǎn)生速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。相關(guān)性分析表明根際分泌速率Ⅲ與作物根系活力呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。同時(shí)煤矸石充填層對土壤氮轉(zhuǎn)化速率和酶活性抑制作用明顯,土壤氮轉(zhuǎn)化速率、酶活性與根系分泌速率Ⅱ呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

      (3)盡管對煤矸石復(fù)墾農(nóng)田小麥生長狀況進(jìn)行分析,但對礦區(qū)充填場地土壤與植物生物指標(biāo)之間的耦合機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

      參考文獻(xiàn):

      [1]卞正富.我國煤礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究[J].資源·產(chǎn)業(yè),2005,7(2):18-24.

      [2]彭科峰.煤炭開采引發(fā)生態(tài)環(huán)境問題亟須引起重視[N].中國科學(xué)報(bào),2012-12-11(1).

      [3]胡振琪,肖武,王培俊,等.試論井工煤礦邊開采邊復(fù)墾技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào),2013,38(2):301-307.

      [4]BIAN Z,MIAO X,LEI S,etal.The Challenges of Reusing Mining and Mineral-Processing Wastes[J].Science,2012,337(6095):702-703.

      [5]BIAN Z,DONG J,LEI S,etal.The Impact of Disposal and Treatment of Coal Mining Wastes on Environment and Farmland[J].Environmental Geology,2009,58(3):625-634.

      [6]THAMDRUP B.New Pathways and Processes in the Global Nitrogen Cycle[J].Annual Review of Ecology,Evolution,and Systematics,2012,43(1):407-428.

      [7]VAN DER KRIFT T A,KUIKMAN P J,M?LLER F,etal.Plant Species and Nutritional-Mediated Control Over Rhizodeposition and Root Decomposition[J].Plant and Soil,2001,228(2):191-200.

      [8]FRESCHET G T,CORNWELL W K,WARDLE D A,etal.Linking Litter Decomposition of Above- and Below-Ground Organs to Plant-Soil Feedbacks Worldwide[J].Journal of Ecology,2013,101(4):943-952.

      [9]STARK C,CONDRON L,O′CALLAGHAN M,etal.Differences in Soil Enzyme Activities,Microbial Community Structure and Short-Term Nitrogen Mineralisation Resulting From Farm Management History and Organic Matter Amendments[J].Soil Biology and Biochemistry,2008,40(6):1352-1363.

      [10]MOSER G,SCHULDT B,HERTEL D,etal.Replicated Throughfall Exclusion Experiment in an Indonesian Perhumid Rainforest:Wood Production,Litter Fall and Fine Root Growth Under Simulated Drought[J].Global Change Biology,2014,20(5):1481-1497.

      [11]DRAKE J,DARBY B,GIASSON M A,etal.Stoichiometry Constrains Microbial Response to Root Exudation-Insights From a Model and a Field Experiment in a Temperate Forest[J].Biogeosciences,2013,10(2):821-838.

      [12]PHILLIPS R P,FINZI A C,BERNHARDT E S.Enhanced Root Exudation Induces Microbial Feedbacks to N Cycling in a Pine Forest Under Long-Term CO2Fumigation[J].Ecology Letters,2011,14(2):187-194.

      [13]YIN H,WHEELER E,PHILLIPS R P.Root-Induced Changes in Nutrient Cycling in Forests Depend on Exudation Rates[J].Soil Biology and Biochemistry,2014,78:213-221.

      [14]SUN G,LUO P,WU N,etal.StellerahamaejasmeL.Increases Soil N Availability,Turnover Rates and Microbial Biomass in an Alpine Meadow Ecosystem on the Eastern Tibetan Plateau of China[J].Soil Biology and Biochemistry,2009,41(1):86-91.

      [15]PHILLIPS R P,ERLITZ Y,BIER R,etal.New Approach for Capturing Soluble Root Exudates in Forest Soils[J].Functional Ecology,2008,22(6):990-999.

      [16]劉欣,王紅梅,廖麗君.黑龍江省巴彥縣土壤養(yǎng)分空間變異規(guī)律與格局分析[J].土壤通報(bào),2011,42(1):86-90.

      [17]MARTINEZ-MENA M,LOPEZ J,ALMAGRO M,etal.Effect of Water Erosion and Cultivation on the Soil Carbon Stock in a Semiarid Area of South-East Spain[J].Soil and Tillage Research,2008,99(1):119-129.

      [18]ALSTER C J,GERMAN D P,LU Y,etal.Microbial Enzymatic Responses to Drought and to Nitrogen Addition in a Southern California Grassland[J].Soil Biology and Biochemistry,2013,64(9):68-79.

      [19]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

      [20]BAILEY V L,FANSLER S J,SMITH J L,etal.Reconciling Apparent Variability in Effects of Biochar Amendment on Soil Enzyme Activities by Assay Optimization[J].Soil Biology and Biochemistry,2011,43(2):296-301.

      [21]DEFOREST J L.The Influence of Time,Storage Temperature,and Substrate Age on Potential Soil Enzyme Activity in Acidic Forest Soils Using MUB-Linked Substrates and L-DOPA[J].Soil Biology and Biochemistry,2009,41(6):1180-1186.

      [22]孫悅,徐興良.根際激發(fā)效應(yīng)的發(fā)生機(jī)制及其生態(tài)重要性[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2014,38(1):62-75.

      [23]BLAGODATSKAYA E,BLAGODATSKY S,ANDERSON T H,etal.Priming Effects in Chernozem Induced by Glucose and N in Relation to Microbial Growth Strategies[J].Applied Soil Ecology,2007,37(1):95-105.

      [24]YIN H,XU Z,CHEN Z,etal.Nitrogen Transformation in the Rhizospheres of Two Subalpine Coniferous Species Under Experimental Warming[J].Applied Soil Ecology,2012,59(4):60-67.[25]ALLISON S D,CZIMCZIK C I,TRESEDER K K.Microbial Activity and Soil Respiration Under Nitrogen Addition in Alaskan Boreal Forest[J].Global Change Biology,2008,14(5):1156-1168.

      [26]WANG Z,SILVA L C,SUN G,etal.Quantifying the Impact of Drought on Soil-Plant Interactions:A Seasonal Analysis of Biotic and Abiotic Controls of Carbon and Nutrient Dynamics in High-Altitudinal Grasslands[J].Plant and Soil,2014,389(1/2):59-71.

      [27]TALBOYS P J,OWEN D W,HEALEY J R,etal.Auxin Secretion byBacillusamyloliquefaciensFZB42 Both Stimulates Root Exudation and Limits Phosphorus Uptake inTriticumaestivium[J].BMC Plant Biology,2014,14(1):51-60.

      [28]THéBAULT A,CLéMENT J C,IBANEZ S,etal.Nitrogen Limitation and Microbial Diversity at the Treeline[J].Oikos,2014,123(6):729-740.

      [29]高均海,李樹志,郭友紅,等.復(fù)墾方法對礦區(qū)土壤微生物的影響[J].礦山測量,2010(1):10-12.

      [30]卞正富.礦區(qū)土地復(fù)墾界面要素的演替規(guī)律及其調(diào)控研究[J].中國土地科學(xué),1999,13(2):6-11.

      [31]USSIRI D A,LAL R.Land Management Effects on Carbon Sequestration and Soil Properties in Reclaimed Farmland of Eastern Ohio,USA[J].Journal of Soil Science,2013,3(1):46-57.

      [32]SHRESTHA R K,LAL R.Carbon and Nitrogen Pools in Reclaimed Land Under Forest and Pasture Ecosystems in Ohio,USA[J].Geoderma,2010,157(3):196-205.

      [33]INSAM H,DOMSCH K.Relationship Between Soil Organic Carbon and Microbial Biomass on Chronosequences of Reclamation Sites[J].Microbial ecology,1988,15(2):177-188.

      [34]ANDERSON J D,INGRAM L J,STAHL P D.Influence of Reclamation Management Practices on Microbial Biomass Carbon and Soil Organic Carbon Accumulation in Semiarid Mined Lands of Wyoming[J].Applied Soil Ecology,2008,40(2):387-397.

      [35]CHENG W,BIAN Z F,DONG J H,etal.Soil Properties in Reclaimed Farmland by Filling Subsidence Basin Due to Underground Coal Mining With Mineral Wastes in China[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2014,24(8):2627-2635.

      (責(zé)任編輯: 李祥敏)

      Wheat Root Exudation and Soil Nitrogen Transformations in Farmland Reclaimed From Coal Gangue.

      CHENG Lin-sen, CHENG Wei, BIAN Zheng-fu, LEI Shao-gang

      (College of Environment and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

      Abstract:To investigate fundamental mechanisms of coal gangue affecting winter wheat (Triticum aestivum) root exudation and nitrogen transformations, a field experiment was conducted on a tract of farmland reclaimed from coal gangue. Exudates from wheat roots, soil N transformation rate, and activities of two extracellular enzymes at various growth stages of the crop in the farmland were analyzed and determined. Results show that: (1) The existence of coal gangue significantly decreased root length, root biomass and root activity of the crop wheat throughout its growth season; (2) The existence of coal gangue decreased root exudation rate Ⅰ by 25.47%, 23.71% and 9.95%, respectively, and root exudation rate Ⅱ by 39.83%, 25.81% and 10.84%, respectively at the jointing stage, flowering stage and maturing stage, and root exudation rate Ⅲ decreased significantly by 23.71% at the jointing stage as compared with that of the crop in a control field. Root exudation rate Ⅲ(y) was found to be positively related to root activity(x) and the correlation could be fitted with the regression equation of y=0.012x-0.43,R2=0.874(P<0.05, n=30); (3) Coal gangue inhibited significantly N transformations and soil enzyme activities at all the growth stages, and the two were positively related to root exudation rate Ⅲ (P<0.05), which suggests that coal gangue decreases N transformation rate by inhibiting crop root exudation, thus reducing the supply of available N and then restraining growth of the crop.

      Key words:mining subsidence area;reclaimed farmland;root exudate;nitrogen transformation

      收稿日期:2015-11-10

      基金項(xiàng)目:國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY110800);教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-12-0956)

      中圖分類號:S154;X171.4

      文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      文章編號:1673-4831(2016)03-0397-07

      DOI:10.11934/j.issn.1673-4831.2016.03.010

      作者簡介:程林森(1990—),男,安徽桐城人,碩士生,研究方向?yàn)榈V山生態(tài)修復(fù)。 E-mail: chenglinsen@126.com

      ① 通信作者E-mail: chengweicn@163.com

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