论文部分内容阅读
酸性矿山废水（Acid Mine Drainage,AMD）是硫化矿物暴露于地表,在水、大气及微生物的共同作用下氧化性溶解形成的低pH、富含高浓度硫酸根离子和重金属的有毒废水。AMD污染是矿区最为突出的一大环境问题,给周边环境的水源、土壤和生态环境造成了严重破坏,表现为酸化协同重金属污染。AMD进入农田土壤会造成土地功能退化、重金属污染及影响农作物的生产和品质安全等诸多问题。了解AMD对土壤的污染特征,是开展AMD污染土壤修复工作的必要前提。本研究对取自广东韶关大宝山矿区周围的稻田土壤进行AMD污灌模拟实验,探究AMD对土壤生态系统的污染特征。基于高通量测序技术揭示土壤微生物在AMD污染胁迫下的演替变化和响应机制,分析稻田土壤受污灌及恢复清洁水灌溉后微生物群落多样性、结构组成和功能特征的变化趋势,从而为AMD污染土壤的生物修复实践提供新的见解与思路。研究结果如下:（1）AMD污灌使得土壤中SO42-、Cd、Zn的含量显著上升、土壤酸化且土壤细菌群落的多样性下降。土壤细菌群落以变形菌门（Proteobacteria）为主,存在较多的铁硫代谢属,这些菌的存在对土壤中铁硫元素的循环转化有重要影响。而长期受到AMD污染的土壤恢复清洁水灌溉后细菌群落的多样性有所提高,有利于修复AMD的污染。冗余分析（RDA）表明土壤pH和重金属（Pb、Cu）含量是影响稻田土壤微生物群落结构的主要环境因子。（2）AMD不同污染程度对土壤pH和微生物群落的影响具有梯度差异:AMD重度污染（AMD直接污灌）显著改变土壤pH、微生物多样性、群落结构和功能类群,极大地丰富了变形菌门（Proteobacteria）和嗜酸属（Acidibacter、Metallibacterium、Acidiphilium）。AMD中度污染（pH为3的AMD稀释液污灌）对微生物群落有一定的影响,有利于绿弯菌门（Chloroflexi）的生存,Acidibacter和Rhodanobacter较为活跃,而AMD轻度污染（pH为4、5的AMD稀释液污灌）对土壤微生物群落影响不大。（3）选取前面AMD重度污染体系进行深入的研究发现,源头AMD污灌使得重金属（Zn、Cd、Cu）主要以弱酸可提取态的形式在土壤中富集,Fe（Ⅲ）被微生物还原导致土壤中亚铁含量显著升高。PICRUSt分析显示,AMD胁迫对菌群代谢功能有很大影响,细菌在C、N和S循环过程中发挥重要作用。当受到AMD扰动时,微生物群落成员之间加强联系来适应环境条件的改变,尤其是加强菌群之间的紧密合作以便能抵御AMD污染胁迫。综上所述,本研究系统地探究了受AMD不同程度污染胁迫下及恢复清水灌溉后土壤微生物群落的响应机制和演替变化,可为AMD污染农业土壤的生物恢复提供理论依据和思路。