喀斯特地区某铬渣厂土壤重金属生态风险评价及细菌群落特征研究

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贵州喀斯特地区是位于中国南部属于世界自然遗产中心区域,微生物种类比较丰富,但是它的生态环境是非常脆弱的,容易受到损害,一旦受到损害,就难以恢复。由于国家地区现代化科技发展迅速、步调加快,导致了大多数工厂不得不转型或者关闭,然而工厂长期遗留下巨大的工业重金属废料污染,导致该地区受重金属污染问题愈发严峻。当前阶段国家对于重金属的需求缺口大,在然而在其生产的过程中会产生高浓度的游离六价铬和其他重金属离,这些重金属会对人们的身体健康造成威胁,同时也会对生态环境造成污染。喀斯特是当今世界范围内的陆地生态环境受到严重破坏和退化的地区,在该地区废弃铬渣厂中的重金属污染将给喀斯特地区区域带来的很大负面的经济影响,为了彻底重建这种土地结构和陆地生态系统,不仅必须要全面恢复森林植被,还要彻底重建地表土壤,还需尽快针对土壤污染与微生物的生态系统恢复提出更为合理经济的对策,利用土壤微生物及酶活性揭示喀斯特地区的土壤性状不常见。本研究选取的厂区是停止生产多年的某废弃铬渣厂土壤作为实验研究试验对象,采集到5个典型区域土壤样品,运用高通量测序技术,揭示了表层土壤微生物多样性及其环境主要影响因素之间的关系。本文以废弃铬渣厂及其周边表层土壤为研究对象,研究土壤重金属污染的分布特点及对受土壤重金属污染的危害进行评估;研究铬渣厂不同受污染土壤区域内的土壤酶活性、真菌群落特性的研究。探明铬渣厂不同区域土壤质量的变化规律,揭示了废弃铬渣厂生产过程中对土壤酶活性的影响和影响真菌群落的主要环境因素,为治理铬渣厂的污染防治工作提供了科学的参考。结果表明:(1)主要重金属指标中Cu、Pb、Zn、Mn、Ni等金属含量范围值分别确定为在128.08~18.17、97.69~42.54、2121.67~131.75、859.58~401.42、216.58~27.83等限值之间,与该废弃铬渣厂当地的土壤背景值(Cu:79.0mg/kg,Pb:67mg/kg,Zn:139 mg/kg,Cd:0.71mg/kg,Ni:33 mg/kg,Mn:846 mg/kg)相比,6种重金属均超出背景值。根据内梅罗综合污染指数分析,铬渣厂区内5种不同土地利用类型均为重污染土壤(PN>3),依次为CA(8.09)>FW(7.28)>UR(6.99)>IF(6.55)>FO(5.92)。从相关性研究和主成成分分析可以得到,Cr与Ni,Zn与Cu、Pb,Zn间分别具有同一性质的主要污染源;其中的主要来源是铬渣厂长期堆积的重金属沉降和迁移。(2)土壤有机质(SOM)、总磷(TP)、速效磷(AP)、速效氮(AN)和铵肽氮(NH4+-N)含量均在下游最高、车间最低。过氧化氢酶(CAT)、酸性磷酸酶(ACP)、脲酶(UE)、蔗糖酶(SC)活性在车间区域最低,分别为40.441μmol·d-1·g-1、6.350μmol·d-1·g-1、20.169μg·d-1·g-1、4.002 mg·d-1·g-1,过氧化物酶(POD)活性在5个区域差异不显著。总体情况来看,土壤脲酶、蔗糖酶活性和土壤过氧化氢酶等活性酶受土壤重金属等污染程度变化及趋势反应最为复杂敏感;当某些重金属污染物与某些土壤肥力元素共同发生作用土壤酶活性,其含量更明显倾向于主要受其土壤自身理化力学性质特征的显著影响,其中土壤硝态氮含量、土壤中的有效磷、p H值是显著影响土壤酶活力的几个重要理化因素,土壤酶活性含量与该土壤理化性质含量指标的显著变化具有着同一向和驱动性。综上,对喀斯特地区废弃工业厂区土修复的治理实施过程管理中也应优先考虑氮、磷的投入,为已受大量重金属污染破坏的喀斯特地区的土壤治理修复项目与矿区生态环境保护规划提供重要科学论证依据。(3)门水平上,Actinobacteria、Proteobacteria、Acidobacteria和Chloroflexi为优势菌种;纲水平上,Alphaproteobacteria、Actinobacteria、Vicinamibacteria、Gemmaproteobacteria和Chloroflexi优势菌种。总体来看,在重金属与土壤环境因子共同作用下,微生物丰度更倾向于受土壤环境因子的影响,其中土壤总磷(TP)、硝态氮(NO3+-N)和大多数重金属元素是微生物变化的主要影响因素;Actinobacteria与大多数重金属具有趋同性,对重金属耐受能力最强;金属元素Pb对细菌的生长繁衍存在一定的选择性,即金属元素的不同对土壤细菌类群的影响有差异。综上,废弃厂区修复治理过程中应考虑营养元素的投入与优势菌种的选择。本文通过深入分析,了解了重金属污染环境下微生物群落的变化和内在驱动因素,为治理废铬渣厂的污染土壤提供了理论基础。开展有关喀斯特地区受重金属污染后土壤理化性质及微生物多样性的相关研究,可以在一定程度上反映出土壤受重金属污染后的土壤特性和恢复生态系统的平衡的状况,便于今后对于受污染的土壤设计更具有针对性的修复方案来提高被污染地区生态系统的治理。
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