酸性矿山废水（Acid mine drainage,AMD）以极端酸性,并富含硫酸根和多种重金属离子为主要特点。AMD从矿区进入下游河流,引起严重的水体污染及生态破坏。已有研究表明,铁硫循环微生物在AMD形成及AMD自然衰减的过程中发挥着重要作用。研究AMD环境中铁硫循环微生物的多样性及其介导的铁硫循环过程,为理解AMD的形成机制提供线索,为控制AMD的产生及开展AMD污染环境的生物修复提供依据。此外,在针对大宝山矿区AMD污染河流的调查中发现,横石河上游沉积了大量铁硫酸盐次生矿物,这些次生矿物的形成及相转变过程对矿区有毒元素的迁移转化有重要影响。一直以来,研究者们对于环境因子对铁硫酸盐次生矿物相转变的影响开展了大量的研究工作,但是对AMD环境中微生物对铁硫酸盐次生矿物相转变的影响关注甚少。本论文以广东大宝山多金属硫化物矿区受AMD污染的横石河流域为研究对象,在污染调查的基础上,分4个时期（2015年7月、2016年1月、2016年8月和2016年11月）进行样品采集,采用Illumina高通量测序技术,研究横石河流域不同时空下微生物群落结构变化规律及其主要的环境驱动机制;同时分析铁硫循环微生物的多样性及分布特征,推导大宝山矿区水体中微生物介导的铁硫循环过程。此外,针对横石河上游沉积的大量铁硫酸盐次生矿物,采用模拟实验的方法,研究AMD环境中微生物对铁硫酸盐次生矿物相转变的影响。本论文的主要研究结论如下:（1）横石河流域污染特征:AMD从拦泥坝进入横石河,AMD污染程度沿河衰减,在横石河流域形成不同的污染梯度带。两座拦泥坝AMD污染最严重,坝内湖水pH常年稳定在3.0以下,SO₄^2-浓度常年保持在2 000 mg/L以上,溶解态TFe最高可达570 mg/L,溶解态Mn、Zn、Cu、Cd和Pb严重超标。横石河中游河段受大型污水处理厂的影响,在大型污水处理厂运行以前,横石河中游河段AMD污染严重,河水pH常年稳定在3.0⁵.0之间;而大型污水处理厂运行以后,横石河中游河段河水pH由酸性变成碱性,TFe、SO₄^2-及重金属浓度明显下降。横石河下游至汇入滃江后,AMD污染基本消失,水质状况与对照河流接近。（2）AMD污染河流中微生物群落结构时空变化特征:横石河流域微生物群落结构时空变化显著,AMD污染程度不同是导致不同时空下微生物群落结构差异显著的主要原因。AMD污染最严重的两座拦泥坝（pH<3.0）中微生物群落丰富度和多样性最低,主要优势菌为嗜酸菌和耐酸菌,包括Acidithiobacillus、Acidiphilium、Leptospirillum、Citrobacter、Thermogymnomonas、Acinetobacter和Pseudomonas。横石河中游河段微生物群落结构受大型污水处理厂的影响。大型污水处理厂运行以前,横石河中游河段AMD污染严重,河水酸化（pH 3.0⁵.0）,水样中检出的优势菌为嗜酸菌和耐酸菌,主要有Acidithiobacillus、Acidiphilium、Leptospirillum、Thermoplasma、Thermogymnomonas、Ferroplasma和Acinetobacter;而大型污水处理厂运行以后,横石河中游河段河水由酸性变成碱性,嗜酸菌和耐酸菌的丰度明显下降,常见于中性自然环境的Sediminibacterium、Flavobacterium、Novosphingobium等成为优势菌。大型污水处理厂运行以前,凉桥河段沉积物呈酸性（pH³.2）,沉积物中的优势菌主要为嗜酸菌和耐酸菌;而大型污水处理厂运行以后,凉桥河段沉积物pH上升（⁴.6）,嗜酸菌不再是优势菌,耐酸菌Gallionella和Geothrix的丰度增加。上坝河段沉积物pH在大型污水处理厂运行以后也明显上升,上坝河段沉积物中耐酸菌Geobacter、Geothrix、Gallionella和Desulfosporosinus等的丰度也明显增加。横石河下游至汇入滃江后的河段,由于受AMD污染影响小,pH接近中性,该河段的微生物群落结构组成和未受污染的对照河流相似,检出的优势菌主要为Flavobacterium、Novosphingobium、Acinetobacter、Emticicia等常见于中性自然环境的菌属。CCA分析表明,pH、TS和TFe是影响横石河流域微生物群落结构最主要的环境因子。（3）AMD污染河流铁硫循环微生物多样性及其介导的铁硫循环过程:大宝山采矿区和横石河流域存在大量铁硫循环微生物,主要有细菌Acidiphilium、Acidithiobacillus、Acidocella、Leptospirillum、Acinetobacter、Aquabacterium、Acidovorax、Bacteroides、Thiomonas、Halothiobacillus、Citrobacter、Microbacterium、Gallionella、Geothrix、Geobacter、Anaeromyxobacter、Lactobacillus、Thiobacillus、Sphingomonas、Desulfosporosinus和Desulfobulbus,古菌Thermoplasma、Thermogymnomonas和Ferroplasma。PICRUSt基因预测表明横石河流域存在多种铁硫代谢相关基因,进一步证实了微生物在横石河流域铁硫循环中的重要性。横石河流域微生物介导的铁硫循环过程:（1）在铁氧化菌或硫氧化菌的作用下,尾矿中硫化矿物被氧化生成Fe³⁺和SO₄^2-,形成AMD。AMD从矿区进入下游横石河。（2）在铁氧化菌和铁还原菌及溶解氧的作用下,河水中Fe³⁺和Fe²⁺相互转化。Fe³⁺容易沉淀,生成含铁次生矿物。（3）受河水中高浓度溶解氧的影响,微生物作用下硫转化过程以硫氧化为主,河水中硫酸盐还原菌受到抑制,还原态硫可能主要来自沉积物中硫化氢的释放。（4）在铁氧化菌和铁还原菌的作用下,沉积物中Fe³⁺和Fe²⁺相互转化;横石河上游河水中Fe³⁺的大量沉淀导致沉积物中Fe³⁺含量相对较高。随着AMD污染程度沿河衰减,横石河中游及下游河段沉积物中铁还原菌生长活跃,沉积物中Fe²⁺含量增加。（5）在硫氧化菌和硫酸盐还原菌的作用下,沉积物中各形态硫之间相互转化。（4）AMD环境中微生物对铁硫酸盐次生矿物相转变的影响:当AMD环境中有机质充足时,微生物活动在铁硫酸盐次生矿物相转变的过程中起主导作用。大宝山矿区AMD污染河流中可促使施氏矿物和黄钾铁矾发生相转变的主要微生物类群为铁还原菌和硫酸盐还原菌,包括Geobacter,Desulfosporosinus,Geothrix,Desulfovibrio,Anaeromyxobacter和Desulfurispora。AMD环境中微生物促进铁硫酸盐次生矿物相转变的途径主要有:（1）铁还原菌以直接的、酶促作用还原铁硫酸盐次生矿物中的矿物相Fe³⁺,矿物溶解并释放Fe²⁺和SO₄^2-,从而发生相转变;（2）硫酸盐还原菌还原硫酸根产生硫化氢,硫化氢进而还原铁硫酸盐次生矿物中的Fe³⁺,从而促使矿物发生相转变。（3）当环境pH升高至5以上时,Fe²⁺容易吸附于矿物表面,在厌氧环境中,吸附于矿物表面的Fe²⁺可催化铁硫酸盐次生矿物向针铁矿转变。