土壤受重金属污染已成为目前较为严重的生态环境问题之一,微生物是土壤系统的重要组成部分,对环境变化反应灵敏。土壤受到重金属污染后,将直接影响微生物代谢,进而影响其参与的土壤有机碳循环过程。然而,关于重金属污染区土壤有机碳积累异常与土壤微生物群落之间的关系尚不清晰。以广西思的村铅锌尾矿砂坝坍塌后尾矿砂倾泻污染区的水稻田、玉米地、柑橘园土壤为研究对象,并取毗邻未受到铅锌尾矿砂直接污染的土壤作为对照,测定土壤重金属含量、理化性质和土壤有机碳矿化速率,运用实时荧光定量PCR和16S r RNA高通量测序技术对微生物群落丰度和细菌群落结构进行测定,采用稳定同位素探针技术获得碳降解细菌群落信息,以期为解决受污染生态环境重建提供理论依据。研究取得主要结果如下:(1)重金属全量铅、锌、铜,重金属有效态铅、锌、铜、镉以及总的重金属含量在不同土地利用类型中的变化趋势:水稻田>玉米地>柑橘园>对照组。而重金属全量镉的变化趋势:柑橘园>水稻田>玉米地>对照组。运用地累积指数法和潜在生态危害指数法建立重金属污染评价体系,4种重金属元素污染风险程度排序为:Cd>Pb>Zn>Cu,水稻田、玉米地和柑橘园综合污染潜在生态风险均以达到很强级别,说明该地区农田重金属污染严重,土壤质量恶化,已不适合开展各项农业活动。(2)对不同土地利用类型中土壤细菌和真菌丰度研究发现,水稻田土壤中细菌和真菌丰度均高于其他样地,且土壤有机碳含量与细菌丰度具有显著正相关性。对照、玉米地、柑橘园和水稻田土壤中变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)占绝对优势,相对丰度之和分别为:85.45%、74.72%、78.96%、76.53%,但不同土地类型中细菌群落结构存在一定差异。对照、柑橘园、玉米地旱地土壤中,随重金属污染加重,变形菌门、放线菌门(Actinobacteria)相对丰度上升,酸杆菌门相对丰度下降,而水稻田土壤却并未与之发生同步变化。16S r RNA基因测序还检出少量古菌群落,主要包括由广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、Marine Hydrothermal Vent Group(MHVG)等。PLS-PM分析显示重金属污染既可以通过直接作用影响微生物和有机碳库,也可通过改变其他因素的方法间接影响微生物群落和有机碳库,有机碳也可直接作用于微生物群落。(3)以旱地土壤(柑橘园)和水稻田土壤为实验对象,运用稳定同位素探针技术与分子生物学方法结合,探究污染区不同土壤环境中参与葡萄糖降解的细菌类群。结果显示,试验设计的底物浓度和培养时间更适合旱地土壤,密度梯度离心后可获得目标13C-DNA;本研究中旱田土壤中获得葡萄糖底物利用的主要细菌类群:放线菌门以及变形菌门中的假单胞菌属(Pseudomonas)、埃希氏杆菌属(Escherichia-Shigella)、鞘脂单胞菌属菌、甲基杆菌属(Methylobacterium)以及伯克氏菌属(Burkholderia)等。(4)土壤有机碳矿化试验结果显示,与对照组相比,玉米地、柑橘园和水稻田微生物生物量碳低,但颗粒态有机碳较高,同时随着重金属污染程度增加,土壤微生物熵降低,代谢熵增加,微生物对有机碳的利用效率降低了,土壤颗粒态有机碳出现积累现象。结合因子分析和回归分析方法发现供试土壤有机碳矿化速率、土壤基础呼吸强度、微生物熵、代谢熵主要受重金属污染影响,而土壤微生物生物量碳受重金属污染以及自身理化性质共同作用的影响。