云南个旧黄茅山尾矿区不同复垦模式下微生物区系响应及其联合修复

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云南被誉为“有色金属王国”。然而,开采和冶炼过程导致的土壤重金属污染也是一个亟需解决的环境问题。利用“适地”性强的矿区植物在矿区废弃地进行复垦,形成的地被物在有效阻控重金属污染物扩散的同时,还可以利用植物和根际微生物的联合作用对大面积矿区废弃地土壤进行植物修复,是一种经济而又有效的治理措施。基于此,我们以云南个旧黄茅山大型尾矿库内两种优势的木本植物形成的三个群落:即滇杨单优群落、马桑单优群落以及二者混合生长的混交群落为研究对象,对比研究不同复垦模式下土壤微生物区系对两种植物定殖的响应及其联合修复效应。论文主要研究结果如下:(1)所研究样地土壤重金属污染严重,总Pb的含量范围为2833.83~2978.35 mg/kg,总Zn的含量范围为586.72~785.85 mg/kg,总Cd的含量范围为51.91~103.30 mg/kg,其含量远超国家土壤环境质量的三级标准。植被复垦能有效降低土壤重金属的含量。和裸地相比,混交林根际土壤总Zn、Cd和可溶性Zn、Cd的含量最低,单优马桑群落总Pb的含量最低。(2)植被复垦显著提高土壤质量,特别是马桑以及其和滇杨形成的混交林效果尤为显著。单优马桑和混交林能显著提高土壤中有机质、全氮、全钾、速效氮、速效磷、速效钾的含量。植被复垦还能提高土壤中酶和球囊霉素相关土壤蛋白的含量。和裸地相比,单优马桑显著提高β-葡萄糖苷酶、脲酶、脱氢酶和蔗糖酶活性;单优滇杨显著提高β-葡萄糖苷酶、脲酶、碱性蛋白酶和碱性磷酸酶活性;混交林显著提高ββ-葡萄糖苷酶、脲酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶和碱性磷酸酶活性;混交林和单优滇杨均显著提高土壤总球囊霉素和易提取球囊霉素的含量。(3)从植物修复的角度来看,两种矿区优势植物表现出不同的修复潜力。根系是两种植物Pb积累的最主要部位,特别是单优马桑群落显示出较为优良的铅植物固定修复能力。有意思的是,混交林则显著降低了马桑的Pb根系固定而增加了滇杨叶片Pb的植物提取。而滇杨根、枝、叶则对Zn和Cd表现出优异的植物提取修复的能力,其富集系数和转移系数均大于1。(4)和裸地相比,植物复垦能提高根际土中微生物总PLFAs的含量,其中单优滇杨群落显著提高细菌PLFAs的含量,而混交林则显著提高真菌和革兰氏阳性菌PLFAs的含量。二代测序结果显示,相比于次生裸地土壤,不同复垦模式植被显著增加其根际土壤定殖细菌的Chao1、ACE和Shannon指数,同时增加其根际土壤定殖真菌的Chao1和ACE指数。在群落组成上,各样地最为优势的真菌和细菌类群并不相同,尤其是各土壤样品的真菌群落。土壤理化性质的改良是驱动微生物区系变化的主要因子,总氮、总钾、速效钾和有机质的是决定细菌群落分布的主要因子,总磷、速效磷、可溶性Cd和可溶性Pb是决定真菌群落分布的主要因子,可溶性重金属对细菌、真菌群落分布的影响均比总重金属大。本研究结果表明,云南个旧黄茅山尾矿区两种优势木本植物复垦,不仅改良了尾矿区土壤理化性质,而且促进根际土壤微生物区系的演替。而这两种优势木本植物本身其根系对Pb显示出较强的植物固定修复能力,而滇杨对Zn、Cd污染有较好的植物提取修复的效应。特别是滇杨和马桑形成的混交林在微生物区系演替和土壤改良方面效果最为显著。
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