鉛鋅尾礦污染土壤有機碳異常下的微生物群落特征解析.pdf

1、土壤重金屬污染對微生物群落產(chǎn)生毒害作用，進而抑制土壤有機碳礦化過程。然而，遭受重金屬污染的巖溶區(qū)不同土地利用方式間土壤有機碳積累異常與土壤關(guān)鍵功能微生物群落特征的耦合關(guān)系尚不清晰。以鉛鋅尾礦砂污染區(qū)農(nóng)田土壤（水稻田、玉米地、柑橘園）為研究對象，取毗鄰非污染區(qū)土壤作為對照，對不同土地利用方式土壤理化性質(zhì)和土壤重金屬含量進行測試；對土壤微生物群落豐度、碳源代謝能力進行測試；運用PCR-DGGE切膠測序和16S rRNA高通量測序分別對真菌群

2、落功能多樣性和細菌群落結(jié)構(gòu)多樣性進行探究。
　　運用SPSS軟件對重金屬鉛鋅全量和有效態(tài)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1986年來，土壤中重金屬鉛、鋅含量隨時間變化而逐漸增加，而有效態(tài)鉛、鋅含量在其全量中所占比例亦不斷攀升；重金屬鉛、鋅、銅、鎘全量及其有效態(tài)在水稻田和旱田（玉米地和柑橘園）中含量差異性顯著，總的重金屬含量在不同土地利用方式中排序為：水稻田>玉米地>柑橘園>對照組。表明該地區(qū)農(nóng)田中重金屬污染狀況正在惡化，已不適合種植農(nóng)作物；重金屬

3、在不同土地利用方式間分布狀況呈規(guī)律性，土地利用方式是驅(qū)動重金屬空間分布差異的主要因素之一。
　　對不同土地利用方式有機碳含量進行分析，研究發(fā)現(xiàn)，旱地有機碳含量低于對照組，水稻田中有機碳含量顯著高于旱地（玉米地、柑橘園）和對照組。應(yīng)用BIOLOG技術(shù)探究微生物對碳源代謝情況，相比于旱田，水稻田中微生物群落對單一碳源的利用能力受抑制程度更強。重金屬污染農(nóng)田與對照組碳源底物的利用情況存在差異，主要體現(xiàn)在對胺類和酯類碳源的利用上。水稻田中

4、豐富度指數(shù)U、多樣性指數(shù)H、優(yōu)勢度指數(shù)D和豐富度指數(shù)S均顯著低于對照組，均一性指數(shù)E高于旱地和對照組。結(jié)合熒光定量PCR技術(shù)對土壤中細菌、放線菌和真菌豐度分析發(fā)現(xiàn)，水稻田土壤中細菌和放線菌豐度均高于旱田，而真菌豐度低于旱田。結(jié)合RDA分析發(fā)現(xiàn)土壤有機碳含量與細菌和放線菌豐度具有顯著相關(guān)性，而真菌豐度與土壤有機碳含量不成比例關(guān)系。可知高濃度的重金屬長期脅迫抑制了微生物碳循環(huán)過程，降低了真菌群落豐度，導(dǎo)致有機碳在水稻田中異常積累。推測水稻田

5、中缺失的部分真菌可能是參與碳循環(huán)的功能微生物；而污染區(qū)域土壤細菌豐度的升高是由于一部分細菌產(chǎn)生了重金屬耐受性。
　　變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）結(jié)合基因測序技術(shù)對耐受性真菌群落功能多樣性進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)重金屬污染對真菌群落功能多樣性產(chǎn)生影響，對照組中檢出的多孔菌目和雞油菌目菌群可參與降解有機物、胺類化合物，該類菌群在污染區(qū)域中未檢出，初步推斷該微生物菌群的缺失是導(dǎo)致水稻田有機碳積累的原因之一，可能是參與碳循環(huán)的功能微生物

6、之一。而重金屬污染區(qū)域檢出屬于肉座菌目、格孢腔菌目和散囊菌目的多種致病真菌，表明重金屬污染導(dǎo)致農(nóng)田土壤質(zhì)量下降。
　　對16S rRNA基因進行高通量測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著重金屬含量的增加細菌種群豐富度顯著下降，變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi），硝化螺旋菌門（Nitrospirae）種群豐度不斷升高，而酸桿菌門（Acidobacteria）豐度逐漸降低。表明原有的優(yōu)勢種逐漸被具有重金屬耐受性

7、的菌群所替代。結(jié)合 RDA發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致細菌群落多樣性的改變的影響因子為重金屬Zn、Pb、Cu和Cd含量和土壤 pH。表明重金屬污染及其引起的土壤酸化是細菌群落結(jié)構(gòu)多樣性改變的主導(dǎo)因素。
　　綜上可知，鉛鋅尾礦污染在研究區(qū)有加劇趨勢，抑制了土壤微生物群落碳源代謝過程，其中水稻田受抑制程度最高，使得水稻田有機碳異常積累；綜合微生物豐度和多樣性結(jié)果可知，真菌群落內(nèi)存在參與碳循環(huán)的關(guān)鍵功能微生物；細菌群落多樣性在重金屬作用下發(fā)生異變，多數(shù)細