銅尾礦廢棄地生態(tài)恢復過程中參與鐵硫氧化和氮轉(zhuǎn)化的功能微生物研究.pdf

1、礦業(yè)尾礦及其相關(guān)污染物通過風層分散以及水力侵蝕向外擴散，使它成為造成周圍環(huán)境土壤、水體和大氣污染的重要污染源。植物重建是現(xiàn)今礦業(yè)廢棄地修復的主要方式，然而尾礦的鐵硫氧化過程導致的尾礦酸化以及尾礦自身營養(yǎng)元素匱乏在很長一段時間內(nèi)限制了尾礦中植物的定植和補充，使得植被修復非常困難。眾所周知鐵硫氧化菌的存在會加速硫化物礦物的氧化過程，同時微生物氮轉(zhuǎn)化過程也會影響重金屬尾礦生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。因此生態(tài)修復過程能否控制重金屬尾礦的鐵硫氧化過程和其對氮

2、轉(zhuǎn)化的影響是亟待闡明的。本研究以銅陵市水木沖銅尾礦庫為研究對象，主要通過分析其中的微生物組成和功能微生物，探討重金屬尾礦鐵硫氧化和氮轉(zhuǎn)化以及植物修復對該過程的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴使用添加葡萄糖的方式刺激尾礦中大多數(shù)微生物的活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加8 mg C/g葡萄糖并沒有顯著刺激pH7.5的尾礦中微生物的活性，分別增加了pH5.5和pH3尾礦中微生物的活性。在未添加硝酸銨的情況下，葡萄糖添加后pH5.5和pH3尾礦中CO

3、2排放量增加了3.4倍和2.8倍;在同時添加8 mg C/g葡萄糖和1 mg N/g硝酸銨的情況下，pH5.5和pH3尾礦中CO2排放量增加了9.1倍和39.1倍。在pH7.5的尾礦中，葡萄糖的添加增加了優(yōu)勢屬（相對豐度＞1％）、次優(yōu)勢屬（相對豐度位于0.1％-1％）和非優(yōu)勢屬（相對豐度＜0.1％）的相對豐度，這些微生物隸屬于變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和浮霉菌門等。然而隨著尾礦酸化的加劇，活性微生物主要屬于優(yōu)勢和次

4、優(yōu)勢的類群且僅隸屬于變形菌和放線菌。⑵分析尾礦上優(yōu)勢植物群落的構(gòu)建對尾礦的硫化物礦物氧化、細菌群落結(jié)構(gòu)和氮轉(zhuǎn)化功能的影響。結(jié)果表明植被構(gòu)建主要影響表層0-20 cm的尾礦。與裸地尾礦相比，植被構(gòu)建減緩了表層尾礦pH的降低，具有更低的游離氧化鐵含量和硫酸根含量;同時能夠降低了關(guān)鍵鐵硫氧化細菌的數(shù)量。另一方面，優(yōu)勢植被的構(gòu)建改變了表層尾礦的細菌群落結(jié)構(gòu)，其中alpha-、delta-變形菌門、酸桿菌門、厚壁菌門和硝化螺旋菌門的相對數(shù)量出現(xiàn)顯

5、著的差異。同時植被構(gòu)建通過改變nifH基因多樣性，提高nifH基因的轉(zhuǎn)錄增加表層尾礦的固氮速率和氮含量。此外，研究發(fā)現(xiàn)受試區(qū)域的白茅是幾種植物中能夠最有效地減少鐵硫氧化微生物的數(shù)量以及提高根際固氮基因轉(zhuǎn)錄的物種，從而被認為可以作為先鋒物種的種植用來抑制硫化物礦物的氧化以及促進固氮微生物的表達。⑶通過比較兩種用于生態(tài)修復的植被重建措施（直接植被重建和自然覆土）下尾礦剖面中的生化特性，研究自然覆土對土壤生物地球化學功能的影響。尾礦覆土區(qū)域覆

6、土層約40 cm厚，人工覆土時間長達10年。人工覆土層具有比直接植被種植更高的總氮、總有機碳和含水量和較低的重金屬(Fe、Cu和Zn)含量。另外，在覆土區(qū)域10-40 cm處的細菌多樣性增加，細菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變。人工覆土措施是主要影響尾礦中細菌群落的主要因素，其解釋了細菌群落最大的變異(29.96％)。與直接植被重建相比，人工覆土策略顯示了較高的酸桿菌門和delta-變形菌門的相對豐度和較低的擬桿菌門、芽單胞菌門、beta-和Ga