中條山銅尾礦庫(kù)壩面土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征.pdf

1、中條山銅基地是我國(guó)七大銅基地之一，位于山西省垣曲縣，是非煤地下開采礦山，銅儲(chǔ)量300多萬(wàn)噸，年采礦700萬(wàn)噸，選礦720萬(wàn)噸。采礦活動(dòng)造成環(huán)境破壞和土壤重金屬污染，重金屬通過食物鏈在動(dòng)植物和人體中積累，影響人身體健康。植物定殖可以吸收、轉(zhuǎn)移、揮發(fā)土壤中的重金屬。微生物是土壤生態(tài)環(huán)境中最重要、最活躍的部分，其參與地球生物化學(xué)循環(huán)、降低重金屬的毒害、改善土壤質(zhì)量、促進(jìn)植物健康生長(zhǎng)。在貧瘠脆弱的生態(tài)環(huán)境中，微生物可作為土壤恢復(fù)的敏感指標(biāo)，微生

2、物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性動(dòng)態(tài)，有助于了解礦區(qū)土壤的生態(tài)恢復(fù)狀況。本文以細(xì)菌16S rDNA V3區(qū)和真菌ITS1區(qū)高通量測(cè)序的結(jié)果，分析了3個(gè)恢復(fù)時(shí)間段的銅尾礦庫(kù)壩面土壤微生物群落結(jié)構(gòu);并通過變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析了6個(gè)恢復(fù)梯度壩面土壤細(xì)菌群落多樣性變化的時(shí)空動(dòng)態(tài)，進(jìn)一步分析了尾礦庫(kù)壩面土壤恢復(fù)過程中，微生物群落的結(jié)構(gòu)特征及構(gòu)建機(jī)制。得出以下結(jié)論:
　　1)尾礦庫(kù)壩面土壤環(huán)境因子動(dòng)態(tài)特征
　　研究區(qū)壩面重金屬Cu、Pb

3、、Cd和As超標(biāo)，Cr、Ni和Zn均不超標(biāo)。土壤pH隨恢復(fù)時(shí)間差異顯著，恢復(fù)30年、15年和1年樣地高于45年、40年和5年樣地。在不同季節(jié)，土壤pH在4月份高于7月、9月和11月。土壤養(yǎng)分含量沿恢復(fù)時(shí)間變化明顯。土壤TC和TN從45年和40年樣地到30年和15年，呈降低趨勢(shì)。9月和11月的養(yǎng)分(TC和TN)高于7月和4月。TS在9月和11月含量最高。
　　2)尾礦壩植物群落多樣性變化動(dòng)態(tài)
　　野外調(diào)查分析植物群落多樣性的變

4、化。植物Shannon指數(shù)隨恢復(fù)時(shí)間變化明顯，45年和40年樣地顯著高于30年、15年和5年樣地。Pielou指數(shù)在不同樣地間差異不顯著。植物Shannon指數(shù)與Simpson指數(shù)在不同季度間變化不明顯。
　　3)尾礦壩土壤質(zhì)量變化情況
　　土壤質(zhì)量（土壤酶活性和土壤呼吸）與土壤養(yǎng)分含量變化趨勢(shì)一致，隨不同恢復(fù)時(shí)間形成演替變化。土壤脲酶和蔗糖酶活性在9月和11月較高，過氧化氫酶活性在11月最低。土壤呼吸在45年、40年和5年

5、樣地9月最弱，但在30和15年樣地4月最弱。土壤質(zhì)量主要受到養(yǎng)分含量、植物群落多樣性和微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。重金屬(Mn和Pb等)含量抑制土壤的恢復(fù)，但對(duì)其作用較小。
　　4)尾礦壩微生物群落結(jié)構(gòu)特征及影響因素
　　采用Illumina MiSeq平臺(tái)對(duì)尾礦壩45、15和1年樣地進(jìn)行高通量測(cè)序，尾礦壩不同梯度的土壤細(xì)菌優(yōu)勢(shì)門有變形菌門、放線菌門和厚壁菌門等。土壤真菌優(yōu)勢(shì)門有子囊菌門、接合菌門和擔(dān)子菌門。非度量多維測(cè)度(NMD

6、S)和mantel test分析結(jié)果表明土壤理化性質(zhì)、重金屬含量、植物群落多樣性和土壤質(zhì)量影響細(xì)菌和真菌群落結(jié)構(gòu)變化，且土壤細(xì)菌與真菌相互作用顯著。其中，變形菌門的鞘脂單胞菌科（Sphingomonadaceae）對(duì)重金屬有一定的耐受性，可以指示重金屬的污染程度。
　　5)尾礦壩細(xì)菌群落多樣性時(shí)空動(dòng)態(tài)
　　通過變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析尾礦壩6個(gè)梯度，4個(gè)季節(jié)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的多樣性變化。尾礦壩細(xì)菌群落Shannon指數(shù)和

7、Richness指數(shù)與土壤恢復(fù)年限關(guān)系顯著，與土壤養(yǎng)分含量和土壤質(zhì)量變化趨勢(shì)一致，但是Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)隨恢復(fù)時(shí)間變化不明顯。在45年、30年和15年樣地中，7月細(xì)菌群落多樣性（Shannon指數(shù)和Richness指數(shù)）顯著高于11月。
　　RDA分析結(jié)果表明，細(xì)菌群落多樣性（Shannon指數(shù)和Richness指數(shù)）主要受到土壤養(yǎng)分含量（TC和TN）變化的影響。結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)結(jié)果表明在7月、11月和4月