铜陵铜尾矿废弃地中参与金属硫化物氧化的微生物主要类群与分布

【摘要】尾矿废弃地是矿业生产活动产生的大量矿业废弃物形成的土地,含有大量的金属硫化物。酸性矿业废水是含硫化物的矿石在表生条件下与水圈、大气圈、微生物相互作用产生的,它们是矿山环境污染的重要来源。尽管尾矿废弃地中含高浓度硫酸盐和有毒金属离子,环境极端,但是仍然有很多微生物存在于这一环境中,并在矿石的亚表层形成化能自养的生物圈。通过对尾矿废弃地及酸性废水的微生物群落的结构和分布进行研究,能够了解尾矿的酸化过程的影响因子。因此,研究金属硫化物氧化微生物具有十分重要的意义。本研究以铜陵不同尾矿废弃地附近的酸性废水以及铜尾矿废弃地上不同的植被下、不同深度的尾矿为对象,利用16SrDNA、PCR、荧光定量PCR等方法,探讨尾矿废弃地中金属硫化物氧化微生物的多样性组成与分布及其与植被、修复阶段、尾矿深度的关系。研究结果表明：(1)系统发育分析结果表明,酸性废水中细菌组成包括变形菌门(Proteobacteria),栖热-异常球菌门(Deinococcus-Thermus),硝化螺旋菌门(Nitrospira),厚壁菌门(Firmicutes),放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),绿弯菌门(Chloroflexi);古菌主要是由热原体目(Thermoplasmatales)的铁原体属(Ferroplasma),热原体属(Thermoplasma)以及Thermogymnomonas组成。根据细菌和古菌的结构组成进行UPGMA分析,结果表明样品按照相似度可以分为三类：一类是来自水木冲的样品D和杨山冲的样品Ⅰ,其细菌主要由Acidithiobacillus和Leptospirillum组成；一类是来自铜官山的样品C和来自杨山冲的E,F,G和H,其细菌主要是由Thermomonas和Meiothermus组成；还有一类是来自金口岭的样品A,其细菌的结构组成最丰富,由铁硫氧化相关的Acidithiobacillus,Leptospirillum,Sulfuricella,Thiobacillus以及异养细菌Herminiimonas,Polaromonas,Legionella等构成。(2)由于酸性废水的pH值很低,H+含量很丰富,有利于金属离子的溶解。样品中金属离子如Ca2+,Fe3+,Mg2+和A13+的含量非常高,SO42-的浓度也很高,同时,具有相对较高的电导率。不同的样品由于其酸性废水周围尾矿母质的不同,其金属离子的含量差异很大。对微生物的群落结构以及理化性质进行CCA分析,结果表明,Acidithiobacillus的分布与pH,SO42-和EC值相关；Leptospirillum的分布与Fe3+和Cu2+的浓度显著相关；样品多样性指数与重金属的含量有密切关系；Thermomonas和Meiothermus的分布与理化因子无直接关系,可能是多种因素综合作用的结果。(3)采用最大或然数法(MPN)对尾矿不同修复时期的不同植被下不同深度的尾矿中的铁、硫氧化微生物进行计数,结果表明由于硫氧化菌的好氧性,随着尾矿深度的增加,硫氧化菌的数量逐渐减少；由于硫氧化菌喜好酸性环境,在尾矿的酸化板结层细菌的分布出现极大的反差；从尾矿修复的不同时期看,覆土尾矿下的硫氧化菌含量要高于其他修复阶段尾矿,土壤要比尾矿更适合硫氧化菌的生长；从不同的植物看,拥有大型根系的盐肤木和竹子,它们的硫氧化菌含量要普遍高于其他生物。可以猜测,硫氧化菌在尾矿中生长依赖于氧气,尾矿酸化程度以及植物根系的发达程度也有一定的关系。(4)采用荧光定量PCR的方法对尾矿不同修复时期白茅群落下嗜酸氧化亚铁硫杆菌进行定量研究,研究表明早期白茅群落下该细菌的含量低于近期白茅,尾矿酸化程度降低,白茅能有效控制尾矿的进一步酸化；由于土壤的基质更适合细菌的生长,覆土白茅群落下嗜酸氧化亚铁硫杆菌含量远高于修复早期和近期尾矿,而尾矿中该细菌的含量远低于修复早期和近期的尾矿。(5)对尾矿修复近期四种不同的植物下根际与非根际尾矿中嗜酸氧化亚铁硫杆菌进行定量研究,结果表明人工种植的白茅和香根草群落下根际与非根际中的细菌含量均少于自然定植的狗牙根和芒,这表明白茅和香根草能有效的控制嗜酸氧化亚铁硫杆菌对尾矿的酸化作用；然而自然定植的芒和狗牙根能够在酸化程度高的尾矿上生长,且根际与非根际的尾矿中该细菌的含量差异很大,狗牙根的非根际尾矿中细菌含量远高于根际尾矿,它能将细菌拒之门外,而芒的根际细菌的含量远高于非根际尾矿,在根际对细菌进行富集,植物根际对微生物分布的作用有待于进一步研究。
【作者】杨扬；
【导师】谢永宏；孙庆业；
【作者基本信息】安徽大学，生态学，2014，硕士
【关键词】酸性废水；铜尾矿废弃地；尾矿酸化；细菌分布；多样性；

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