阳泉矿区酸性矿水微生物群落特点及对下游水质影响分析

发布时间：2020-06-13 22:41

【摘要】：酸性矿水污染已经成为煤矿矿区面临的严重生态问题之一。山西省阳泉矿区由于数座小型煤矿的关停废弃,引发了酸性矿水的大量形成,对矿区周边区域的生态环境和人群健康形成严重威胁。为探究阳泉矿区酸性矿水微生物群落组成特点及酸性矿水渗入对山底河水质的影响,本论文以阳泉矿区及山底河流域为研究地点,分别于2017-2018年夏、冬、春季在矿区酸矿水渗出点(AMD1)和露天矿积水点(AMD2)采集水样,测量水样理化因子,并运用高通量测序技术分析各样本中微生物群落组成,应用群落组成柱形图及层级聚类分析研究微生物群落特点及季节变化,应用典范对应分析评估微生物种群变化与水体理化因子的联系。同时,对2017年夏季酸矿水渗入前后的山底河水采样,分析其水质指标、重金属浓度、水化学组成和细菌群落变化,获得的实验结果如下:(1)AMD1和AMD2水体细菌群落在三个季节均被检测到,而古菌群落只在AMD1夏季及AMD2夏季和春季样本被检测到。化能自养铁氧化菌是两个样点水体细菌群落中的优势类群,其中Acidithiobacillus和Gillionella是AMD1中夏季和春季的主要菌属,Ferrovum是AMD2中的冬季和春季主要菌属。铁还原菌仅是夏季细菌群落的优势成员,该类群中Acidiphilium为主要菌属。硫氧化菌、异养铁氧化/还原菌及普通异养菌为群落中的低丰度类群。古菌群落中除AMD1中发现的Thermoplasma为硫还原古菌外,其余均为异养古菌,铁氧化和硫氧化古菌未出现。(2)层级聚类分析显示酸矿水细菌群落组成随季节发生了显著的变化,夏季细菌群落和冬季的细菌群落组成差异尤为显著,典范对应分析显示水温对细菌群落差异分布的影响程度最高。综合主要优势菌属的表型分析,细菌群落季节差异可能与水体中细菌对温度的敏感性有关。(3)酸矿水渗入使山底河水水质明显下降,水体重金属Fe和Mn含量大幅上升,Fe含量达到612.6mg/l,Mn达37.4mg/l,水体总离子浓度上升约3.6倍,离子组成剧烈变化,主要离子成为了Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、Fe~(2+)和SO_4~(2-),同时水体原有的细菌群落结构被破坏,普通土壤细菌和淡水域浮游细菌消失,兼性厌氧菌及厌氧菌大量出现。以上结果表明阳泉矿区酸性矿水中铁氧化菌Acidithiobacillus、Gillionella和Ferrovum及铁还原菌Acidiphilium是微生物群落的主要优势菌属,在未来酸矿水治理过程中值得重点关注。酸矿水渗入对下游河水水质产生严重影响,导致水体中SO_4~(2-)和重金属含量显著升高,对山底河流域的农业生产和用水安全造成潜在威胁,需引起重视。
【图文】：

技术路线图,酸矿,微生物群落,小沟

初步分析酸矿水渗入对山底河水的污染程度和污染因子，为将来酸矿水源头及山底河污染河段的治理提供方向和科学依据。1.4 研究内容与技术路线课题的研究内容如下：（1）分别于 2017-2018 年夏、冬、春三个季节于矿区两个酸矿水污染源小沟酸矿水渗出点（AMD1）和小沟露天矿积水（AMD2）处采集水样，运用高通量测序技术分析各样本中微生物群落（细菌和古菌群落）的组成，结合水体理化因子分析微生物群落组成差异的成因。（2）通过现场勘查在山底河源头处、酸矿水渗入前及酸矿水渗入后设置三个样点即 S1、S2 和 S3，于 2017 年 7 月在各样点采集水样，全面分析水质常规指标、重金属浓度、水溶性无机阴阳离子浓度，结合水体微生物群落的变化情况对酸矿水渗入对山底河水的污染影响作出初步评价。

分布图,采样区,采样点,分布图

其铁氧化细菌的 Fe2+氧化能力是酸性矿山废水形成的关键影响因素，利用嗜酸微生物对低品位矿物中金属的提取技术即生物淋滤就是利用嗜酸微生物与矿物的作用而发展的生物技术[41]，因此微生物群落分析对于认识酸矿水污染过程和机理具有非常重要的意义[1, 14]。本章于阳泉矿区两处主要的酸矿水源头处采集水样，，通过高通量测序技术研究样点水体中细菌群落组成及在夏冬春三季的变化规律，重点关注细菌群落中的铁氧化菌种和硫氧化菌种，旨在掌握酸性矿水细菌群落的组成特征，为采取适宜的水污染防治措施提供科学依据。2.2 材料与方法2.2.1 采样点情况采样区域位于山西省阳泉市矿区小沟村附近（图 2.1），小沟酸矿水渗出点即样点 AMD1 位于小沟村红土岩煤矿酸矿水流出地表后的聚水池，红土岩煤矿于 196年左右开采，2000 年关停，目前矿井已废弃数十年，矿井内蓄满的酸性矿水流出地
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X752;X172

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