铜尾矿区白羊草叶际和根际微生物群落特征研究

发布时间：2020-09-22 14:25

　　植物-微生物联合修复技术作为工矿区土壤污染修复的重要手段,已成为恢复生态学领域的研究重点内容之一。叶际和根际微生物是植物微生物类群的两个重要组成部分,既影响植物生理生态特征,也影响土壤理化性质。因此,探究矿区恢复植被各微生物群落特征对矿区生态修复具有重要的科学意义和指导作用。本研究选取山西省垣曲县北方铜业铜矿峪矿十八河尾矿坝作为试验地,以尾矿坝白羊草叶际和根际微生物为研究对象,分析在植物-微生物联合修复过程中不同恢复年限下土壤理化性质的动态特征,基于叶际和根际微生物16SrDNAV4-V5、ITS I和ITS II可变区的高通量测序,采用相关性分析、Mantel检验、RDA分析和共线性网络图等统计方法,探讨铜尾矿区白羊草叶际和根际微生物群落结构组成和多样性,揭示不同时期影响白羊草微生物群落特征的主要生态因子,为提高工矿区植物-微生物修复效率提供理论依据。本研究主要得出以下结果:1.铜尾矿坝不同恢复年限下土壤理化性质和酶活性的动态特征(1)随尾矿坝恢复年限的增加,土壤中铜含量逐渐累积,砷和镉含量先增加后下降,恢复后期逐渐达到稳定水平,而土壤中锌含量随恢复年限无显著差异。(2)过氧化氢酶与碳氮比(C/N)呈极显著负相关,脲酶与土壤含水量和总氮含量分别呈极显著正相关和显著正相关。2.不同季节白羊草根际土壤微生物群落结构特征(1)白羊草根际土壤除C/N、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)外,其它土壤理化因子均表现出显著的季节差异。(2)不同季节白羊草根际微生物群落结构中,细菌和真菌群落的优势门分别为变形菌门(Proteobacteria)和子囊菌门(Ascomycota)。白羊草根际细菌和真菌最多OTU数量分别出现在夏季和春季,而最低数量均出现在秋季。(3)不同季节影响白羊草根际土壤细菌和真菌的生态因子存在差异。其中在春季和冬季中,NH_4~+-N、NO_3~--N和过氧化氢酶活性均作为细菌和真菌群落的主要影响因子,而在秋季中,共同的影响因子为总硫含量、土壤含水量、土壤温度和脲酶活性。3.不同生长阶段白羊草叶际微生物群落结构特征(1)白羊草三个生长阶段的叶际微生物群落组成中,细菌和真菌群落的优势门分别为变形菌门和子囊菌门。(2)白羊草成熟期和分蘖期中,细菌和真菌群落中OTU数量最高。(3)叶际微生物与叶片生理指标间的相关性分析表明,在细菌群落中,成熟期总氮和总硫含量分别与蓝藻细菌门(Cyanobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)呈极显著正相关。而在真菌群落中,分蘖期总碳与接合菌门(Zygomycota)为极显著正相关。(4)白羊草叶际细菌和真菌群落中,幼苗期和成熟期的主要影响因子分别是总硫含量和C/N。主要结论:(1)随着恢复年限增加,铜尾矿区土壤养分含量提高。(2)在夏季中,白羊草根际微生物群落多样性最高。(3)在白羊草生长的成熟期和分蘖期,白羊草叶际微生物(细菌和真菌)群落多样性最高。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S154.3;X171.4
【部分图文】：

时间序列,子坝,尾矿,全景图

浮悬剂硫化钠、碱石灰以及其它有机试剂在浮选过程中的使用，使得尾矿中有机化合物、硫化物含量过高且呈现碱性。选矿产生的废弃物以矿砂的形式逐年堆积于十八河尾矿坝，每 3~5 年在原子坝基础上堆积形成一个新的子坝，并在矿砂表层覆盖 30 cm 厚客土，尾矿坝初期坝底标高 486 m，坝顶标高 509 m，现已堆筑14 道子坝，堆积高度 84 m，总坡比 1:6。该区域属大陆性季风气候，四季分明，春季干旱多风，夏季雨量集中，冬季少雪干燥。年均降雨量为 780 mm，年均气温 14℃，无霜期大于 200 d。2.1.2 研究方法2.1.2.1 土壤样品采集2015 年 7 月，采用空间代替时间序列的方法，在恢复年限分别为 2，7，15，19，23，27，31，35，47 年的 9 个不同子坝范围内设置样地（图 2.1，表 2.1），以子坝外围没有自然植被生长的裸地土壤为对照。每个样地内以 S 型曲线在无植被覆盖区域进行五点取样，带回实验室，供室内分析测定土壤理化性质。

子坝,年限,土壤理化性质

随着恢复年限的增加，土壤中的TC、TN、TS含量总体呈现上升取趋势（图2.2），516（46a）土壤中的TC、TN、TS含量均高于CK。其中，516子坝的TC、TN和TS含量均高于其他各个子坝（图2.2a, b, c），表明随着子坝恢复年限的增加，可以逐渐提高土壤的养分含量。不同恢复年限的各个子坝土壤C/N之间没有显著差异，但均显著高于CK（图2.2d）。而土壤pH在不同子坝中变化不明显，531（23 a）和550（8 a）的土壤pH显著高于525（31 a）子坝（图2.2e）。除对照土壤外，其他各子坝之间土壤含水量的差异不显著（图2.2f）。540（15 a）子坝的土壤粒径显著高于其他各个子坝（图2.2g）。图 2.2 不同恢复年限子坝土壤理化性质的变化Figure 2.2 Soil physical and chemical properties

年限,重金属含量,子坝

2.2.1.2 土壤重金属含量的变化土壤中As和Cd的含量随着恢复年限的增加呈现先增加后降低的趋势，其中，560（4 a）显著低于536（19 a）子坝土壤As含量（图2.3a）。类似地，除550子坝以外，560（4 a）子坝的土壤Cd含量显著低于其他各子坝土壤Cd含量（图2.3b）。垣曲属大陆性季风气候，四季分明，春季干旱多风，会将恢复初期子坝上的部分矿砂吹散至中间层各级子坝导致As和Cd较高。不同子坝中Cu的含量均高于CK，516子坝土壤中Cu含量达到最大（553.53 mg·L-1），且显著高于其他各个子坝（图2.3c）。Pb的含量在560（4 a）中最低，随着恢复时间的增加Pb的含量也增加，其值逐渐接近CK中Pb的含量

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