酸性矿山废水长期灌溉稻田土壤中微生物群落结构时空变化特征及其响应机制
发布时间：2021-11-19 22:48
酸性矿山废水（Acid Mine Drainage,AMD）是一类具有高酸度,高重金属浓度及高硫酸根离子浓度特征的废水,通常在矿区开采时或废弃后,由裸露的尾矿在雨水或径流的冲刷下溶解氧化形成。这些AMD的大量排放给矿区周边地表水、沉积物、土壤和生态环境造成了严重污染。AMD中富含的重金属等污染物进入土壤后,直接威胁着周围农业生态系统生产力与农作物食品安全。在矿区生态系统中,微生物所驱动的各类地球化学过程决定了AMD中污染物(如SO42-、重金属离子等)在水体、沉积物和土壤中的迁移转化过程。尽管已有大量研究报道AMD污染显著影响土壤组分,降低土壤质量,但是在这其中微生物扮演了何种角色,如何适应AMD特征污染物、维系土壤基本功能的响应机制却缺乏清晰的结论。本研究立足于AMD长期灌溉对稻田土壤微生物生态的影响,选取广东省北部大宝山金属硫化物矿区为研究区域,以长期AMD灌溉的稻田土壤为研究对象。结合高通量测序技术和生物信息学分析方法从空间分布及时间序列两种维度上分析AMD灌溉稻田土壤微生物群落的结构组成和功能特征,系统研究了AMD灌溉稻田土壤对环境条...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
Lauber 等[77]研究发现 pH 是控制土壤微生物群落变化的一个关键的因素。目前，针对稻田土壤微生物群落结构变化的研究层出不穷，但鲜有研究涉足 AM灌溉稻田土壤，该研究环境极为特殊。本章节立足于 AMD 污染稻田土壤微生物群落结构多样性，以大宝山矿区横石河流域上游至下游长期受 AMD 污染的稻田土壤为对象进行了采样分析。研究选用了 Illumina Miseq 测序平台，测定选取的土壤样点中细菌、古菌和真菌群落结构分布特征及差异性，并分析了 AMD 灌溉对土壤微生物群落带来的功能性影响。2.1 材料与方法2.1.1 样品采集本研究选取横石河上游至下游 5 个稻田土壤作为采样点（凉桥 S1，水楼下 S2，上坝村 S3，瓮城 S4，滃江下游 S5），支流太平河沿岸稻田土壤作为无 AMD 长期灌溉对照样点（C1），取样时间为 2015 年 12 月，采样点布设见图 2-1。
图 2-2 测序分析流程图Fig 2-2 The analysis process of bioinformatics（1）测序结果质量控制本研究采用 Illumina MiSeq 平台双端（Paired-end）测序方法对对群落 DNA 进行测序。首先采用滑动窗口法对 FASTQ 格式的双端序列逐一作质量筛查，去除碱基质量过低或存在模糊碱基的序列（＜Q20），整合原始双端测序数据。随后，利用 FLASH 软件（v1.2.7，http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/）[82]对通过第一步质量初筛的双端序列根据重叠碱基进行配对连接。在每个序列的起始处都存在用于识别样片的一小段 Barcode 序列，根据这段碱基序列将连接后的序列识别分配入对应样本（要求 Index 序列完全匹配）后，获取每个样本的有效序列。在测序过程中，会产生一些需要被剔出去除的问题序列。例如，在 PCR 扩增的过程中产生的嵌合体序列（Chimera sequence），测序过程中由于碱基替换或插入删除等错误产生的问题序列。因此，为了确保测序分析结果的准确性，需要对质量初筛得到的有
【参考文献】：
期刊论文
[1]韶关工矿区水稻土和稻米中重金属污染状况及风险评价[J]. 郑堃,任宗玲,覃小泉,赵玉杰,朱镇强,连万里,李永涛. 农业环境科学学报. 2018(05)
[2]中国土壤微生物组:进展与展望[J]. 朱永官,沈仁芳,贺纪正,王艳芬,韩兴国,贾仲君. 中国科学院院刊. 2017(06)
[3]采矿活动对稻田土壤重金属累积与酶活性的影响[J]. 蒋颖,胡雪峰,舒颖,蒋逸骏,罗凡,薛勇,闫潇娟. 土壤通报. 2015(02)
[4]长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系[J]. 李晨华,张彩霞,唐立松,熊正琴,王保战,贾仲君,李彦. 微生物学报. 2014(03)
[5]铬、铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响[J]. 靳振江,黄海涛,刘杰,林华,张学洪. 生态环境学报. 2013(12)
[6]湘中某冶炼区农田土壤重金属污染及生态风险评价[J]. 甘国娟,刘伟,邱亚群,李科林,侯红波,彭佩钦,廖柏寒. 环境化学. 2013(01)
[7]上坝村井水中重金属的污染状况和分布特征分析[J]. 郑文晖,邹晓锦,周小勇,仇浩,李清飞,吴耀良,仇荣亮. 环境化学. 2010(02)
[8]酸性矿山废水的危害与防治对策研究[J]. 王磊,李泽琴,姜磊. 环境科学与管理. 2009(10)
[9]应用16S rRNA基因文库技术分析土壤细菌群落的多样性[J]. 刘玮琦,茆振川,杨宇红,谢丙炎. 微生物学报. 2008(10)
[10]广东大宝山矿山下游地区稻田土壤的重金属污染状况的分析与评价[J]. 许超,夏北成,秦建桥,何石媚,李海骞,林小方. 农业环境科学学报. 2007(S2)
博士论文
[1]肥料农药和重金属对紫色水稻土微生物特性的影响[D]. 张腊梅.西南大学 2007
本文编号：3506033
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
Lauber 等[77]研究发现 pH 是控制土壤微生物群落变化的一个关键的因素。目前，针对稻田土壤微生物群落结构变化的研究层出不穷，但鲜有研究涉足 AM灌溉稻田土壤，该研究环境极为特殊。本章节立足于 AMD 污染稻田土壤微生物群落结构多样性，以大宝山矿区横石河流域上游至下游长期受 AMD 污染的稻田土壤为对象进行了采样分析。研究选用了 Illumina Miseq 测序平台，测定选取的土壤样点中细菌、古菌和真菌群落结构分布特征及差异性，并分析了 AMD 灌溉对土壤微生物群落带来的功能性影响。2.1 材料与方法2.1.1 样品采集本研究选取横石河上游至下游 5 个稻田土壤作为采样点（凉桥 S1，水楼下 S2，上坝村 S3，瓮城 S4，滃江下游 S5），支流太平河沿岸稻田土壤作为无 AMD 长期灌溉对照样点（C1），取样时间为 2015 年 12 月，采样点布设见图 2-1。
图 2-2 测序分析流程图Fig 2-2 The analysis process of bioinformatics（1）测序结果质量控制本研究采用 Illumina MiSeq 平台双端（Paired-end）测序方法对对群落 DNA 进行测序。首先采用滑动窗口法对 FASTQ 格式的双端序列逐一作质量筛查，去除碱基质量过低或存在模糊碱基的序列（＜Q20），整合原始双端测序数据。随后，利用 FLASH 软件（v1.2.7，http://ccb.jhu.edu/software/FLASH/）[82]对通过第一步质量初筛的双端序列根据重叠碱基进行配对连接。在每个序列的起始处都存在用于识别样片的一小段 Barcode 序列，根据这段碱基序列将连接后的序列识别分配入对应样本（要求 Index 序列完全匹配）后，获取每个样本的有效序列。在测序过程中，会产生一些需要被剔出去除的问题序列。例如，在 PCR 扩增的过程中产生的嵌合体序列（Chimera sequence），测序过程中由于碱基替换或插入删除等错误产生的问题序列。因此，为了确保测序分析结果的准确性，需要对质量初筛得到的有
【参考文献】：
期刊论文
[1]韶关工矿区水稻土和稻米中重金属污染状况及风险评价[J]. 郑堃,任宗玲,覃小泉,赵玉杰,朱镇强,连万里,李永涛. 农业环境科学学报. 2018(05)
[2]中国土壤微生物组:进展与展望[J]. 朱永官,沈仁芳,贺纪正,王艳芬,韩兴国,贾仲君. 中国科学院院刊. 2017(06)
[3]采矿活动对稻田土壤重金属累积与酶活性的影响[J]. 蒋颖,胡雪峰,舒颖,蒋逸骏,罗凡,薛勇,闫潇娟. 土壤通报. 2015(02)
[4]长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系[J]. 李晨华,张彩霞,唐立松,熊正琴,王保战,贾仲君,李彦. 微生物学报. 2014(03)
[5]铬、铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响[J]. 靳振江,黄海涛,刘杰,林华,张学洪. 生态环境学报. 2013(12)
[6]湘中某冶炼区农田土壤重金属污染及生态风险评价[J]. 甘国娟,刘伟,邱亚群,李科林,侯红波,彭佩钦,廖柏寒. 环境化学. 2013(01)
[7]上坝村井水中重金属的污染状况和分布特征分析[J]. 郑文晖,邹晓锦,周小勇,仇浩,李清飞,吴耀良,仇荣亮. 环境化学. 2010(02)
[8]酸性矿山废水的危害与防治对策研究[J]. 王磊,李泽琴,姜磊. 环境科学与管理. 2009(10)
[9]应用16S rRNA基因文库技术分析土壤细菌群落的多样性[J]. 刘玮琦,茆振川,杨宇红,谢丙炎. 微生物学报. 2008(10)
[10]广东大宝山矿山下游地区稻田土壤的重金属污染状况的分析与评价[J]. 许超,夏北成,秦建桥,何石媚,李海骞,林小方. 农业环境科学学报. 2007(S2)
博士论文
[1]肥料农药和重金属对紫色水稻土微生物特性的影响[D]. 张腊梅.西南大学 2007
本文编号：3506033
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