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不同矿山废水库中微生物群落的季节变化

鲁艳春  
【摘要】:酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)通常由黄铁矿的氧化而形成,具有强酸性和高金属浓度的特点。嗜酸菌在AMD形成过程中发挥着至关重要的催化作用。然而,当前研究很少关注不同酸性的高金属浓度矿山废水中微生物群落的季节演变规律。因此我们分别于2015年10月和2016年5月、7月、11月、12月在安徽某铁矿采集了矿山废水,系统测定了样品的环境参数,基于高通量测序技术,研究了不同矿山废水中的微生物群落结构,分析了微生物群落的季节演变规律,探讨了环境因子与微生物群落之间的关系,从而为矿山酸性废水环境的生物修复提供可靠的理论依据。具体研究结果如下:1)在pH为7.55的东山采场(DS)中性废水库中,金属Ca和Mg含量最高,分别为650.10 mg/L和594.90 mg/L,SO42-含量达4162.99mg/L。废水库中的原核生物均为细菌,Betaproteobacteria、Actinobacteria、Alphaproteobacteria等门类在水体中占据主导地位,Curvibacter和Rhodobacter等为优势菌属。2)2016年四个季度的排土场酸水库(PT)样品分析表明,水库的pH全年在3.01~3.16波动,SO42-含量高达5929.99~11422.50 mg/L,金属元素Mg(668.10~1043.40 mg/L)和Al(294.03~636.30 mg/L)含量最高,而Fe(4.73~29.91mg/L)含量较低。水体中大部分阴阳离子在春季达到全年最高值,而在夏季达到全年最低值。Betaproteobacteria和Alphaproteobacteria是水体中的优势门类,Ferrovum和Acidiphilium则是体系中的优势菌属,且Ferrovum在春季、夏季、秋季的分布呈现递减趋势,在冬季达到四季中的最高值,Acidiphilium在春季和秋季大量分布,夏季和冬季分布较少。3)塌方酸水库(TF)的pH值全年在2.43~2.75,明显低于PT酸水库,SO42-含量(4015.10~7199.18 mg/L)大约是PT水库的二分之一,且秋季和冬季的含量高于春季和夏季。与PT水库类似,水体中Mg(192.63~257.25 mg/L)、Al(125.28~214.80 mg/L)大量存在,但含量低于PT水库很多,而金属Fe(99.30~171.60 mg/L)含量很高。TF水库的微生物群落更简单,优势门类及优势菌属与PT水库相同,但分布差异较大,Ferrovum在春季分布最多,夏季和秋季次之,Acidiphilium在夏季分布最多,春季其次,秋季分布最少。4)在PT和TF两个酸水库中,原核微生物的多样性随着pH值升高以及Fe浓度的降低而增加。pH和Fe等环境参数对主要菌属的分布有着显著的影响,其中,Leptospirillum、Acidithiobacillus与Fe、TP正相关而与其他环境因子负相关,相反,Acidisphaera、Metallibacterium等属与Fe、TP负相关而与其他环境因子正相关。


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