重金属污染对准东矿区梭梭根际细菌群落变异性影响研究

来源 :许紫峻 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongxuw
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新疆准东煤田是我国目前最大的能源规划跨境区外送电、送气的重要能源基地。矿区总面积约1.5×10~4km~2,东西长220 km,南北宽60 km,已探明煤炭资源储量2.14×10~8t。目前该地区已建成五彩湾、大井、将军庙、北山和岌岌湖等大型煤炭开采、煤电和煤化工产业园区。有研究报道准东矿区开采对当地土壤已产生了一定程度的重金属污染问题,重金属不仅给矿区周边生态环境尤其是植被造成一定程度的破环,而特定的微生物具有增强植物耐重金属和促进植物生长等特性,有利于植物对污染物的固定,从而减少重金属随环境的破坏。因此,本文利用高通量测序技术对煤矿区优势种梭梭(Haloxylon)根际土壤细菌多样性的特征进行探索,利用多元统计方法分析重金属等理化性质对准东矿区本土梭梭根际土壤细菌特征的影响。同时运用GIS中的缓冲区模块对准东矿区土壤重金属含量和其潜在生态风险指数的空间分布进行分析,主要工作与结论如下:(1)主要工作:本研究梭梭根际微生物采样点以离矿区距离远近为标准,共确定6个采样单元,每个采样单元中运用抖根法和品字法,进行梭梭0-20 cm和20-40 cm根际采样,采集的样品测试16s RNA、7种重金属、2种有效态重金属、含水率、电导率和p H等指标,利用多元统计方法进行数据深度挖掘;土壤重金属样品采样点按照离矿区距离远近为依据,共设置36个土壤采样单元,每个采样单元运用多点混合法取0-20 cm土壤三份,样品进行7种重金属和含水率、电导率和p H测试,运用空间统计方法进行分析。(2)土壤重金属特征:准东矿区土壤中7种重金属含量分别介于为Cd(3.6~11.8 mg·kg-1),Hg(0.01-3.4 mg·kg-1),As(13.97-87.79 mg·kg-1),Cr(25.5-95.3mg·kg-1),Cu(11-46.2 mg·kg-1),Zn(25.78-281.96 mg·kg-1),Pb(28-96 mg·kg-1);其中Cd,Hg,As,Zn的超标率分别达到100%,2.3%,79%,2.3%,相关性分析表明准东矿区土壤重金属Cr与Cu以及Zn有较高的正相关性,说明其有可能有伴生关系或属于同一污染源。(3)准东矿区本土梭梭根际土壤门和属水平细菌丰度:门水平Actinobacteria(40.04%)、Proteobacteria(23.78%)、Gemmatimonadetes(7.67%)、Bacteroidetes(8.88%)、Acidobacteria(5.74%)为优势菌门;科水平下bacterium(23.16%)、Streptomycetaceae(4.00%)、Cytophagaceae(3.70%)、Sphingomonadaceae(3.60%)为优势菌科;属水平bacterium(47.86%)、Streptomyces(3.91%)、Nocardioides(2.22%)、Sphingomonas(1.16%)、Novosphingobium(2.03%)、Adhaeribacter.sp(1.58%)为优势菌属。(4)土壤微生物多样性特征:Shannon和Chao指数表明梭梭根际细菌多样性和丰度大于非根际,且20-40 cm梭梭根际细菌多样性大于0-20 cm,排土场两年生人工梭梭根际细菌多样性和丰度小于矿区自然生长多年生梭梭。(5)门水平环境因子RDA分析:影响准东矿区本土梭梭根际细菌群落变异的因子大小排序为:Pb>DTPACd>Cu>Hg>DTPAPb>water>Cr>Cd>Zn>p H>As;且Gemmatimonadetes、Firmicutes、Verrucomicrobia、Actinobacteria与多种重金属具有正相关关系。(6)科水平环境因子RDA分析:影响准东矿区本土梭梭根际细菌群落变异的因子大小排序为:DTPACd>Pb>As>Hg>DTPApb>Cu>water>Cd>Zn>Cr>p H;Sphingomonadaceae、Micromonosporaceaer、Streptomycetaceae和Nocardioidaceae与多种重金属具有正相关关系。(7)属水平环境因子RDA分析:影响准东矿区本土梭梭根际细菌群落变异的因子大小排序为:DTPACd>p H>As>Pb>Hg>DTPAPb>water>Cr>Zn>Cd>Cu>Pb;Pseudarthrobacter.sp、Nocardioides、Glycomyces、Streptomyces和Solirubrobacter与多种重金属具有正相关关系。(8)PCA结果表明矿区开发对梭梭根际土壤细菌结构有明显影响,且人工种植梭梭对于矿区自然多年生梭梭来说还有一定演替过程,进一步结合Shannon、Chao指数和RDA分析结果共同可以证明人为资源开发带来的重金属污染对梭梭根系细菌结构的改变大于自然环境。(9)土壤重金属空间分析:准东矿区土壤重金属As、Cu、Cd和Pb污染程度与距矿区距离正相关,且土壤重金属Cu、Zn、Cd和Pb均呈现出在矿区周边呈极大值,其中重金属Cd随着距离的渐远而降低,其他重金属均在芨芨湖地区呈现较大值,矿区沿公路至雀仁乡方向0-30km内均处于矿区重金属Cd污染和潜在生态风险影响的敏感区域。上述结果表明资源开采产生的重金属污染是导致梭梭根际土壤细菌群落结构变异的主要因素,且准东矿区梭梭根际土壤细菌中Gemmatimonadetes、Firmicutes、Verrucomicrobia、Actinobacteria菌门,Pseudarthrobacter、Nocardioides、Glycomyces、Streptomyces、Solirubrobacter菌属与多种重金属有正相关关系。以期为后续有关梭梭根际微生物对重金属的迁移转化的研究做理论支持,并为有关部门制定相关的重金属防治对策,采取有效防护措施保护受影响人群提供参考。
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