【摘要】：礦業(yè)廢棄地是指因在采礦活動(dòng)中而破壞、占用和污染最終導(dǎo)致無(wú)法治理或無(wú)法使用的土地,常分為尾礦廢棄地、廢石場(chǎng)和采空塌陷三種類型。礦業(yè)廢棄地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù),不僅僅指地上部分植被的覆蓋,同時(shí)也包括基質(zhì)中土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的恢復(fù)。本研究選取安徽銅陵鳳凰山相思谷銅尾礦廢棄地和獅子山銅礦廢石場(chǎng)廢棄地兩種不同類型銅礦業(yè)廢棄地為研究對(duì)象,分析測(cè)定了兩種銅礦業(yè)廢棄地的理化性質(zhì)、重金屬含量和基質(zhì)土壤酶活性,利用高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定了不同季節(jié)下土壤細(xì)菌群落的組成結(jié)構(gòu)和豐度,并采用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡對(duì)銅廢石場(chǎng)廢棄地自然定居的植物根際叢枝菌根(AM)真菌進(jìn)行了分離鑒定,探討影響銅礦業(yè)廢棄地土壤細(xì)菌群落的環(huán)境因素以及兩種不同銅礦廢棄地微生物群落結(jié)構(gòu)的差異,為礦業(yè)廢棄地土壤生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:1、通過(guò)兩種銅礦業(yè)廢棄地基質(zhì)理化性質(zhì)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分低、重金屬銅含量極高是銅礦業(yè)廢棄地上植物不能或難以定居的主要因子,同時(shí)也是影響銅礦業(yè)廢棄地微生物種類和群落結(jié)構(gòu)的重要因子。其中獅子山銅礦廢石場(chǎng)廢棄地基質(zhì)的全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)含量約是鳳凰山尾礦廢棄地的3.26,1.81和1.67倍,獅子山銅礦廢石場(chǎng)廢棄地重金屬全銅的含量高達(dá)7512.30 mg/kg,系鳳凰山銅尾礦廢棄地的3.34倍。礦業(yè)廢棄地中總量重金屬?gòu)?fù)合污染對(duì)土壤酶活性具有明顯的抑制作用,植物的定居有助于提高土壤酶的活性,其中獅子山銅礦廢石場(chǎng)廢棄地中基質(zhì)土壤酶活性要高于鳳凰山銅尾礦廢棄地;2、通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)兩種礦山廢棄地土壤細(xì)菌進(jìn)行了研究,其中秋季礦山廢棄地共獲得基因序列223706條,在97%相似水平上聚類共得到1909個(gè)OTUs,主要分布在25個(gè)已知細(xì)菌門(mén),32個(gè)已知細(xì)菌綱以及160個(gè)已知細(xì)菌屬。其中銅尾礦廢棄地中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)(相對(duì)豐度5%)有5個(gè),分別為Proteobacteria(變形菌門(mén)),Acidobacteria(酸桿菌門(mén)),Chloroflexi(綠彎菌門(mén)),Bacteroidetes(擬桿菌門(mén))和Parcubacteria;銅廢石場(chǎng)廢棄地中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)有6個(gè),分別為Proteobacteria(變形菌門(mén)),Acidobacteria(酸桿菌門(mén)),Chloroflexi(綠彎菌門(mén)),Actinobacteria(放線菌門(mén)),Verrucomicrobia(疣微菌門(mén))和Bacteroidetes(擬桿菌門(mén))。其中Proteobacteria,Acidobacteria,Chloroflexi和Bacteroidetes為秋季在兩個(gè)礦山廢棄地中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)。夏季礦山廢棄地高通量測(cè)序共獲得基因序列138803條,在97%相似水平上聚類共得到2685個(gè)OTUs,主要分布在21個(gè)已知細(xì)菌門(mén),31個(gè)已知細(xì)菌綱以及109個(gè)已知細(xì)菌屬。其中銅尾礦廢棄地中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)有3個(gè),分別為Proteobacteria(變形菌門(mén)),Acidobacteria(酸桿菌門(mén))和Actinobacteria(放線菌門(mén));銅廢石場(chǎng)廢棄地中優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)有5個(gè),分別為Proteobacteria(變形菌門(mén)),Acidobacteria(酸桿菌門(mén)),Bacteroidetes(擬桿菌門(mén)),Gemmatimonadetes(芽單胞菌門(mén))和Verrucomicrobia(疣微菌門(mén))。其中Proteobacteria和Acidobacteria為夏季在兩個(gè)礦山廢棄地中的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)。3、土壤細(xì)菌相對(duì)豐度受土壤理化性質(zhì)、土壤酶和重金屬元素的影響。Acidobacteria(酸桿菌門(mén)),Bacteroidetes(擬桿菌門(mén))和Actinobacteria(放線菌門(mén))的相對(duì)豐度與土壤理化性質(zhì)具有較好的相關(guān)性;蛋白酶與各優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門(mén)之間具有較好的相關(guān)性;重金屬Cu和Cr與Acidobacteria(酸桿菌門(mén)),Bacteroidetes(擬桿菌門(mén))和Armatimonadetes的相對(duì)豐度呈顯著的負(fù)相關(guān),與Actinobacteria(放線菌門(mén)),Chloroflexi(綠彎菌門(mén))和Proteobacteria(變形菌門(mén))的相對(duì)豐度呈正相關(guān)性,但重金屬Pb、Zn和Cd與上述細(xì)菌門(mén)的相關(guān)性正好相反,說(shuō)明不同細(xì)菌對(duì)重金屬的耐受性不同,重金屬元素對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖存在一定的選擇性;不同重金屬元素對(duì)土壤細(xì)菌類群的影響不同,但同一重金屬總量與有效態(tài)對(duì)土壤細(xì)菌門(mén)的影響是一致的。4、銅廢石場(chǎng)廢棄地中海州香薷(Elsholtzia splendens)、茵陳蒿(Artemisia capillaries)和鴨跖草(Commelina communis)均能與AM真菌形成良好的共生關(guān)系,根際存在明顯的AM真菌定殖和侵染情況。在銅礦廢石場(chǎng)廢棄地植物根際土壤中用光學(xué)顯微鏡共分離出22種AM真菌孢子,其中球囊霉屬13種,無(wú)梗囊霉屬6種,管孢囊霉屬2種和盾巨孢囊霉屬1種;電子顯微鏡下共分離鑒定出14種真菌孢子,其中球囊霉屬11種,無(wú)梗囊霉屬3種,球囊霉屬和無(wú)梗囊霉屬是該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)屬,光學(xué)顯微鏡下所分離出的22種AM真菌在不同植物根際出現(xiàn)的頻率不同,說(shuō)明宿主植物對(duì)AM真菌群落組成的影響較大。銅尾礦廢棄地自然狀態(tài)下未調(diào)查到植物定居,因此未進(jìn)行AM真菌孢子的分離與鑒定,但土壤細(xì)菌類群豐富,銅尾礦廢棄地土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的多樣性對(duì)地上植被的重建和恢復(fù)提供了一定的潛力。
【圖文】：

5.1.1 礦山廢棄地樣品測(cè)序結(jié)果及取樣深度驗(yàn)證 通過(guò)對(duì)兩種礦山樣本進(jìn)行測(cè)序，總共得到兩個(gè)樣本的有效序列總數(shù)是 233706，再對(duì)樣本進(jìn)行去雜，共得到優(yōu)化序列總數(shù)為 145489，在 97% 相似水平下將序列讀數(shù)聚類為用于可物種分類的操作分類單元 OTU (Operational Taxonomic Units)，從而得到 OTUs 在兩個(gè)樣品中的豐度信息，兩個(gè)樣本共產(chǎn)生總 OTU 為 1909，每個(gè)樣本的序列數(shù)和 OUT 數(shù)量如表 5-1 所示。表 5-1 秋季各樣品序列統(tǒng)計(jì)Tab.5-1 The sequence summary of each sample in autumn樣本 有效序列 優(yōu)化序列 OTU 數(shù)量 覆蓋度WTX 114654 68757 966 99.92%GTX 119052 76732 943 99.93%注：WTX 為秋季鳳凰山銅尾礦廢棄地細(xì)菌群落，GTX 為秋季獅子山銅礦廢石場(chǎng)廢棄地細(xì)菌群落；下同利用 97%相似度的 OTU 制作曲線圖。從稀釋曲線 (圖 5-1) 中可知，兩個(gè)樣本的稀釋曲線均趨于平緩，隨著更多的 Reads 增加，OTU 的增加量很少，表明測(cè)序量及讀數(shù)合理，能夠較真實(shí)的反映樣本中的細(xì)菌群落，細(xì)菌群落的置信度較高，滿足文章的分析要求。

5.1.1 礦山廢棄地樣品測(cè)序結(jié)果及取樣深度驗(yàn)證 通過(guò)對(duì)兩種礦山樣本進(jìn)行測(cè)序，總共得到兩個(gè)樣本的有效序列總數(shù)是 233706，再對(duì)樣本進(jìn)行去雜，共得到優(yōu)化序列總數(shù)為 145489，，在 97% 相似水平下將序列讀數(shù)聚類為用于可物種分類的操作分類單元 OTU (Operational Taxonomic Units)，從而得到 OTUs 在兩個(gè)樣品中的豐度信息，兩個(gè)樣本共產(chǎn)生總 OTU 為 1909，每個(gè)樣本的序列數(shù)和 OUT 數(shù)量如表 5-1 所示。表 5-1 秋季各樣品序列統(tǒng)計(jì)Tab.5-1 The sequence summary of each sample in autumn樣本 有效序列 優(yōu)化序列 OTU 數(shù)量 覆蓋度WTX 114654 68757 966 99.92%GTX 119052 76732 943 99.93%注：WTX 為秋季鳳凰山銅尾礦廢棄地細(xì)菌群落，GTX 為秋季獅子山銅礦廢石場(chǎng)廢棄地細(xì)菌群落；下同利用 97%相似度的 OTU 制作曲線圖。從稀釋曲線 (圖 5-1) 中可知，兩個(gè)樣本的稀釋曲線均趨于平緩，隨著更多的 Reads 增加，OTU 的增加量很少，表明測(cè)序量及讀數(shù)合理，能夠較真實(shí)的反映樣本中的細(xì)菌群落，細(xì)菌群落的置信度較高，滿足文章的分析要求。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S154.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2627826