稀土钇和浸矿剂硫酸铵胁迫对土壤理化性质和微生物群落的影响研究

摘要

本论文以龙南离子型富钇稀土矿周边浸矿污染农田土壤为研究背景，以校园周边农田土壤为材料，通过室内模拟，研究不同浓度的稀土钇和不同浓度的浸矿剂硫酸铵对土壤理化性质的影响和对微生物种群结构的影响，分析了不同处理条件下的土壤性质的变化和土壤微生物群落结构的差异，反映了原地浸矿工艺开采稀土矿过程中稀土富集及排放的残留浸矿剂对土壤肥力和土壤微生物的危害，为稀土矿区土壤污染评价及生态修复提供理论依据。
　　采用室内模拟实验，结合土壤理化性质分析方法及SPSS分析软件研究了稀土钇、硫酸铵单一和复合胁迫对土壤 pH、有效磷、碱解氮、速效钾和有机质的影响。结果表明：钇、硫酸铵单一胁迫或者复合胁迫都会导致土壤 pH的降低，但与单一胁迫相比，复合胁迫下土壤 pH的降低有所缓解。土壤有效磷则表现为：单一胁迫下，钇或硫酸铵较低浓度时，有效磷无明显变化；当钇或硫酸铵达到500mg/kg时，有效磷开始急剧下降；而复合胁迫下，土壤有效磷的变化截然不同，并且，对于固定钇改变硫酸铵浓度与固定硫酸铵改变钇浓度这两种不同的复合胁迫，土壤有效磷表现出的变化情况也不一样。而钇、硫酸铵单一胁迫和复合胁迫都会促使土壤碱解氮随变量浓度的升高不断升高。对于土壤速效钾和有机质，单一胁迫均表现为先升高后降低，复合胁迫出现相反的现象，大致表现为先降低后升高。土壤因子交互相关性分析表明，不论是单一胁迫还是复合胁迫，各土壤因子间的相关程度在不同的培养时期均有所变化，土壤有效磷与有机质之间始终表现出较强相关性。但是，单一胁迫时，土壤有机质的含量、碱解氮和有效磷关系紧密，速效钾的变化较为独立；复合胁迫时，土壤有效磷、速效钾与有机质含量关系紧密。
　　运用Illumina MiSeq高通量测序技术研究了稀土钇和浸矿剂硫酸铵单一、复合胁迫下土壤微生物群落结构的变化。结果表明，单一胁迫和复合胁迫下土壤微生物的门级优势种群均为Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes、Planctomycetes、Actinobacteria、Chloroflexi、Verrucomicrobia、Gemmatimonadetes和Acidobacteria，但各菌群在各土壤样品中的相对丰度随钇浓度或硫酸铵浓度的不同有所变化。单一胁迫时，当钇或硫酸铵浓度过高（≥1000 mg/kg）， Firmicutes会大量增加，其他类群的比例降低，而复合胁迫时微生物群落结构的变化与单一胁迫时差别很大。高浓度钇或硫酸铵（钇浓度≥1000 mg/kg，硫酸铵≥500 mg/kg）单一胁迫会造成土壤微生物物种丰富度降低，但高浓度的复合胁迫使得物种丰度有所升高。此外，pearson相关性分析和冗余分析发现环境理化因子对稀土钇和硫酸铵胁迫土壤中微生物群落结构的变化有较大影响，其中，稀土钇单一胁迫时，pH、有效磷、有机质是影响细菌群落结构的重要因素；硫酸铵单一胁迫时，速效钾能够影响细菌群落结构，但不是显著影响因素；两种复合胁迫下，影响细菌群落结构的重要因素均是有效磷和速效钾。

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第一章 绪 论

1.1离子型稀土矿简介

1.2稀土采矿过程中浸矿剂与稀土元素对土壤理化性质及微生物影响的研究进展

1.3土壤微生物的研究方法

1.4研究背景和意义

1.5研究内容

1.6技术路线

第二章 实验方案和材料

2.1实验方案

2.2实验方法

2.3实验药品

2.4实验仪器

第三章 稀土钇、硫酸铵胁迫对土壤理化性质的影响

3.1数据处理

3.2单一胁迫对土壤理化性质的影响

3.3复合胁迫对土壤理化性质的影响

3.4小结

第四章 稀土钇、硫酸铵胁迫对土壤微生物群落的影响

4.1实验方法与数据处理

4.2MiSeq测序数据预处理

4.3不同胁迫条件下微生物丰富度及多样性的变化

4.4单一胁迫对土壤微生物群落结构的影响

4.5复合胁迫对土壤微生物群落结构的影响

4.6小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录 实验方法

致谢

个人简历及攻读硕士学位期间发表论文及参与项目