大同铅锌尾矿不同污染程度土壤细菌群落分析及生态功能特征

摘要

随着工业化飞速发展,矿山开采滞留大量废弃物严重破坏了生态环境,造成的污染亟待解决.以不同污染区为对象,利用Illumina高通量测序技术分析土壤细菌群落的变化,结合土壤理化因子探究土壤细菌群落主要影响因素,并对其潜在生态学功能进行预测.结果表明,受尾矿污染加剧影响,土壤养分流失严重.土壤样品共获得细菌操作分类单元(OTU)14253个,重度污染区(W1)、中度污染区(W2)、轻度污染区(W3)和清洁区(CK)的OTU数分别为3240、3330、3813和3870个,随着污染加剧,土壤OTU值下降.在土壤细菌群落α多样性分析中,与CK相比,W1显著降低了Chao1、ACE和Shannon指数(P<0.05),W3无显著差异.土壤细菌群落的优势菌门是放线菌门(β-Actinobacteria)、变形菌门(β-Proteobacteria)和绿弯菌门(β-Chloroflexi),污染区(W1~W3)提高了放线菌门和变形菌门的相对丰度,降低了绿弯菌门的相对丰度,W1优势菌门的相对丰度与CK差异性显著(P<0.05).RDA分析表明土壤理化性质与土壤细菌群落的总变异数为93.35%;Spearman分析表明,放线菌门与氮源和有机质呈显著负相关,与pH呈显著正相关;变形菌门与氮源、磷源、有效钾和有机质呈显著负相关,与全钾和pH呈显著正相关;绿弯菌门与氮源、磷源、有效钾和有机质呈极显著正相关,与pH呈极显著负相关.利用Tax4 Fun进行了生物代谢通路分析,土壤重金属污染影响土壤细菌群落,改变了其参与的主要生物代谢类型.FAPROTAX预测结果表明,W1显著增加了塑性降解、尿素分解和木质素分解代谢相关的基因丰度(P<0.05),CK参与的代谢模式的基因丰度要高于污染区,不仅参与降解代谢还与氧化代谢有关,表明尾矿污染影响改变了土壤细菌群落能量代谢和功能潜力.研究结果揭示了尾矿不同污染区土壤细菌分类和功能多样性的变化及驱动机制,为矿区植物恢复和生态修复提供了理论依据.