南方离子型稀土开采对矿区土壤特性及微生物群落的影响探究

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南方离子型稀土矿是我国特有的稀土矿床,因其宝贵性和稀缺性,战略地位日益突显,为我国国民经济发展做出了重大贡献。然而,南方离子型稀土资源开发对矿区及周边土壤环境产生了严重污染,其影响一直备受关注。本文以离子型稀土采矿区土壤、原矿土壤(未开采矿)和非矿区土壤(矿区周边土壤)为研究对象,根据国标法测定基本理化性质,采用BCR浸提、ICP-MS测定稀土元素各形态含量。结果表明开采活动不仅加剧了矿区土壤酸化,增加了周边土壤氨氮和稀土元素含量,而且还改变了矿区土壤稀土元素赋存形态。对三种类型土壤进行肥力和金属污染风险评价表明,稀土矿区及周边土壤因采矿活动影响,土壤肥力低下。矿区金属污染主要由稀土元素直接或间接潜在作用导致,周边土壤地积累指数评级虽然不高,但也存在潜在金属污染风险。土壤地球化学特性相关性分析表明,土壤稀土生物有效性、赋存形态受土壤p H、氨氮、总碳和含水量的调控,环境条件的改变可能导致稀土转化成生物可利用形态,对矿区及周边土壤生态安全产生威胁。采用Real-time PCR和illumina Miseq高通量测序技术,探究了不同类型土壤中细菌、古菌以及氨氧化微生物丰度及群落结构。结果表明,细菌和古菌丰度在三种不同类型土壤中没有显著性差异,但是细菌丰度高于古菌。土壤理化性质与微生物丰度定量和α多样性相关性分析表明,不同类型土壤的微生物丰度及多样性与基本理化性质、金属赋存形态呈现不同的相关性。相关性网络分析表明矿区土壤中古菌或细菌菌群间能够相互作用共同抵御恶劣环境,改善生存条件;非矿区土壤中细菌或古菌种群间关系强于矿区,说明干扰活动频繁促使细菌或古菌群落间相互作用更强,物质交换更频繁,以维持其稳定性。氨氧化古菌(AOA)丰度显著高于氨氧化细菌(AOB),且AOB在大多数土壤样品中难以检出。AOA是稀土矿区氨氧化作用的主要驱动者。细菌门类中绿弯菌门(Chloroflexi)、变形杆菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、酸杆菌门(Acidobacteriota)及WPS-2,古菌门类中泉古菌门(Crenarchaeota)、Thermoplasmatota,AOA门类奇古菌门(Thaumarchaeota),及AOB门类变形杆菌门(Proteobacteria)是矿区土壤中的优势门类,在元素生物地球化学循环过程中发挥重要作用,还能够改善矿区生态环境。本研究为全面了解离子型稀土原地浸出开采对土壤生态环境破坏及生态风险评价提供理论依据,揭示了微生物及其环境因子之间的关系,为未来定向调控稀土矿区污染修复提供科学依据。
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