铜尾矿复垦后土壤微生物活性及其群落功能多样性研究

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1、刘爱民等：铜尾矿复垦后土壤微生物活性及其群落功能多样性研究879铜尾矿复垦后土壤微生物活性及其群落功能多样性研究刘爱民1,2，黄为一1*1.南京农业大学生命科学学院微生物学系//农业部农业环境微生物工程重点开放实验室，江苏南京210095；2.安徽师范大学生命科学学院，安徽芜湖241000摘要：对安徽铜陵五公里尾矿区三叶草复垦后的土壤微生物活性和群落的功能多样性研究表明，复垦后每克土壤微生物细菌数已达2.3×107个，并存在一定量耐Cu2+、Cd2+、Zn2+、Cr6+、Pb2+、Ni2+的菌株，但种类少，主要为芽孢杆

2、菌属、假单胞菌属和短杆菌属。BIOLOG测试结果显示，铜镉重金属离子的复合污染使土壤微生物群落丰富度降低；外源耐铜镉微生物菌剂的添加使尾矿区土壤微生物群落代谢剖面（AWCD）变化明显，提高微生物对单一碳源底物的利用能力，增加利用不同碳底物的微生物数量，减轻了重金属污染引起的土壤微生物群落功能多样性的下降，为尾矿区生境加速恢复提供一条有效途径。关键词：铜尾矿；铜镉污染；耐铜镉菌剂；土壤微生物群落功能多样性中图分类号：X172文献标识码：A文章编号：1672-2175（2005）06-0876-04刘爱民等：铜尾矿复垦后土

3、壤微生物活性及其群落功能多样性研究879尾矿（tailings），又称尾沙，属于固体废弃物的一种，它是矿石经粉碎、浮选精矿后余下的微粒状固体粉末。在矿产开发过程中，尾矿通常被排放到低洼的地方或借助山体，筑坝堆存，形成非经治理而无法使用的矿业废弃地。日益增多的尾矿不仅占用大量土地，覆盖原有的植被，排放的尾矿废渣和产生的酸性矿山废水严重破坏了生态系统[1]。土壤微生物是维持土壤生物活性的重要组分，对物质循环起重要作用，微生物的活性和群落结构的变化能敏感地反映土壤质量[2,3]。BIOLOG作为对功能微生物群落变化的敏感指标

4、，广泛应用于评价土壤微生物群落的功能多样性[4]。研究表明，用BIOLOG方法测得的代谢多样性类型与微生物群落组成相关[5]。安徽铜陵铜尾矿废弃地，是一种以重金属Cu毒害为主要特征的极端裸地，且土壤中镉的含量较高。有关该铜尾矿区复垦后土壤微生物群落多样性研究鲜有报道。本文主要探讨铜尾矿区复垦后土壤微生物对多种重金属离子的耐受性，接种外源微生物菌剂对铜镉污染的土壤微生物群落多样性的影响，为加快尾矿区生境恢复提供依据。1矿区自然状况和研究方法1.1矿区自然概况安徽省铜陵地处北纬30°56¢42″，东经117°43¢28″，

5、属亚热带湿润气候，季节交替明显，气候温和，雨量充沛，年均温16.2℃，无霜期约为230天。铜陵市是我国重要的铜矿开采和冶炼基地，目前存有规模较大的尾矿库(场)5个，占地面积达280hm2。五公里尾矿场位于铜陵市区，停止排放时间约8a，面积约105hm2。1993年10月开始进行复垦试验，现部分已复垦地段的植被盖度已达90%以上，但未复垦处仍裸露，风蚀、水蚀现象严重。主要复垦植物为狗牙根Cynodondactylon、白茅(Imperatacylindrica、三叶草Trifoliumpratense等，以边缘区自然定居

6、的植物为多。1.2取样及样品处理土样于2004年11月取自安徽铜陵五公里尾矿区三叶草复垦土，将一部分新鲜土研磨过筛，置于4℃冰箱保存以供土壤微生物学指标分析；称取其中部分土200g接种微生物J5菌剂(实验室分离保存的耐铜和耐镉离子的微生物菌液)；另外称取部分土200g分别以20mg/kg添加硫酸镉和以300mg/kg添加硫酸铜，充分混匀，平衡5d后测定微生物的存活率（以土壤细菌数计）和群落多样性。另一部分土壤于室内自然风干、研磨、过筛，供土壤基本理化性质测定。化学试剂：3CdSO4·8H2O，CuSO4·5H2O，Co

7、Cl2·6H2O，ZnSO4·7H2O，NiSO4·7H2O，Pb(CH3COO)2·3H2O，K2CrO4·H2O，分析纯，中国医药（集团）上海化学试剂公司。配制成金属离子浓度为0.2mol/L的贮备液备用。1.3土壤微生物群落功能多样性测试BIOLOG研究微生物的载体是96微孔板(MicroPlate)，将微生物接种到分别含有95种单一碳源和四唑染料（四氮叠茂）微孔板上的孔中，当孔中一旦有微生物利用碳源，发生电子转移，四唑染料就变为紫色,另外一个未加碳源的孔中加水作为对照[6]刘爱民等：铜尾矿复垦后土壤微生物活性及

8、其群落功能多样性研究879。根据反应孔中颜色变化的吸光值来指示微生物对95种不同碳源的利用模式差别，从而反映微生物群落的功能代谢能力差异。称取5.00g土，放置45mL生理盐水（NaCl的质量浓度为8.5g/L）中，振荡30min后，静置5min，吸取5mL上清液放入45mL生理盐水中，摇匀后加入GN板中，每个孔中加样125µL。