酸性矿山排水影响下水库及其入库流域水体微生物群落结构特征与环境因素研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong576
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
湖泊微生物是水生态系统的重要组成部分,其能直接或间接地影响水生态系统的物质和能量循环。煤炭资源的开采过程中,煤及顶底板中伴生的黄铁矿等硫化物通过与水、大气及细菌相互作用形成酸性矿山排水(Acid mine drainage,AMD)。因AMD具有低pH、高重金属、高硫酸盐等特征,不经处理而直接排放,常造成受纳水体的酸化,低pH值及大量重金属离子会抑制水体微生物的生长,阻碍水体自净。贵州兴仁市煤矿资源丰富,尤以高砷煤产出而有名,境内不少水库受AMD的影响。现有研究主要聚焦于对受AMD污染的水库的酸化特征和金属元素迁移转化规律等方面,对水库酸化后水体微生物的群落结构变化尚未涉及。本研究于2019年9月对贵州兴仁市矿集区范围内3座受AMD影响水库和1座未受AMD影响水库水体及其中两座受AMD影响的水库入库流域、水库不同深度水体进行了样品采集,使用第二代高通量测序技术之一的MiSeq测序技术,通过扩增微生物16S rDNA和18SrDNA的方法,研究受AMD影响的水体中微生物群落结构特征,并运用冗余分析和主成分分析揭示影响水体中微生物群落结构变化的主要环境因子,并对比分析不同地区不同类型酸性矿山排水水库水体微生物群落结构特征及其环境影响因素,以期为矿山废水的治理提供基础的支撑数据,亦可为水库的治理提供参考数据。主要结果如下:(1)对受AMD影响的青树子水库及其入库流域,马家屯水库及其入库流域与高峰水库,未受AMD影响的鲁皂水库进行了采样分析,结果表明,受AMD影响的水库及入库流域水体中,pH和水温T在上游至下游逐渐增高,水库表层至底层逐渐下降。EC、Eh、DO上游至下游逐渐下降,水库表层至底层EC、Eh变化趋势不明显,DO逐渐下降。TN、TP、DOC、NH4+-N营养物质在流域中变化趋势不明显,从水库表层至底层浓度逐渐增加,且在水库水体中的浓度低于入库流域水体,可能是因为河流是一个动态的水体,其水的流动性较湖库要高,水体的营养盐分布更为均质。Mg2+、Mn2+、As3+上游至下游浓度逐渐降低,水库水体中各金属离子(Mg2+、Mn2+、As3+、K+、Ca2+、Na+、Fe2+、Cr2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+)浓度无明显变化趋势。SO42–离子浓度在流域水体中的浓度要高于水库水体中。与未受AMD影响的水库相比,AMD影响的水库水体具有低pH值、高EC值,低DOC,高含量的Zn、Ni、Mn和SO42–;但Fe2+含量在各水库水体中差异较小,且含量较低。(2)水库表层浮游细菌测定结果表明,变形菌门(Proteobacteria)是受AMD影响水库水体的主要细菌门类,在3个受影响的水库中均占比95%以上。在属分类水平上,红杆菌属(Rhodobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和铁氧化细菌属(Ferrovum)是受AMD影响水库水体中的主要菌属;未受AMD影响水库水体细菌群落中,放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)为主要细菌门类,占比分别为48%和29%,主要菌属为发光杆菌属(Ilumatobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)。分析表明,受AMD影响水库细菌群落结构特征与未受AMD影响水库细菌群落存在明显差异,推测DOC、pH及Na离子浓度对此差异起到了主导作用。(3)受AMD影响的水库及其入库流域水体细菌测定结果表明,入库流域水样中细菌群落多样性整体要高于水库水样,且入库流域中变化趋势不明显,水库表层水体中的细菌丰富度与多样性水平均较低,从表层至底层细菌多样性不断升高。在门水平上受AMD影响的细菌主要由变形菌门(Proteobacteria),优势亚门α-变形菌门(Alphaproteobacteria,2.42%–61.99%)、β-变形菌门(Betaproteobacteria,1.29%–63.53%)、γ-变形菌门(Gammaproteobacteria,6.41%–63.09%),拟杆菌门(Bacteroidetes,0.21%–12.96%),厚壁菌门(Firmicutes,0.15%–14.48%)和放线菌门(Actinobacteria,0.06%–4.64%)构成。从不同空间位置浮游细菌群落组成来看,不动杆菌属(Acinetobacter)在受AMD影响流域上游至水库底层水样中均占较大比例,为2.13%–57.84%,假单胞菌属(Pseudomonas,3.86%–12.29%)、铁细菌属(Ferrovum,0.97%–13.21%)和拟杆菌属(Bacteroides,0.01%–5.02%)是上游水样中的优势菌属,噬氢菌属(Hydrogenophaga,0%–5.94%)、盖氏铁柄杆菌属(Gallionella,1.45%–11.91%)和新鞘氨醇杆菌(Novosphingobium,0%–5.34%)是中游占比较大的菌属,红细菌属(Rhodobacter,12.73%–57.52%)是下游水样和水库水样中的优势细菌。造成AMD影响下不同位点处水体浮游细菌群落组成差异的环境因子各不相同,入库流域水体细菌群落主要受NH4+-N、总磷(TP)和SO42–影响,Mg2+和As3+也与入库流域水体中细菌多样性存在一定相关关系,水库水体中细菌群落主要受水温(T)影响。(4)水库表层水体真菌群落组成分析表明,水体真菌群落高通量DNA测序共发现2073个OTUs,隶属8个门20个纲240个属,各水库水体优势菌门主要有担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和壶菌门(Chytridiomycota),毛霉菌门(Mucoromycota)和顶复亚门(Apicomplexa)是未受AMD影响水库水体中除担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和壶菌门(Chytridiomycota)外的两个优势门类。主成分分析表明Ascomycota、Basidiomycota和Chytridiomycota受DO正向调控,而与pH、EC、NH4+-N、DOC、SO42–及各重金属离子(Pb2+、Mn2+)呈负相关关系。DOC、水温T、pH、总磷(TP)正向调控浮游真菌Mucoromycota和Apicomplexa,其中与DOC正相关性在p<0.01水平,与T在p<0.05水平,EC、Eh、DO、NH4+-N、总氮(TN)及各重金属离子(Pb2+、Mn2+和Ni2+)与Mucoromycota和Apicomplexa呈负相关关系,其中与TN达p<0.05水平。由此推测受AMD影响与未受AMD影响水库水体浮游真菌群落与水质参数关系存在异同之处。(5)不同地区不同类型的微生物群落对比分析,未发现微生物群落结构的差异与地理位置、矿区类型、采样时间等因素存在相关性。
其他文献
光纤传感技术以其稳定性强、精度高、抗电磁干扰能力出众、安全性出色等优点,在近年来成为传感领域的研究热点,受到科研工作者的广泛关注和开发。光纤温度传感和光纤振动传感是光纤传感技术的两个重要研究领域,是人们日常生活和工业生产中非常重要的技术,其传感结果的准确性和稳定性对正常有序的生产生活有着重要意义。光纤解调仪作为光纤传感系统中负责解调传输信号的关键仪器,直接决定了传感结果的精确程度。目前已经有各种采
新政府会计准则制度的施行,对于提升各行政事业单位内部控制质量,保护国有资产安全,防止国有资产流失有着十分重大的意义。由于历史原因,很多行政事业单位内部控制存在不同的问题和风险,本文从新政府会计准则出台的背景入手,阐述行政事业单位内部控制当下存在的问题、新政府会计准则对单位内部控制的要求,将二者相结合,提出行政事业单位提升内部控制管理的建议,对行政事业单位提升财务管理和内部控制水平,提升国有资产管理
信息通信技术(ICT,Information&communication technology)伴随着第四次工业革命爆发式增长,成为各行业创新变革的动力。建筑行业正值向高质量和可持续发展方向转变的改革节点,如何利用ICT获得企业竞争优势成为建筑企业必须关注的问题。因此本研究旨在探究建筑企业ICT发展水平究竟能产生何种影响,以及这些影响通过何种路径作用于建筑企业竞争优势。首先,深入解析建筑业ICT内
基于磁异常的磁性目标定位与跟踪技术,在潜艇探测、水下监控、探矿、机器人定位与跟踪等领域发挥着重要作用。该技术通常将磁性目标物视为磁偶极子,通过求解最小二乘问题,获得磁性目标的位置坐标、磁矩矢量等相关参数,实现定位与跟踪。然而磁传感器的噪声和环境磁干扰会影响磁异常的测量精度,进而影响定位精度。本课题的主要工作在于针对实际测量的磁异常矢量存在噪声和误差的特点,研究相关的模型和算法对定位结果进行补偿和修
图像匹配是计算机视觉中的经典问题,可广泛地应用于基于视觉的导航系统中。面向成像制导的图像匹配主要研究如何在大尺寸的参考图像中计算出小尺寸的实时图像的位置坐标。复杂的成像环境往往导致实时图像带有一定程度的模糊退化,这给图像匹配带来了挑战。本文针对模糊图像的匹配问题,提出了三种模糊图像匹配算法。与先复原再匹配的传统模糊图像匹配算法不同,图像复原与匹配一体化算法在利用复原结果提升匹配性能的同时,也利用匹
随着虚拟现实技术在各领域的广泛应用,虚拟现实系统二维三维混合交互环境下用户视觉搜索时间延长、决策能力降低,交互任务混乱从而增加视觉干扰。本文为虚拟现实交互界面设计构建虚拟现实界面任务技术感知匹配TTF模型,基于用户注意机制和虚拟现实交互任务进行虚拟现实视觉搜索干扰效应研究,主要研究工作有:(1)虚拟现实人机交互选择注意机制相关研究对虚拟现实人机交互相关技术和任务特点以及交互界面构成进行分析,通过分
近年来我国城市化在快速推进过程中,城市产生的污染负荷大大增加,但大部分城市的水污染控制设施建设却严重滞后,大量污染负荷进入城市水体中,导致大部分城市均出现了黑臭水体,其治理工作刻不容缓。本研究以广东省肇庆高新区东排渠为例,结合东排渠污染现状分析及其问题诊断结果,针对性地设计不同组合治理方案,并运用数值模拟的方法探究不同方案下水体水质改善方面效果,为东排渠综合治理方案的决策提供支撑。本研究根据监测数
丙炔氟草胺是日本住友公司开发的N-苯酰亚胺类除草剂,能有效去除大豆、花生、棉花等农作物地中的一年生阔叶杂草及禾本科杂草。本文建立了丙炔氟草胺的残留分析检测方法,并研究了其在土壤中的降解、吸附-解吸附以及迁移淋溶等环境行为。另外,鉴于丙炔氟草胺对土壤造成的污染及其环境风险,本文选取了三种不同生物炭(玉米秸秆、水稻壳、竹子),研究了生物炭对土壤中丙炔氟草胺降解的影响,为防治其以及农药类物质污染土壤的修
城郊乡镇空间蕴含着丰富的生态、经济、文化价值,是新时期发展生态文明建设的关键性区域。特大城市的城郊乡镇空间被城市扩张“吞噬”严重,造成了生态环境污染等问题,但在乡村振兴的大背景下,特大城市城郊乡镇又承载着大力推进乡村地区一二三产融合以及改善村民人居环境的重要任务,把握生态保护与建设发展间的平衡是研究特大城市城郊乡镇规划管理的关键思路。但是既有的城郊乡镇研究并不全面,大多关注的是村庄建设用地、农用地
随着基础建设行业的不断发展,工地大型工程车及各类机器的巨大用油量,使得储油罐已成为许多工地不可或缺的工具之一。建筑工地地理位置的分散性和偏僻性,使得工地上储油罐在使用的过程中存在的计量不准确、实时性差、偷油、漏油、油料补添不及时等管理问题。在互联网发展迅速的今天,对储油罐建立实时监测系统,监测油罐中油量变化并实时自动记录可使这类问题得到很大程度上的解决。本文主要是通过分析储油罐在建筑工地实际使用过