燃煤电厂周边环境中汞的溯源研究及其对微生物多样性的影响

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燃煤电厂是最主要的汞人为排放源之一,煤中的汞经高温燃烧后随烟气排至大气并进入土壤和水体,容易对周边区域造成一定的汞污染现象。因此,研究电厂汞排放对周边区域的贡献率以及影响程度显得尤为重要。本研究选取东南沿海某大型燃煤电厂,测定其周边区域不同环境样品中的汞同位素组成,分析电厂对环境汞的贡献率;并测定电厂周边区域土壤和空气颗粒物中微生物群落组成,评估低浓度汞污染对电厂周边土壤和颗粒物中微生物的影响。主要结果如下:(1)电厂周边区域水体汞δ202Hg的变化范围为-1.26‰~-0.97‰,Δ199Hg的变化范围为0.06‰~0.24‰;土壤汞δ202Hg的变化范围为-1.19‰~-0.98‰,Δ199H g的变化范围为-0.01‰~0.05‰;空气颗粒物汞的δ202Hg变化范围为-1.54‰~-0.76‰,Δ199Hg变化范围为-0.06‰~0.09‰;生菜叶片中δ202Hg变化范围为-2.82‰~-1.34‰,Δ199Hg值变化范围为-0.29‰~-0.04‰。大气、水体和植物样品的同位素组成表明其均发生了明显的分馏现象,而土壤样品中同位素分馏现象较不明显。燃煤电厂对研究区域汞污染的贡献率为9.4%~37.5%,同时贡献率随离电厂距离的增加先增加后减小。(2)研究区域内稻田土和旱地土总汞浓度差异不大,而稻田土中甲基汞的浓度均明显高于旱地土。稻田土的微生物群落多样性及均匀度均高于旱地土,且稻田土和旱地土的优势菌群在种类和丰度上均有很大差异。土壤中汞和甲基汞污染与微生物群落丰度及微生物群落多样性的相关性均较小。稻田土中汞和甲基汞浓度均与硝化螺旋菌门的相对丰度呈负相关,而与δ-变形菌纲、放线菌门、拟杆菌门以及厚壁菌门的相对丰度呈正相关;旱地土中,甲基汞浓度只与拟杆菌门的相对丰度有略微显著的正相关关系;总汞浓度与γ-变形菌纲、β-变形菌纲以及厚壁菌门有正相关关系,与酸杆菌门和绿湾菌门呈负相关。稻田土的潜在汞甲基化微生物丰度高于旱地土,且在旱地土的微生物DNA中没有检测到汞甲基化的功能基因hgcA基因。稻田土中hgcA-Arc基因丰度要高于hgcA-Del基因丰度,而hgcA-Del基因丰度与甲基汞浓度呈显著的正相关。(3)颗粒物微生物的物种种类数及丰度都较小。颗粒物微生物数量随着颗粒物浓度增加而增加,随汞浓度的增大先增加后减小;但物种多样性与颗粒物汞浓度没有明显的相关关系。颗粒物浓度与厚壁菌门、变形菌门、芽单胞菌门、梭菌纲、Negativicutes有显著的正相关关系(p<0.05),与蓝细菌门、γ-变形菌纲、杆菌纲有显著的负相关关系(p<0.05);颗粒物汞浓度与拟杆菌门、芽单胞菌门、Negativicutes有显著的正相关关系(p<0.05),与γ-变形菌纲有显著的负相关关系(p<0.05)。
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