阳泉矿区酸性矿水微生物群落特点及对下游水质影响分析

论文摘要

酸性矿水污染已经成为煤矿矿区面临的严重生态问题之一。山西省阳泉矿区由于数座小型煤矿的关停废弃,引发了酸性矿水的大量形成,对矿区周边区域的生态环境和人群健康形成严重威胁。为探究阳泉矿区酸性矿水微生物群落组成特点及酸性矿水渗入对山底河水质的影响,本论文以阳泉矿区及山底河流域为研究地点,分别于2017-2018年夏、冬、春季在矿区酸矿水渗出点（AMD1）和露天矿积水点（AMD2）采集水样,测量水样理化因子,并运用高通量测序技术分析各样本中微生物群落组成,应用群落组成柱形图及层级聚类分析研究微生物群落特点及季节变化,应用典范对应分析评估微生物种群变化与水体理化因子的联系。同时,对2017年夏季酸矿水渗入前后的山底河水采样,分析其水质指标、重金属浓度、水化学组成和细菌群落变化,获得的实验结果如下:（1）AMD1和AMD2水体细菌群落在三个季节均被检测到,而古菌群落只在AMD1夏季及AMD2夏季和春季样本被检测到。化能自养铁氧化菌是两个样点水体细菌群落中的优势类群,其中Acidithiobacillus和Gillionella是AMD1中夏季和春季的主要菌属,Ferrovum是AMD2中的冬季和春季主要菌属。铁还原菌仅是夏季细菌群落的优势成员,该类群中Acidiphilium为主要菌属。硫氧化菌、异养铁氧化/还原菌及普通异养菌为群落中的低丰度类群。古菌群落中除AMD1中发现的Thermoplasma为硫还原古菌外,其余均为异养古菌,铁氧化和硫氧化古菌未出现。（2）层级聚类分析显示酸矿水细菌群落组成随季节发生了显著的变化,夏季细菌群落和冬季的细菌群落组成差异尤为显著,典范对应分析显示水温对细菌群落差异分布的影响程度最高。综合主要优势菌属的表型分析,细菌群落季节差异可能与水体中细菌对温度的敏感性有关。（3）酸矿水渗入使山底河水水质明显下降,水体重金属Fe和Mn含量大幅上升,Fe含量达到612.6mg/l,Mn达37.4mg/l,水体总离子浓度上升约3.6倍,离子组成剧烈变化,主要离子成为了Ca2+、Mg2+、Na+、Fe2+和SO42-,同时水体原有的细菌群落结构被破坏,普通土壤细菌和淡水域浮游细菌消失,兼性厌氧菌及厌氧菌大量出现。以上结果表明阳泉矿区酸性矿水中铁氧化菌Acidithiobacillus、Gillionella和Ferrovum及铁还原菌Acidiphilium是微生物群落的主要优势菌属,在未来酸矿水治理过程中值得重点关注。酸矿水渗入对下游河水水质产生严重影响,导致水体中SO42-和重金属含量显著升高,对山底河流域的农业生产和用水安全造成潜在威胁,需引起重视。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题背景
•   1.2 文献综述
•     1.2.1 微生物在酸矿水污染发生过程中的作用机制
•     1.2.2 嗜酸微生物多样性研究进展
•     1.2.3 微生物群落分析技术研究进展
•     1.2.4 酸性矿水的污染影响研究进展
•   1.3 研究目的与意义
•   1.4 研究内容与技术路线
• 第二章 酸性矿水细菌群落组成特征分析
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 采样点情况
•     2.2.2 样品采集与处理
•     2.2.3 理化因子分析
•     2.2.4 DNA抽提和PCR扩增
•     2.2.5 Illumina Miseq测序
•     2.2.6 测序数据处理
•     2.2.7 统计分析
•   2.3 结果
•     2.3.1 水体理化因子
•     2.3.2 测序情况及OTU分析
•     2.3.3 细菌群落组成
•     2.3.4 群落组成差异分析
•     2.3.5 环境因子关联分析
•   2.4 讨论
•   2.5 小结
• 第三章 酸性矿水古菌群落组成特征分析
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 采样点
•     3.2.2 水样采集及处理
•     3.2.3 DNA抽提和PCR扩增
•     3.2.4 Illumina Miseq测序
•     3.2.5 测序数据处理及统计分析
•   3.3 结果
•     3.3.1 测序情况及OTU分析
•     3.3.2 古菌群落组成
•   3.4 讨论
•   3.5 小结
• 第四章 酸性矿水渗入对下游山底河水的水质影响分析
•   4.1 前言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 采样点布设
•     4.2.2 水样采集与处理
•     4.2.3 细菌数量测定
•     4.2.4 理化因子测定
•     4.2.5 细菌群落分析
•   4.3 结果
•     4.3.1 水体水质状况
•     4.3.2 重金属污染状况
•     4.3.3 水化学组成分析
•     4.3.4 细菌群落多样性变化
•     4.3.5 细菌群落组成变化
•   4.4 讨论
•   4.5 小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 创新点
•   5.3 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简况及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋立博

导师: 耿红

关键词: 酸性矿水,微生物群落,化能自养铁氧化菌,重金属污染

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,矿业工程,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 山西大学

基金: 国家自然科学基金项目:废弃煤矿区典型地下水系统硫产出机制与岩溶水环境效应,项目批准号:41672253

分类号: X752;X172

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.000877

总页数: 66

文件大小: 4206K

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