南方离子型稀土矿山垂直剖面微生物群落结构特征及其对环境因子的响应

　　 摘要: 离子型稀土矿是国际上备受关注的战略资源，对我国多个产业的发展至关重要

　　 摘要:

离子型稀土矿是国际上备受关注的战略资源，对我国多个产业的发展至关重要。然而，大规模的开采活动引发了土壤退化、营养流失和重金属污染等问题。目的 分析离子型稀土矿山垂直剖面上微生物的群落结构特征及其对环境因子的响应，了解微生物群落沿垂直剖面的深度分异规律及其与环境因子的关系，为污染矿区土壤的生态修复提供参考。方法 以离子型稀土矿山1?15 m深的土壤样品为研究对象，分析土壤的理化性质；采用高通量测序技术探究矿山垂直剖面上土壤微生物的分布规律并构建环境因子与微生物群落演替的关系。结果 伴随矿山深度的增加，土壤pH值和总碳(total carbon, TC)逐渐降低；氨氮(ammonia nitrogen, NH₃-N)是矿山土壤的主要氮素存在形态，在中深层土壤中可达13.0 mg/kg；铁(iron, Fe)、镁(magnesium, Mg)和总稀土元素(total rare earth elements, TREEs)含量颇丰，且在深层土壤中聚集程度较高。微生物群落在矿山垂直剖面上呈现出明显的演替规律；其中，α多样性指数Chao1 (丰富性指数)和Shannon (多样性指数)等提示土壤微生物群落多样性随深度增加而降低，而β多样性指数如主成分分析(principal component analysis, PCA)和主坐标轴分析(principal co-ordinates analysis, PCoA)表明各层级间聚类差异显著。相关性分析结果显示，环境因子可调控微生物群落结构分异，土壤各剖面层级间存在不同的土壤养分循环特征。绿屈挠菌门(Chloroflexota)、假单胞菌门(Pseudomonadota)、放线菌门(Actinomycetota)和酸杆菌门(Acidobacteriota)是矿区土壤的优势细菌门类，在生物地球化学循环过程中可能发挥着重要作用。矿山土壤微生物存在层级演替规律：浅层土壤的优势菌群为绿屈挠菌门、酸杆菌门和放线菌门；中间层绿屈挠菌门的相对丰度下降，假单胞菌门逐渐占据优势地位，其相对丰度达60%；在深层极度厌氧环境中，假单胞菌门通过代谢适应性在寡营养条件下演替为优势菌群(相对丰度达70%)。上述微生物在土壤碳氮循环过程中发挥了重要作用。在碳循环方面，浅层土壤微生物以卡尔文循环主导固碳过程；中间层呈现出微氧-厌氧过渡带环境，促进微生物以糖酵解途径和三羧酸循环为主代谢途径以满足生长需求；深层土壤的厌氧环境促使微生物以发酵为主代谢方式。在氮循环方面，浅层土壤微生物以异化硝酸盐还原成铵(dissimilatory nitrate reduction to ammonium, DNRA)为主代谢方式，中间过渡层微生物在反硝化过程中占据重要地位，而深层厌氧环境的微生物以DNRA过程为主和反硝化作用为辅的双重代谢体系维持生长，其氮转化强度远高于浅层土壤。结论 离子型稀土矿山垂直剖面的微生物群落呈现明显的分异规律且与多个环境因子密切相关，提示其在矿区土壤物质循环中的潜在作用，可为未来调控稀土矿区污染修复提供科学依据。