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地球矿产资源丰富,其中矿种之一的硫铁矿在开采过程中产生了低pH、高盐、高重金属的酸性矿业废水(Acid Mine Drainage,AMD),排入周边环境后,通过地表径流及下渗作用侵入土壤给环境和人类造成了困扰。该极端环境下仍有一些微生物群体留存于此并驱动土壤中的碳素、氮素、硫素的生物地球化学循环,调控微生物代谢的功能基因起到重要作用,如固氮基因nifH、氨氧化基因amoA-AOA、amoA-AOB,反硝化基因nirS、nirK、nosZ,厌氧氨氧化基因HZO,甲烷氧化基因pmoA、pmoA1、pmoA2,硫还原基因aprA、dsrB,驱动微生物代谢及土壤物质循环。本实验以安徽省铜陵市某处被酸性矿业废水污染的土壤为研究对象,户外采集土样,通过高通量测序技术、聚丙烯酰胺凝胶电泳、实时荧光定量聚合酶链式反应等分子生物技术,分析受酸性矿业废水污染的土壤环境下,微生物及C、N、S(Carbon,Nitrigen and Sulfur)转化功能基因丰度的变化特点,在时间上和空间上探讨研究地土壤中参与C、N、S代谢的微生物多样性、功能基因丰度的动态变化规律,为酸性矿业废水污染的农田土壤的治理提供可参考的理论依据。本实验的研究结果如下:1.与未污染区相比,酸性矿业废水污染的土壤中微生物量减少,微生物量与理化性质之间存在显著的相关性。每克干土细菌和古菌16S丰度拷贝数分别为3.01×1013-5.80×1013、4.30×1011-9.06×1011,土壤中细菌含量高于古菌;在污染和对照的土壤剖面中,剖面深度不同微生物数量不同,0-20 cm表层土壤中细菌的数量均显著高于其他各层(p<0.05),随着剖面深度的增加,细菌和古菌的数量呈下降趋势,但古菌的下降速率低于细菌。总氮和硝氮含量与土壤中细菌、古菌的丰度均呈极显著的正相关,细菌和古菌丰度与土壤中重金属铁、锰、钴、镍的含量呈极显著负相关,与重金属铜、镉、铅的含量极显著正相关;2.酸性矿业废水污染的土壤环境下微生物多样性降低,理化性质pH、铁、铬、铅、铜、锌、镍、锰等重金属与微生物群体结构相关性密切,其中S含量与Shannon指数、Simpson指数正相关,而Fe2O3则与之负相关。污染区土壤的微生物多样性指数Chao1指数、Shannon指数、Simpson指数均降低,且表层土壤(0-1Ocm)剖面深度下的物种丰富度相对较高;受污染区土壤放线菌门占比高于未受污染区,高出约10%;3.酸性矿业废水污染区土壤和对照区土壤中参与C、N、S转化的功能基因丰度有随剖面深度的增加而降低的趋势,0-1Ocm剖面深度下最大。AMD对土壤剖面中功能基因nifH、nirS、amo4-AOB和HZO、pmoA、dsrB的影响较为显著,在AMD污染的剖面土中,amo4-AOA和nirK在氨氧化和反硝化过程中扮演着更为重要的角色,AMD污染导致的pH降低以及总硫和总铁含量的增加是导致土壤剖面氨氧化和反硝化作用变化的主要原因;4.酸性矿业废水污染的土壤中微生物量及参与C、N、S转化的功能基因丰度整体上随季度有变化趋势,呈夏低秋冬高的特点。比较7月(夏季)、9月(秋季)、12月(冬季)不同时间条件下相同功能基因的丰度可以看出,参与C、N、S转化的功能基因nifH、nosZ、amoA-AOB、HZO、pmoA、pmoA1、pmoA2、apr4、dsrB的基因丰度整体有随时间变化而增加的趋势;而参与反硝化的功能基因nirS丰度在夏季较高。同时研究也发现夏季、秋季、冬季的土壤中,0-20cm剖面深度中的微生物量及参与C、N、S的功能基因丰度相对较高。