微生物对赤泥生态修复的促进作用及与其它关键修复因子的耦合作用机制研究

Security comprehensive utilization of bauxite residues continues to be one of the main challenges and a major concern throughout the world. In situ revegetation of bauxite residue disposal areas (BRDAs) is considered as the most promising way forward in an attempt to reduce the environmental issues and risks of BRDAs and ameliorate bauxite residues. Some physical and chemical measures have been taken to reduce pH and salinity, improve the physical structure, increase organic matter of bauxite residues, and so on. However, effective use of biological measures especially the microbial communities was always ignored. In the present study, field sampling, monitoring and laboratory experiment will be used to evaluate the potential contribution of microbial communities in the ecological remediation of bauxite residue. The key microbial species in different restoration time will be identified. The mechanism and the remediation process of microbial communities for the ecological remediation of bauxite residues will also be illuminated. Meanwhile, we will explore the coupling mechanism among microbial properties, physical and chemical properties and vegetation of bauxite residues, and identify the main factors which influence the function of complex microbial communities. In the end, a combination of amendment additions, microbial communities and tolerant plant establishment will be proposed for enhancing and accelerating the ecological remediation of bauxite residues.

赤泥的安全处置和利用是全球关注的难题之一。原位绿化和生态修复被认为是解决赤泥环境问题和风险最有希望的方案，目前开展的研究主要集中在解决高pH、高盐度、物理结构不良、有机质缺乏等问题的物理化学手段，生物手段尤其是微生物群落在赤泥生态修复中的作用很大程度上被忽视，如何更好的利用和促进微生物群落作用的发挥尚不明确。为此，本项目拟采用野外采样监测和实验室微宇宙实验方法，评估微生物群落对赤泥生态修复的贡献潜力，鉴别不同时间序列发挥作用的主要微生物种类及变化规律，阐明其在赤泥生态修复中的作用机制，识别其功能发挥的主要过程；探究微生物群落与其它关键修复因子的耦合作用及作用机制，识别影响赤泥生态修复和微生物群落系统功能发挥的关键因子；同时，在此基础上，提出较为合理、有效的物理化学-微生物-耐性植物复合修复模式，为促进赤泥的快速生态修复提供有效支持。

赤泥具有强碱性、高盐性、成分复杂、营养贫瘠等特性，其安全处置和利用是全球关注的难题之一。原位生态修复被认为是解决赤泥环境问题和风险最有希望的方案，生物手段尤其是微生物群落在赤泥生态修复中的作用很大程度上被忽视，如何更好的利用和促进微生物群落作用的发挥尚不明确。本项目围绕调控赤泥主要理化性质、快速构建和激发微生物群落功能、加快赤泥生态修复进程的需求，选用土壤作为微生物接种剂，同时配施改良剂调节初始理化性质，通过野外采样和为期2年实验室模拟，研究了微生物群落对赤泥生态修复的潜在贡献及作用机制，结果发现，添加土壤作为微生物接种剂后，赤泥微生物多样性、丰度增加了1~3倍，群落结构以及理化性质都有较为明显的变化，配合改良剂调节理化性质后，赤泥微生物变化更为明显，理化性质改善更为显著，微生物群落对赤泥生态修复具有明显的促进作用，通过微生物功能分析和小分子有机酸、酸根离子、CO2等的测定，进一步明确了微生物的主要作用机制，不同修复时间赤泥微生物群落有明显变化，明确了不同修复时间序列主要微生物群落结构和功能随时间的变化规律；通过为期1年的模拟实验，选用磷石膏作为改善理化性质的改良剂，选用落叶作为有机质来源，选用土壤作为微生物接种剂，通过控制赤泥理化性质、养分条件和微生物群落，研究了赤泥微生物群落与赤泥修复关键理化因子及植物间作用关系及机制，结果发现，不同处理赤泥微生物群落和理化性质具有明显差异，微生物群落多样性、结构和赤泥理化性质间存在明显的相关性，pH、容重、有机碳和氮含量等是影响赤泥微生物群落变化的关键因子，微生物通过分泌小分子有机酸、无机酸等调节赤泥理化性质，赤泥理化性质的改善促进微生物和植物的发展，三者之间具有明显的相互作用关系；上述研究结果表明磷石膏-落叶-土壤-耐性植物（碱蓬）的组合模式对促进赤泥生态修复具有较好效果。本项目的研究成果将为促进赤泥快速生态修复提供重要的理论参考和数据支持。