基于宏组学研究赣南离子型稀土尾矿不同典型修复植物对根际土壤微生态的影响

Many ecological problems including vegetation destruction and erosion have been brought by disorderly mining rare earth ores in Ganzhou, causing serious environmental damages. Recently, ecosystems in mine tailing areas are being regulated by kinds of remediation methods like plant remediation, in which rhizosphere microbes play important roles. This project will analyze rhizosphere soil nutrients and enzyme activities, and microbial communities and functions by using high throughput sequencing-based metagenomics and mass spectrometry-based metaproteomics technologies, respectively. The soil samples will be collected from typically successful phytoremediation Zudong mining tailing areas in Longnan county, etc. The effects of different phytoremediation plants on rhizosphere microbial activities will be analyzed to discover the functions that microbes play during phytoremediation. By comparing the ecological effects of rhizosphere microbes from different phytoemediation soil samples, plant growth-promoting rhizobacteria and functional proteins might be found and isolated, and plant-microbe associated remediation would further be enhanced, providing scientific evidences and new ideas for facilitating soil improvement during ecological reconstruction in Gannan rare earth mine tailings.

赣南稀土无序开采导致植被破坏、水土流失等问题，给生态环境造成巨大危害。近年来，通过植物修复等途径的综合治理使废弃尾矿的生态系统得到一定程度的修复，其中土壤根际微生物发挥着重要作用。本研究拟从龙南足洞离子型稀土矿植物修复较为成功的典型尾矿区取样，分析不同年龄修复植物根际土壤的养分、酶活等因子；通过基于高通量测序的宏基因组学和基于质谱分析的宏蛋白质组学相结合的技术分析根际土壤微生物群落结构及功能，研究不同修复植物的种类对根际微生物活动的影响，以期揭示微生物在植物修复过程中所起的作用。通过比较不同修复土壤的根际微生物生态效应，从土壤中分离出植物根际促生菌以及功能蛋白，从而进一步加强植物-微生物联合修复，为加快赣南稀土矿区生态重建过程土壤改良提供科学依据和方法思路。

赣南稀土无序开采导致植被破坏、水土流失等问题，给生态环境造成巨大危害。近年来，通过植物修复等途径的综合治理使稀土废弃尾矿的生态系统得到一定程度的修复，修复过程中根际微生物发挥着重要作用。本项目从龙南足洞离子型稀土矿典型植物修复土壤取样并进行了以下研究：（1）对照未修复尾矿土壤，分析了湿地松修复（+客土修复）的根际土壤养分、土壤酶活等理化性质，发现单纯的湿地松修复对离子型稀土尾矿土壤性质有一定的改善，但其改善程度远远弱于湿地松+客土的修复方式。（2）基于16S rDNA和ITS扩增子的高通量测序分析了根际土壤微生物群落结构及功能，发现单纯的湿地松修复方式和湿地松+客土的修复方式对离子型稀土尾砂矿土壤细菌真菌的α-多样性、β-多样性均存在影响，但前者的土壤微生物功能对于稀土尾矿土壤微生物的改变强于后者的作用效果。此外还发现稀土元素对土壤理化性质及酶活的影响是由于稀土元素累积造成的，使得具有降解代谢能力的菌群成为优势菌群，从而提高了某些酶的产生与物质的分泌。（3）基于土壤代谢组学分析了不同土壤的代谢物组，发现植物修复显著改变了离子型稀土尾矿土壤中123种代谢物的含量，单纯的湿地松修复对于离子型稀土尾砂矿土壤代谢物的改变强于添加客土的作用效果。（4）通过分离筛选根际微生物发现，离子型稀土尾矿修复植物存在根际促生微生物菌群，它们在土壤改良和植物生长方面发挥重要作用。本项目研究成果为更好地理解稀土矿山微生物生态学提供了理论知识，为进一步加强赣南稀土尾矿植物-微生物联合修复，加快生态重建过程中的土壤改良提供了科学依据和可行思路。