酸性环境中土壤微生物群的代谢指纹：基于 Biolog MicroStation?的探究

《Biologia》：The metabolic fingerprint of soil microbiota in an acidified environment using Biolog Microstationtm

为解决酸性矿山排水（AMD）导致土壤酸化等环境问题，研究人员以斯洛伐克?obov 矿区为对象，利用 Biolog MicroStation?系统研究土壤微生物代谢活性。结果发现土壤 pH 影响微生物多样性，丝状真菌在酸性环境占优势，细菌在中性偏碱环境占优势。该研究为 AMD 土壤修复提供依据。

　　在地球的生态系统中，土壤就像一个神秘的微观世界，其中的微生物扮演着至关重要的角色。然而，酸性矿山排水（AMD）却成了这个微观世界的 “破坏者”。自 1994 年起，斯洛伐克的?obov 矿区及其周边就因 AMD 的影响，被宣告陷入生态灾难。AMD 从矿堆下泄漏，随着降水和水流不断侵蚀土壤环境，使得土壤 pH 值降低到 5.5 以下，土壤中的交换性 Fe 和 Al 含量增加，导致土壤退化、植被受损，严重影响了生态平衡和人类健康。即便从 1995 年开始进行修复，比如施加石灰、建造集水池，但土壤 pH 值在 1998 - 2024 年间几乎没有明显变化，该地区依旧是环境的沉重负担。

在这样的背景下，来自 Comenius 大学和 V?B - Technical University of Ostrava 的研究人员决心深入探索这片受 AMD 影响的土壤微观世界，他们开展了一项针对土壤微生物群代谢活性的研究，相关成果发表在《Biologia》杂志上。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，在土壤样本采集方面，他们从?obov 矿区堆下草地选取了三个研究区域（?1 - ?3），每个区域的土壤都代表了不同的受 AMD 影响程度和植被覆盖情况。从每个区域的表层 A - horizon 采集土壤样本，去除有机残留物后过筛备用。其次，通过化学分析，利用电位滴定法测定土壤 pH 值，采用 AES - ICP（电感耦合等离子体 - 原子吸收光谱法）测定活性 Al 和 Fe 含量，借助 EA - TCD（元素分析 - 热导检测法）测定总碳和总氮浓度。再者，运用培养法，对土壤中的丝状真菌和细菌进行分离培养。最后，利用 Biolog MicroStation?系统，对分离出的微生物进行鉴定和代谢分析。

研究结果如下：

• 土壤特性：研究区域?1 受 AMD 影响严重，植被缺失且存在水蚀，土壤类型为 Dystric Cambisol（受污染且侵蚀）；?2 仍受酸化影响，但有嗜酸植物覆盖，土壤类型为 Dystric Cambisol（受污染）；?3 无明显酸性水影响，植被覆盖完全，土壤类型为 Dystric Cambisol。
• 土壤丝状真菌：Biolog 系统鉴定出 16 属 42 种丝状真菌，?2 区域的多样性最高。这些真菌主要属于 Ascomycota（86.1%）和 Mucoromycotina（13.9%）两个门。不同真菌对碳底物的利用差异较大，Penicillium sp. 利用的碳底物数量最多。在氨基酸利用方面，多数真菌对 L - proline 等多种氨基酸有较高代谢活性；在羧酸、酯和脂肪酸利用方面，琥珀酸的利用率达 93%；在糖利用方面，木糖、木糖醇、D - 海藻糖和 D - 核糖的代谢率高达 92%。
• 土壤细菌：Biolog 系统鉴定出 16 属 26 种可培养细菌，?3 区域的细菌种类最多。细菌主要来自 Firmicutes（68.75%）、Actinobacteria（15.63%）等多个门。不同细菌对碳底物的利用能力不同，Bacillus 和 Staphylococcus 属的细菌代谢活性较好。在糖利用方面，D - 葡萄糖和 D - 海藻糖起关键作用；在羧酸、酯和脂肪酸利用方面，D - 葡萄糖酸的代谢活性最高；在氨基酸利用方面，L - 谷氨酸和 L - 丙氨酸的利用率较高。此外，多数细菌对低盐度（1% 和 4%）不敏感，在 pH 6 时生长良好，对多种抗生素代谢活性低。
• 微生物代谢活性比较：研究区域微生物的平均代谢活性从低到高依次为?3（52.3%）＜?1（53.2%）＜?2（56.7%）。丝状真菌的代谢活性（72%）明显高于细菌（36%）。在糖和氨基酸利用上，真菌和细菌呈现相反趋势。土壤 pH 对微生物多样性影响较大，对代谢活性影响较小。

研究结论和讨论部分指出，Biolog MicroStation?系统鉴定出了多种土壤丝状真菌和细菌，且它们在不同区域的多样性和代谢活性存在差异。土壤细菌在酸性环境中数量减少，丝状真菌逐渐占据优势，在 AMD 影响的土壤中，丝状真菌对生物地球化学过程的贡献更大。土壤 pH 主要影响微生物的多样性，而非代谢活性。通过分析这些代谢指纹，研究人员能够深入了解 AMD 影响土壤中的动态过程，为制定有效的修复策略和评估 AMD 的长期环境影响提供关键依据，对保护生态环境和人类健康意义重大。