《Bioresource Technology》：Mechanism of biomass driving microbial community assembly in eco-engineering bauxite residues: Based on molecular traits of dissolved organic matter
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微生物群落与溶解有机物（DOM）对铝土矿生态改良的耦合机制研究，通过FT-ICR-MS和DNA测序分析发现外源有机质（如玉米秸秆）与飞灰协同作用显著提升DOM多样性及分子组成，并调控微生物群落组装，揭示DOM分子特性及微生物多样性作为近端驱动因素的生态机制。
王贵珍|刘爱菊|王云娜|侯国勤|张芳硕|刘静|扎弗兰·古尔·瓦齐尔|徐玉芝|刘凯|刘洪亮|傅鹏
山东工业大学农业工程与食品科学学院，淄博 255049，中国
摘要
微生物群落和溶解有机物（DOM）是控制生物质生态工程铝土矿残渣改良的两个关键因素，但其背后的耦合机制仍不甚明了。本研究通过应用傅里叶变换-离子耦合共振质谱（FT-ICR-MS）和DNA序列分析，研究了不同生态工程铝土矿残渣中的DOM分子特征和化学多样性以及微生物多样性。同时，利用结构方程模型（Semenov等人）确定了驱动DOM-微生物网络专业化的因素。研究结果表明，外源有机改良剂（特别是含有蛭石或粉煤灰的改良剂）显著增强了DOM的分子丰富度，并改变了其分子组成。这些变化通过影响DOM-微生物相互作用的专业化来调节生态工程铝土矿残渣中的微生物群落结构。进一步的随机森林分析和结构方程模型分析显示，除了环境因素外，DOM分子特征和微生物生物多样性也是调节DOM-微生物相互作用的重要直接因素。本研究表明，DOM化合物有助于描述生态工程铝土矿残渣的成土过程，而外源有机物与粉煤灰的结合可以促进铝土矿残渣的生态工程成土作用。
章节摘录
引言
铝土矿残渣来源于拜耳法氧化铝提取过程，具有高碱度和结构不稳定性（如有机物/养分缺乏、质地紧密），严重阻碍了微生物的定殖和成土过程（Courtney等人，2014a；Xue等人，2022a；Pilla等人，2024）。通过添加外源有机物/生物质（如玉米秸秆、粪便等）将生态工程铝土矿残渣改良为类似土壤的基质，是一种具有前景且成本效益高的方法。
材料
新鲜铝土矿残渣取自中国山东淄博的中铝分公司（坐标：118.05686°E, 36.761111°N）。样品经过风干和研磨后，通过2毫米筛网进行进一步分析和培养实验。样品的质地、pH值和矿物组成详见表S1。玉米秸秆被选为铝土矿残渣改良的外源有机物。蛭石和粉煤灰分别用于增加铝土矿残渣的宏观/微观孔隙度。
外源有机物改良改善了铝土矿残渣的碱性条件
本研究表明，外源有机物改良显著降低了铝土矿残渣的碱性，pH值从约11.0降至8.10；此外，各改良处理组的电导率（ESP）和饱和吸附比（SAR）分别降低了42–58%（见表1）。这种显著的碱度降低主要源于两种协同机制：1）低分子量有机酸（如草酸和柠檬酸）直接中和残余的氢氧根离子；
结论
本研究首次揭示了在不同有机物改良策略下，生态工程铝土矿残渣中DOM池的分子差异，这些改良策略可以单独使用或与蛭石/粉煤灰结合使用。研究发现，微生物对有机物的分解促进了DOM的多样化，从而产生了难以降解的分子，这些分子进一步调节了微生物群落的组成。这一发现得到了微生物-DOM相互作用网络专业化的进一步证实。
未引用的参考文献
Reichel等人，2015年；Semenov等人，2014年。CRediT作者贡献声明
王贵珍：撰写初稿、方法学设计、数据整理。刘爱菊：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金筹集、概念构思。王云娜：数据可视化、资源管理、实验设计。侯国勤：数据可视化、软件使用、资源管理、实验设计、数据分析。张芳硕：数据可视化、软件使用、方法学设计、数据分析。刘静：结果验证、资源管理、方法学设计、数据整理。扎弗兰·古尔·瓦齐尔：
资助
本研究得到了山东省自然科学基金（项目编号：ZR2020ZD19和ZR2022YQ34）以及国家自然科学基金（项目编号：42077129和42177403）的支持；同时得到了山东工业大学与淄博市融合发展项目（项目编号：2021SNPT0012）的资助。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢Shiyanjia实验室和Lian-Chuan生物技术有限公司在DOM分析和高通量DNA测序数据分析方面提供的帮助，以及Tutools平台（http://www.cloudtut.com）为数据分析与图表制作提供的免费支持。
