酸性岩石排水对高山溪流微生物群落的影响：以比利牛斯山脉为例

《Microbial Ecology》：Effects of Acid Rock Drainage on Microbial Communities in Alpine Streams of the Pyrenees

本研究针对酸性岩石排水(ARD)对高山溪流微生物群落的影响展开研究，通过比较酸性(pH<5.5)、非酸性(pH>6.5)及金属沉淀形成的白色涂层溪流三类水体，发现ARD显著改变细菌群落结构并降低其多样性，而真核生物和硅藻群落主要受区域因素影响。研究揭示了ARD极端环境下微生物的适应机制，为高山淡水生态系统保护提供科学依据。论文发表于《Microbial Ecology》。

　　

在巍峨的比利牛斯山脉深处，清澈的高山溪流中正悄然发生着一场化学变革。含硫岩石在自然风化过程中产生酸性岩石排水(ARD)，导致水体pH值降低、重金属活化，并在河床形成彩色金属沉淀涂层。这一自然现象在全球原始高山地区均有记载，包括秘鲁安第斯山脉、落基山脉和阿尔卑斯山脉。随着气候变暖加剧，冰川退缩和永冻层融化加速了ARD过程，然而其对高山淡水生态系统微生物群落的影响却鲜为人知。

研究人员选择比利牛斯山脉两个山谷（东部的Núria和中部的Chistau）作为研究区域，系统采集了三类溪流（非酸性、酸性和白色涂层）的附石生物膜样本。通过分子生物学技术表征细菌和真核生物群落，并结合形态学方法专门分析硅藻群落。研究发现，酸性条件显著降低了细菌群落的α多样性，而对真核生物和硅藻的影响较小。群落组成分析显示，ARD改变了微生物群落结构，酸性溪流中富集了能够利用金属和硫进行代谢的细菌类群，以及真菌和部分光合真核生物（绿藻门、链形植物门）。白色涂层溪流的微生物群落表现出独特的组成特征，与酸性溪流有明显区别。研究还鉴定出多个与ARD环境密切相关的指示类群，如酸性溪流中的嗜酸细菌ASVs（序列变异体），以及白色涂层溪流中的蓝藻ASVs。

研究采用的主要技术方法包括：在两大Pyrenean区域（Núria和Chistau）系统采集三类溪流（非酸性、酸性、白色涂层）的生物膜样本；使用16S rRNA和18S rRNA基因扩增子测序分析细菌和真核微生物群落；通过形态学鉴定硅藻种类；利用Hill数计算α多样性，NMDS和PERMANOVA分析群落结构差异，以及指示物种分析识别ARD相关类群。

Alpha多样性分析

细菌群落的丰富度(D⁰)和均匀度(EF_0,1)在非酸性溪流中显著高于酸性和白色涂层溪流（ANOVA，P<0.001）。真核生物和硅藻的多样性指数在溪流类型间无显著差异，但硅藻多样性在Núria地区显著高于Chistau。

微生物群落组成

非度量多维标度(NMDS)分析显示，细菌和真核生物群落组成在不同溪流类型间存在显著差异（PERMANOVA，P<0.05）。酸性溪流中γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)相对丰度较高，白色涂层溪流中蓝藻纲(Cyanophyceae)更为丰富。真核生物群落中，真菌和链形植物门(Streptophyta)在ARD影响溪流中富集。

指示类群鉴定

指示值(IndVal)分析鉴定出多个与ARD环境密切相关的微生物类群。酸性溪流的细菌指示类群包括嗜酸菌(Acidiimicrobia)、Rhodanobacter等；真核生物中以金藻纲(Chrysophyceae)为主。白色涂层溪流的特征类群包括假鱼腥藻(Pseudanabaena)和微颤菌科(Microscillaceae)等。

共现网络分析

细菌和真核生物群落的网络连接密度在白色涂层溪流中最低，表明这些环境的微生物群落稳定性较差，可能受到周期性环境扰动的影响。

本研究揭示了自然ARD对高山溪流微生物群落的深远影响。与采矿活动引起的人工酸化不同，自然ARD形成的酸性环境相对稳定，允许微生物群落发展出适应性策略。细菌群落对ARD最为敏感，其多样性和组成变化显著；而真核生物（包括硅藻）则表现出较强的耐受性，主要受地理区域因素影响。白色涂层溪流作为酸性与非酸性水体的混合区，形成了独特的微生物群落，但其周期性环境变化可能导致群落稳定性较低。研究结果强调了自然ARD在塑造高山淡水微生物群落中的重要作用，为理解极端环境下的微生物适应机制提供了新视角，也对高山生态系统保护具有重要指导意义。随着气候变化持续影响高山地区，ARD过程可能进一步加剧，深入了解其生态效应显得尤为紧迫。