油砂尾矿湖中硫酸盐/硫中间体还原菌驱动的水体缺氧年际扩张机制研究

本研究针对油砂尾矿湖（BML）水体持续缺氧问题，通过整合地球化学与宏基因组学技术，首次揭示了硫酸盐还原菌（SRB）和硫氧化中间体（SOI）还原菌的时空分布规律及其对溶解氧（DO）消耗的级联效应，为矿业废水生态修复提供关键理论依据。

　　

在矿业开发全球扩张的背景下，尾矿库和坑塘湖水体酸化与溶解氧（DO）耗竭已成为严峻的环境挑战。传统研究多聚焦硫化物（S^2-）和硫酸盐（SO₄^2-）的转化，却忽视了硫氧化中间体（SOI）这一"隐形推手"——它们既能加剧水体毒性，又能通过微生物介导的快速循环隐匿真实环境风险。更棘手的是，现有技术难以捕捉这些瞬息万变的硫物种，使得尾矿水体治理如同"盲人摸象"。

面对这一困局，多伦多大学（University of Toronto）土木与矿物工程系的Yunyun Yan团队对加拿大首个油砂尾矿修复示范湖——Base Mine Lake（BML）展开了长达5年的追踪研究。通过创新性地结合水体理化分析、16S rRNA测序和宏基因组技术，研究人员首次绘制出硫酸盐/硫中间体还原菌（SRB）的生态图谱，揭开了这些"缺氧制造者"如何通过级联反应年复一年蚕食水体氧气的秘密。相关成果发表在环境科学顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》上。

研究团队运用三大关键技术：分层采样（按溶解氧梯度划分oxic/oxycline/suboxic/anoxic四区）、硫形态分析（检测∑H₂S/S₂O₃^2-/SO₃^2-）和功能基因挖掘（Dsr/Asr/Phs等硫代谢通路基因）。2017-2021年间采集的353份水体样本构成动态监测网络，宏基因组数据则揭示了SRB的"代谢武器库"。

【环境异质性】数据显示BML存在显著的季节分层：春季水体混合期SRB活性受抑，而夏季热分层导致底部缺氧区扩张，为严格厌氧的硫酸盐还原菌（如Desulfobacteraceae）创造"温床"。值得注意的是，亚氧区（suboxic）检测到硫歧化菌（SDB）活性，表明SOI转化已突破传统缺氧边界。

【SRB群落特征】宏基因组分析发现两类"主力军"：依赖DsrAB途径的经典硫酸盐还原菌主导深水区，而拥有PhsABC/SreABC等复合酶的SOI还原菌在过渡带活跃。令人意外的是，某些菌株（如Sulfurospirillum）展现出"代谢双面性"，既能还原S₂O₃^2-又可进行歧化反应。

【环境启示】该研究颠覆了三个认知：首先，SRB的生态位远比设想中宽广，其SOI代谢能力使硫循环影响半径扩大40%；其次，夏季分层期SRB群落产生的∑H₂S可达冬季的17倍，直接导致缺氧体积年增8%；最后，检测到的mccA基因证实了多血红素细胞色素c介导的跨氧梯度电子传递，这解释了硫循环在低氧环境的持续性。

这项研究为矿业环境管理提供了双重路线图：技术上，建议开发针对SOI的实时监测手段；策略上，需重新评估现有尾矿湖修复标准——单纯控制硫酸盐已不足以保证DO恢复。更深远的意义在于，揭示了微生物硫循环在气候变化背景下的放大效应，为预测全球矿区水体生态演变提供了关键参数。正如作者Lesley A. Warren强调的："理解SRB的代谢弹性，是打破尾矿湖缺氧恶性循环的第一把钥匙。"