三峡库区小江沉积物细菌群落结构及硝化反硝化变化特征

发布时间：2018-12-09 07:51

【摘要】：三峡库区是新形成的生态系统,具有反季节的蓄水和泄水特征,其沉积物特征较之成库前有显著改变。外界物质的不断输入,持续改变沉积物环境,从而影响沉积物中微生物群落。同时,微生物在沉积物-水生生态系统的物质循环中起着重要作用。氮素是生物有机体组成的重要物质基础,也是引起水体富营养化的主要因素之一,而微生物氮循环是沉积物-水生生态系统氮素循环主要环节。因此,研究库区沉积物微生物群落结构特征和硝化反硝化过程,有助于我们了解库区微生物系统多样性及微生物氮循环过程,为库区物质循环以及生态系统评估提供理论依据。本实验选取三峡库区万州至云阳小江流域的三段—上流域段(南河)、中流域段(汉丰湖)和下流域段(澎溪河)为研究对象,在2014-2015年泄水和蓄水期采集表层沉积物和上覆水。分析沉积物及上覆水理化性质,运用乙炔抑制法测定沉积物在泄水和蓄水期的硝化、反硝化速率,以实时荧光定量PCR技术研究沉积物反硝化功能基因(nirK、nirS、nosZ)和细菌16S rRNA基因的丰度,采用高通量测序技术分析沉积物细菌群落结构;以单因素、多因素方差分析方法分析理化性质的差异性,以Pearson相关性分析理化性质之间、理化性质与硝化反硝化速率之间、理化性质与反硝化功能基因之间的相关性,多变量分析技术分析理化因子对沉积物细菌群落及硝化、反硝化菌群的影响。主要结果如下:1.小江流域上覆水和沉积物理化指标在泄水期与蓄水期均存在显著水位季节差异(p0.01~0.05)。理化因子(上覆水:TN、NH4+-N、TOC;沉积物:TN、NO3--N、NH4+-N、TP、TOC)含量总体呈蓄水期高,泄水期低的特征;小江不同流域段(南河、汉丰湖和澎溪河)沉积物、上覆水理化性质受流域周围土地利用类型、消落带面积大小等环境因素影响。小江流域沉积物理化因子与上覆水理化因子有显著相关性(p0.05)。2.南河、汉丰湖、澎溪河沉积物15年硝化速率分别为:[16.52±20.09~194.06±151.90μmol·(m2·h)-1]、[39.69±41.19~229.56±144.08μmol·(m2·h)-1]、[31.27±42.21~72.54±64.07μmol·(m2·h)-1];反硝化速率分别为:[24.04±364.12~647.20±127.32μmol·(m2·h)-1]、[95.24±79.82~219.21±150.55μmol·(m2·h)-1]、[73.38±6.10~425.61±330.71μmol·(m2·h)-1]。南河沉积物硝化速率蓄水期高于泄水期,且与沉积物TN、NO3--N、NH4+-N及TOC显著正相关,而汉丰湖、澎溪河积物硝化速率泄水期高于蓄水期,与理化因子无显著相关性。南河、汉丰湖、澎溪河反硝化速率均呈现蓄水期低于泄水期,南河沉积物反硝化速率与沉积物氮素指标呈显著负相关,其他流域段无显著相关性。三流域段沉积物硝化反硝化细菌数量是影响硝化反硝化速率的重要因素(p0.05)。3.14-15年,南河、汉丰湖、澎溪河沉积物反硝化功能基因相对丰度范围分别为:9.49×10-9~5.71×10-5、1.08×10-7~1.59×10-6、1.22×10-8~1.19×10-5(nirK),1.84×10-6~1.10×10-2、2.86×10-6~1.44×10-2和5.89×10-7~7.69×10-3(nosZ),2.79×10-5~4.09×10-1、2.73×10-5~1.07×10-1和3.82×10-5~4.81×10-2(nirS)。反硝化功能基因相对丰度在泄水期和蓄水期均呈现:nirKnosZnirS规律,且存在显著差异(p0.05)。沉积物环境因子pH、NH4+-N和TN是影响沉积物反硝化功能基因的主要环境因子(p0.05)。nirS与沉积物硝化速率呈显著正相关(p0.05),而反硝化功能基因(nirK、nosZ、nirS)与沉积物反硝化速率无显著相关性,表明小江流域沉积物中硝化反硝化作用可能是耦合的硝化-反硝化行为。4.14-15年小江流域沉积物细菌群落共检出53个门,144个纲,332个目,676个科,1035个属。且细菌群落丰度和多样性随季节水位时间的变化存在显著差异(p0.05)。小江流域沉积物细菌群落主要包括:Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria、Chloroflexi、Nitrospirae、Actinobacteria、Verrucomicrobia、Firmicutes、Gemmatimonadetes、Planctomycetes、Chlorobi、Latescibacteria等,其中以Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria、Chloroflexi为优势菌群,优势菌群丰度在70%以上。多变量分析表明,氮素是影响沉积物细菌群落结构组成的主要环境因子。5.小江流域沉积物硝化菌群主要包括:Nitrospina、Nitrospira、Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus等,其中以Nitrospira属为优势菌群,丰度在0.08%~9.16%。反硝化菌群主要包括:Pseudomonas、Bacillus、Achromobacter、Alcaligenes等,其中以Pseudomonas属为优势菌群,丰度在0.04%~9.24%。RDA分析表明,小江流域南河段沉积物主要硝化反硝化细菌受沉积物pH显著影响,其他流域段沉积物理化因子无显著影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X172

【参考文献】