菹草腐烂分解对污染物释放及对沉积物厌氧氨氧化细菌的影响

发布时间：2018-12-14 05:22

【摘要】：沉水植物(Submerged macrophyte)是湖泊生态系统的初级生产力,在湖泊生态系统结构和功能以及生物多样性维持等方面具有举足轻重的作用。当前,由于氮、磷等营养盐过剩导致沉水植物在许多湖泊中过度生长且泛滥成灾。当季节转换过程中,大量的沉水植物凋落、衰亡,其残体及枯落物腐烂分解所造成严重的二次污染‖对水生生态系统的安全构成巨大威胁。基于此,本论文选取典型沉积物植物—菹草为研究对象,通过野外及室内试验,研究菹草腐烂分解速率及氮、磷等营养物的释放规律;研究不同初始生物量(0g、10g、40g、80g)下菹草腐烂分解过程对上覆水及金山湖(J)、玄武湖(X)、太湖(T)沉积物中主要污染物的影响,并通过三组沉积物厌氧氨氧化细菌(Anaerobic Ammonium Oxidation,Anammox)群落结构、丰度、多样性等变化特征,阐明菹草腐烂分解对硝化作用及其氮循环的影响。主要研究结果如下:(1)菹草分解速率为0.028 d-1,分解50%干物质量所需时间为25天,分解95%干物质量需要时间为107天。菹草的分解过程可分为三个阶段,分别为快速淋溶分解、中速分解、慢速难分解阶段。菹草分解过程中总磷(TP)表现为下降-上升-下降的趋势,TP积累指数呈净释放。总氮(TN)呈上升-下降-上升趋势,TN积累指数表现为先积累后释放的变化规律。(2)菹草腐烂分解过程对上覆水质有明显的影响。分解初期,水体溶解氧(DO)含量先迅速下降,后缓慢上升。初始生物量越大,水体DO的损耗越多。此外,初始生物量越大,p H值的下降幅度越大,随后p H值缓慢上升,最终保持在一定范围。菹草的腐烂分解显著增加上覆水TN、氨态氮(NH4+-N)及TP含量,随初始生物量的增加,上覆水TN、NH4+-N、TP含量的增幅越高。上覆水中硝态氮(NO3--N)在菹草腐烂分解初期,含量迅速下降,随后呈缓慢上升趋势。(3)菹草腐烂分解可引起沉积物理化因子的变化。在其腐烂过程中,沉积物中有机质含量呈明显上升趋势,但对沉积物p H值的影响不大。此外,菹草的腐烂分解会增加沉积物TN、NH4+-N负荷,且随初始生物量的不同,对沉积物TN、NH4+-N含量增幅率亦有明显的影响。试验验结束后,J、X组沉积物中TN含量的顺序为40g80g10g0g,T组为80g10g40g0g。菹草腐烂分解对沉积物NO3--N含量的影响较为复杂。沉积物TP、铁/铝磷(Fe/Al-P)含量随菹草的腐烂分解呈增加趋势,试验结束后,TP表现为80g40g10g0g的变化顺序。J和T组钙磷(Ca-P)相对稳定。三组沉积物NH4+-N含量与上覆水体p H呈显著负相关关系。(4)菹草的腐烂分解显著改变沉积物中Anammox细菌群落的组成、结构、丰度、多样性等生态分布特征。其中,J、X、T沉积物Anammox丰度表现为:J40J0J80J0、X80X40X0X10、T0T10T40T80。菹草的腐烂分解会降低Anammox多样性指数(Shannon)和丰度指数(Chao1)。J组Shannon指数与NO3--N含量显著正相关,Chao1指数与TP显著负相关;T组Shannon、Chao1指数与亚消态氮(NO2--N)、NO3--N显著正相关;X组Anammox丰富度和多样性与环境因子之间无显著相关性。菹草的腐烂分解将导致Anammox群落结构趋于简单,呈现出单一化的趋势。随菹草初始生物量的增加,J组沉积物中Kuenenia属所占比例逐渐减少,Brocadia属所占比例增大,J80组中Brocadia所占比例达100%。X组沉积物Brocadia属随初始生物量增多所占比例逐渐减少,Kuenenia属所占比例则有所增加,X40、X8组Kuenenia属所占比例达到100%。T组沉积物中Brocadia属占主导地位,菹草腐烂分解后,T10、T40组Brocadia属所占比例为100%,T80组Brocadia属所占比例为96.87%,而Anammoxglobus/Jettenia属所占比例仅为3.13%。
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【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X17;X52

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