【摘要】：三峽庫區(qū)是新形成的生態(tài)系統(tǒng),具有反季節(jié)的蓄水和泄水特征,其沉積物特征較之成庫前有顯著改變。外界物質(zhì)的不斷輸入,持續(xù)改變沉積物環(huán)境,從而影響沉積物中微生物群落。同時,微生物在沉積物-水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用。氮素是生物有機(jī)體組成的重要物質(zhì)基礎(chǔ),也是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素之一,而微生物氮循環(huán)是沉積物-水生生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)主要環(huán)節(jié)。因此,研究庫區(qū)沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)特征和硝化反硝化過程,有助于我們了解庫區(qū)微生物系統(tǒng)多樣性及微生物氮循環(huán)過程,為庫區(qū)物質(zhì)循環(huán)以及生態(tài)系統(tǒng)評估提供理論依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)選取三峽庫區(qū)萬州至云陽小江流域的三段—上流域段(南河)、中流域段(漢豐湖)和下流域段(澎溪河)為研究對象,在2014-2015年泄水和蓄水期采集表層沉積物和上覆水。分析沉積物及上覆水理化性質(zhì),運(yùn)用乙炔抑制法測定沉積物在泄水和蓄水期的硝化、反硝化速率,以實(shí)時熒光定量PCR技術(shù)研究沉積物反硝化功能基因(nirK、nirS、nosZ)和細(xì)菌16S rRNA基因的豐度,采用高通量測序技術(shù)分析沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu);以單因素、多因素方差分析方法分析理化性質(zhì)的差異性,以Pearson相關(guān)性分析理化性質(zhì)之間、理化性質(zhì)與硝化反硝化速率之間、理化性質(zhì)與反硝化功能基因之間的相關(guān)性,多變量分析技術(shù)分析理化因子對沉積物細(xì)菌群落及硝化、反硝化菌群的影響。主要結(jié)果如下:1.小江流域上覆水和沉積物理化指標(biāo)在泄水期與蓄水期均存在顯著水位季節(jié)差異(p0.01~0.05)。理化因子(上覆水:TN、NH4+-N、TOC;沉積物:TN、NO3--N、NH4+-N、TP、TOC)含量總體呈蓄水期高,泄水期低的特征;小江不同流域段(南河、漢豐湖和澎溪河)沉積物、上覆水理化性質(zhì)受流域周圍土地利用類型、消落帶面積大小等環(huán)境因素影響。小江流域沉積物理化因子與上覆水理化因子有顯著相關(guān)性(p0.05)。2.南河、漢豐湖、澎溪河沉積物15年硝化速率分別為:[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];反硝化速率分別為:[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]。南河沉積物硝化速率蓄水期高于泄水期,且與沉積物TN、NO3--N、NH4+-N及TOC顯著正相關(guān),而漢豐湖、澎溪河積物硝化速率泄水期高于蓄水期,與理化因子無顯著相關(guān)性。南河、漢豐湖、澎溪河反硝化速率均呈現(xiàn)蓄水期低于泄水期,南河沉積物反硝化速率與沉積物氮素指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān),其他流域段無顯著相關(guān)性。三流域段沉積物硝化反硝化細(xì)菌數(shù)量是影響硝化反硝化速率的重要因素(p0.05)。3.14-15年,南河、漢豐湖、澎溪河沉積物反硝化功能基因相對豐度范圍分別為: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)。反硝化功能基因相對豐度在泄水期和蓄水期均呈現(xiàn):nirKnosZnirS規(guī)律,且存在顯著差異(p0.05)。沉積物環(huán)境因子pH、NH4+-N和TN是影響沉積物反硝化功能基因的主要環(huán)境因子(p0.05)。nirS與沉積物硝化速率呈顯著正相關(guān)(p0.05),而反硝化功能基因(nirK、nosZ、nirS)與沉積物反硝化速率無顯著相關(guān)性,表明小江流域沉積物中硝化反硝化作用可能是耦合的硝化-反硝化行為。4.14-15年小江流域沉積物細(xì)菌群落共檢出53個門,144個綱,332個目,676個科,1035個屬。且細(xì)菌群落豐度和多樣性隨季節(jié)水位時間的變化存在顯著差異(p0.05)。小江流域沉積物細(xì)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為優(yōu)勢菌群,優(yōu)勢菌群豐度在70%以上。多變量分析表明,氮素是影響沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的主要環(huán)境因子。5.小江流域沉積物硝化菌群主要包括:Nitrospina、Nitrospira、Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus等,其中以Nitrospira屬為優(yōu)勢菌群,豐度在0.08%~9.16%。反硝化菌群主要包括:Pseudomonas、Bacillus、Achromobacter、Alcaligenes等,其中以Pseudomonas屬為優(yōu)勢菌群,豐度在0.04%~9.24%。RDA分析表明,小江流域南河段沉積物主要硝化反硝化細(xì)菌受沉積物pH顯著影響,其他流域段沉積物理化因子無顯著影響。
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【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2369044