【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)。本實驗選取三峽庫區(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)和細菌16S rRNA基因的豐度,采用高通量測序技術(shù)分析沉積物細菌群落結(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呈顯著負相關(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菌群落共檢出53個門,144個綱,332個目,676個科,1035個屬。且細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】

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本文編號：2369044