会仙岩溶地下水微生物群落结构及硝化和反硝化功能基因的研究

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岩溶地下水是岩溶地区人们生产生活的重要水源,但因农业面源污染及生活污水等导致的岩溶地下水氮污染,已成为岩溶区重要的环境地质问题。为了寻求岩溶地下水氮污染原位治理的可能,需要弄清岩溶地下水土著微生物群落结构以及氮循环相关功能基因的丰度。目前对岩溶地下水微生物群落结构的研究虽有一些报道,但对于不同岩溶区地下水中特有微生物群落及功能菌群特征的认识尚有待进一步深入,而对岩溶地下水中氮循环相关功能基因的定量研究有助于认识氮循环相关功能菌群特征。本文以典型岩溶区桂林会仙县的一条地下水脉为研究对象,选取了三种类型的岩溶地下水,即浅层地下河、浅层机井和岩溶泉,基于16S rDNA高通量测序分析研究了会仙岩溶地下水中微生物群落结构多样性特点,同时对地下水中硝化和反硝化相关功能基因丰度进行了定量,并分析了微生物群落结构和相关功能基因丰度与环境因子间的关系。本文获得的主要结果如下:(1)会仙不同类型的岩溶地下水环境形成了不同的微生物群落结构。变形菌门(Proteobacteria)在三种类型岩溶地下水中都是主要优势菌群;放线菌门(Actinobacteria)相对丰度在不同类型岩溶地下水中存在较大差异,在部分浅层地下河样点中放线菌门相对丰度(最高可达52.67%)甚至超过变形菌门,暗示放线菌门可能可以作为分辨不同类型会仙岩溶地下水的指示物种。(2)会仙岩溶地下水微生物群落结构受降雨量影响较大。首先,由于雨季大量降水浸滤土壤进入地下水,会仙岩溶地下水微生物群落结构受土壤微生物影响较大,尤其是浅层地下河受影响最大;其次,大量降雨促进岩溶作用,进而加强地下水微生物群落结构显著影响因子Ca2+和DIC(HCO3-)的影响,尤其是岩溶泉受影响最大。(3)会仙岩溶地下水氮污染形式主要是NO3-,但其水化学特性并不利于反硝化菌进行反硝化作用从而脱除NO3-,而加强岩溶作用可能对促进会仙岩溶地下水中的反硝化作用有利。本文研究结果初步揭示了会仙岩溶地下水土著微生物群落结构以及硝化和反硝化相关氮循环功能基因丰度的特点,为发展岩溶地下水氮污染的原位治理策略提供了科学依据。
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