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湖泊底泥中微生物的反硝化作用是湖泊氮素去除的重要途径。但我国对湖泊反硝化作用的研究不多,对湖泊中反硝化微生物的研究更少。本文试图对这两方面进行初步的探讨,为以后这方面的研究打下基础。 本文对湖泊反硝化作用的研究分为两个方面:一是对湖泊底泥反硝化作用的测定和反硝化微生物的生态研究,二是反硝化微生物对水体中硝态氮去除的研究。从三个层次对反硝化作用进行了探讨,分别是:反硝化作用的湖泊原位层次、底泥样品层次和反硝化微生物层次。 1.湖泊底泥原位反硝化势的测定 本文建立了应用乙炔抑制机理测定浅型湖泊底泥中反硝化势的简易方法。采用这种方法分别在冬季和秋季对莫愁湖底泥的反硝化势进行了原位测定。结果表明,乙炔抑制方法适合湖泊底泥反硝化作用的测定。在不添加硝酸根的情况下,秋季底泥的反硝化势为14.65μg.m-2.h-1,添加硝酸根的底泥反硝化势为78.44μg.m-2.h-1。冬季也有反硝化作用存在,其反硝化势值至少为6.25μg.m-2.h-1。 该项研究所用的主要装置均完全自制,所以花费较少,是国内为数不多的对湖泊底泥原位反硝化作用进行的测定研究。本文对湖泊底泥原位反硝化势测定方法的建立和使用为水域底泥反硝化作用研究能够在低经费水平普及和全面应用打下了良好的基础。 2.反硝化势在底泥垂直方向的分布和影响因素的研究 为了明确反硝化作用在底泥中的具体发生部位,本文研究了反硝化作用在底泥垂直方向的分布、反硝化作用同底泥化学成分,同间隙水化学成分之间的关系。对不同深度底泥反硝化势的测定结果表明,反硝化作用主要发生在8cm厚度范围内;不同厚度底泥的反硝化势变动范围在0.08~0.12μmol.L-1.h-1.g-1之间,最高的反硝化势发生深度在6cm厚度。不同厚度的底泥中有机碳含量同相应厚度底泥中的反硝化势成正相关,而间隙水中铵态氮的含量则同反硝化势呈负相关。在不同的碳源和pH条件下培养底泥,结果表明,在pH值为6和7时底泥有最高的反硝化速率。发酵型碳源如,葡萄糖、甘油、蔗糖在短时间内能较大地增强底泥中的反硝化作用。而非发酵型碳源如,乙酸、琥珀酸、柠檬酸等不能在短时间内(24h)提高反硝化作用,但在延长培养时间(48~72h)后能较大地提高反硝化作用。乳糖对底泥中的反硝化作用影响最小。 3.底泥中优势反硝化微生物的分离和反硝化条件的研究 反硝化作用的主体是存在于底泥中的反硝化微生物。为了客观地反映底泥中执行反硝化作用的微生物,本文采用了三种方法对反硝化微生物进行分离。这三种方法分别是直接稀释涂平板法,有机酸富集方法,限制电子受体的恒化器富集培养方法。用这三种方法分别得到了不同季节下具有代表性的微生物。对这些微生物进行鉴定表在肉膏陈加峭酸盐培养基中进行反硝化,但是不能在营养条件相对简单的Giltay培养基中生长。恒化器富集方法得到的冬季底泥优势微生物为产碱假单胞菌(Pseudomonasalcallge”e:),该菌株具有相当好的完全反硝化能力;夏季底泥中数量最大的稍酸还原微生物同恒化器培养方法筛选得到的优势菌株同为脱氮副球菌(Paracoccusdenitr功cans),该菌株具有很好的反硝化稍酸到氮气的能力。夏季有机酸富集方法得到的微生物为铜绿假单胞菌(Psoudomonas aeruginosa),该菌株只能将稍酸还原至N20,而不能进一步将其还原为氮气。 由于应用恒化器培养方法获得底泥或其他复杂生态中反硝化微生物的研究不多,所以为了证实恒化器富集培养方法获得微生物的可靠性并再现微生物在恒化器中的竞争过程,本文还将恒化器富集方法得到的优势菌株同直接平板涂布方法和有机酸富集两种方法得到的优势菌株在恒化器中混合培养。得到结果表明,无论是冬季还是夏季分离的微生物,通过恒化器方法得到的优势菌株都能在限制稍酸根的恒化混合培养条件下,在数量上超出另两种方法获得的优势菌株。这些结果都表明,恒化器方法适合于优势反稍化微生物的分离,恒化器方法得到的优势微生物在限制电子受体的条件下也是最具生长竞争性的菌株。 对这些具有代表性的优势菌株的反稍化能力和反硝化作用影响因素进行研究。得到结果表明,冬季和夏季的优势反峭化微生物在中温(20一32℃)下反峭化能力相差不大。而在低温下冬季适生菌株的反峭化作用则要比夏季适生菌株高出数倍。甲醇、琉拍酸是大多数反稍化微生物进行反稍化作用时的良好碳源,而葡萄糖作为反峭化作用碳源的效果不好。试验得到适合微生物进行反稍化作用的最佳pH值为pH7一7.5。在较大的碱性范围内(P H7.5一9),反硝化作用能够正常进行;而在酸性范围,反峭化作用不进行(pHS.5及以下)。铜离子的添加和浓度高低对反硝化微生物进行反稍化作用有着明显的影响。在5一200mg/L的铜离子浓度下反硝化作用能够较好的进行。而不添加铜离子或其浓度高于500mg几时,反硝化作用不能很好地进行。 4.不同季节的优势反稍化微生物可能进行季节性演替的探讨 通过恒化器培养方法得到的冬季和夏季优势反稍化微生物的种类不同,对低温的敏感性也明显不同,这一点为本文研究?