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采用改进的连续分级浸提法研究向家坝库区底泥各形态氮分布特征,探讨底泥不同形态氮素与底泥性质的相关性。利用16S rRNA高通量测序技术分析底泥中的微生物群落结构,对底泥各形态氮与微生物群落的关联性进行研究,并进一步筛选底泥氮循环功能菌属,分析其与氮素之间的相关性,为评估向家坝库区底泥内源负荷现状、净化水库水质及保持水库生态系统平衡提供理论依据。结果表明:
向家坝库区底泥TN的含量在457.49~1702.93mg/kg之间,平均含量为1050.56mg/kg,库区各支流底泥TN含量从上游到下游均逐渐增加。大汶溪与西宁河底泥TN平均含量分别为868.09mg/kg和876.59mg/kg,处于清洁状态,而金沙江与中都河底泥TN平均含量分别为1262.79mg/kg和1054.67mg/kg,处于轻污染状态。库区底泥中TTN占TN的平均占比仅为33.10%,干流与各支流底泥中的TTN占总氮的百分比从上游到下游普遍降低,大汶溪底泥TTN含量与占TN比例都最大,意味着其释放风险也就最大。库区底泥各形态TTN含量大小为:强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)>离子交换态氮(IEF-N)>强碱可浸取态氮(SAEF-N)>弱酸浸取态氮(WAEF-N),其中IEF-N、WAEF-N和SAEF-N的主要赋存形态均为NH4+-N,而SOEF-N的主要赋存形态为NO3--N。库区底泥中NTN占TN的平均占比为66.90%,说明库区内氮形态的活跃度小,释放风险较小。库区底泥中TOC的含量在4967.71~21727.12mg/kg之间,平均含量为10626.37mg/kg。干流金沙江TOC平均含量最大,为13382.82mg/kg。由库区底泥C/N大小可知,向家坝库区底泥有机质主要来源于藻类与浮游动植物,以内源输入为主。
通过氮素与底泥性质的相关性分析可知,有机质含量是影响底泥氮素含量的重要因素,库区内TN与TOC可能有相同的来源。库区内TTN的增多与SOEF-N是密不可分的,而TOC的富集又有助于SOEF-N的产生。并且WAEF-N与NTN可能发生相互转换,C/N对底泥WAEF-N、SOEF-N含量会产生相反的作用。库区底泥中无机氮和有机氮的地球化学行为是相对独立的。
库区干流与各支流底泥菌群的多样性与丰富度均相当,但总体上中都河底泥菌群的多样性与丰富度最大,金沙江底泥的丰富度较大而多样性较小,大汶溪与西宁河底泥多样性较大而丰富度较小。库区底泥中的优势菌门和菌属分别为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、norank_f__norank_o__Vicinamibacterales、norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96和Gaiella,且在干流与支流底泥中,各菌门与各菌属的丰度均值分别都相当。PCA分析表明了库区底泥环境的均质性。
由RDA分析可得,对向家坝库区底泥门、属水平菌群结构影响最大的环境因素分别为TOC和C/N,而在各TTN的不同形态氮中,对向家坝库区底泥门、属水平菌群结构影响最大的分别是SAEF-N中的NH4+-N和WAEF-N中的NO2--N。而Heatmap图分析表明,SAEF-N和C/N分别对库区底泥门、属水平菌体影响最大,而在TTN中,均是WAEF-N中的NO3--N和NO2--N对库区底泥门、属水平菌体影响较大。
对于所筛选出的24种氮循环功能菌属,相对丰度在0.00~0.69%之间,总体相对丰度都较小。库区底泥各形态氮中SAEF-N对各功能菌属影响最大,而在各TTN中,WAEF-N中的NO2--N和SAEF-N中的NH4+-N对各功能菌属影响较大。
向家坝库区底泥TN的含量在457.49~1702.93mg/kg之间,平均含量为1050.56mg/kg,库区各支流底泥TN含量从上游到下游均逐渐增加。大汶溪与西宁河底泥TN平均含量分别为868.09mg/kg和876.59mg/kg,处于清洁状态,而金沙江与中都河底泥TN平均含量分别为1262.79mg/kg和1054.67mg/kg,处于轻污染状态。库区底泥中TTN占TN的平均占比仅为33.10%,干流与各支流底泥中的TTN占总氮的百分比从上游到下游普遍降低,大汶溪底泥TTN含量与占TN比例都最大,意味着其释放风险也就最大。库区底泥各形态TTN含量大小为:强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)>离子交换态氮(IEF-N)>强碱可浸取态氮(SAEF-N)>弱酸浸取态氮(WAEF-N),其中IEF-N、WAEF-N和SAEF-N的主要赋存形态均为NH4+-N,而SOEF-N的主要赋存形态为NO3--N。库区底泥中NTN占TN的平均占比为66.90%,说明库区内氮形态的活跃度小,释放风险较小。库区底泥中TOC的含量在4967.71~21727.12mg/kg之间,平均含量为10626.37mg/kg。干流金沙江TOC平均含量最大,为13382.82mg/kg。由库区底泥C/N大小可知,向家坝库区底泥有机质主要来源于藻类与浮游动植物,以内源输入为主。
通过氮素与底泥性质的相关性分析可知,有机质含量是影响底泥氮素含量的重要因素,库区内TN与TOC可能有相同的来源。库区内TTN的增多与SOEF-N是密不可分的,而TOC的富集又有助于SOEF-N的产生。并且WAEF-N与NTN可能发生相互转换,C/N对底泥WAEF-N、SOEF-N含量会产生相反的作用。库区底泥中无机氮和有机氮的地球化学行为是相对独立的。
库区干流与各支流底泥菌群的多样性与丰富度均相当,但总体上中都河底泥菌群的多样性与丰富度最大,金沙江底泥的丰富度较大而多样性较小,大汶溪与西宁河底泥多样性较大而丰富度较小。库区底泥中的优势菌门和菌属分别为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、酸杆菌门(Acidobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、norank_f__norank_o__Vicinamibacterales、norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96和Gaiella,且在干流与支流底泥中,各菌门与各菌属的丰度均值分别都相当。PCA分析表明了库区底泥环境的均质性。
由RDA分析可得,对向家坝库区底泥门、属水平菌群结构影响最大的环境因素分别为TOC和C/N,而在各TTN的不同形态氮中,对向家坝库区底泥门、属水平菌群结构影响最大的分别是SAEF-N中的NH4+-N和WAEF-N中的NO2--N。而Heatmap图分析表明,SAEF-N和C/N分别对库区底泥门、属水平菌体影响最大,而在TTN中,均是WAEF-N中的NO3--N和NO2--N对库区底泥门、属水平菌体影响较大。
对于所筛选出的24种氮循环功能菌属,相对丰度在0.00~0.69%之间,总体相对丰度都较小。库区底泥各形态氮中SAEF-N对各功能菌属影响最大,而在各TTN中,WAEF-N中的NO2--N和SAEF-N中的NH4+-N对各功能菌属影响较大。