【摘 要】
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人类活动,如水坝建设、灌溉和污水排放等,改变了河流的流态和水资源的利用方式,从而对河流生态系统造成不利影响。青藏高原作为地球上仅剩不多的净土之一,人类活动的增加可能威胁到其区域内河流环境安全。近年来,青藏高原最著名的跨界河流雅鲁藏布江的最大支流——拉萨河日益受到人类活动的影响。但是对于包括水库大坝修建、污水排放在内的人类活动,对其生态系统的影响程度及发展趋势,目前研究较少。本文采用荧光定量PCR及
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人类活动,如水坝建设、灌溉和污水排放等,改变了河流的流态和水资源的利用方式,从而对河流生态系统造成不利影响。青藏高原作为地球上仅剩不多的净土之一,人类活动的增加可能威胁到其区域内河流环境安全。近年来,青藏高原最著名的跨界河流雅鲁藏布江的最大支流——拉萨河日益受到人类活动的影响。但是对于包括水库大坝修建、污水排放在内的人类活动,对其生态系统的影响程度及发展趋势,目前研究较少。本文采用荧光定量PCR及二代高通量测序技术,分析拉萨河中下游丰水期水体及底泥中细菌、古菌、真核光合微生物的群落结构及氮转化相关微生物的丰度特征,讨论微生物群落结构与人类活动之间存在的联系,从而为拉萨河的开发及政策决策提供参考。具体结果如下:(1)研究了拉萨河流域的水文水质变化。库区水体p H、电导率、有机碳含量均高于相应坝下水体;坝后各样点中,曲水样点(M7)水体中的有机碳及各形态氮素含量最高。受大坝影响的库区底泥中的TOC、NH4+-N和TN含量明显高于坝后河段,大坝建设和污水排放导致了沉积物氮和磷含量的增加。此外,在污水排放区部分理化因子和底泥DNA含量从上游到下游逐渐增加。结果说明拉萨河经过灌渠及城市流至下游,接纳了工农业及生活污水,水体营养物质逐渐积累;坝式水电站建设对原河道水文情势的改变较为剧烈,库区河段流速下降,有机质蓄积。(2)研究了拉萨河水体中微生物群落变化。河水流动过程中受大量生活污水、工业有机废水及农作物施肥等的影响,越往下游营养物质越丰富,特别是氨氮的富集致使下游河段氨氧化微生物丰度升高。水体细菌种类较为丰富,共有34门,其中主要优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),主要优势属为不动杆菌属(Acinetobacter)。水体古菌群落多样性显著低于细菌,且门水平上不同样点的群落结构较为相似,泉古菌门在所有样点中均占绝对优势。水体真核光合微生物群落共有15门182属,其中绿藻门(Chlorophyta)总体丰度最高,聚球藻科下的Cyanobium属总体丰度最高。相比于水体古菌群落,由大坝建设和污水排放引起的环境因子的变化对细菌及真核光合微生物群落结构的影响更为剧烈。包括水体p H、总氮、硝氮在内的环境因子通过影响主要微生物种属的相对丰度从而改变微生物多样性及群落结构。(3)研究了拉萨河底泥中微生物群落及氮循环功能菌群的变化。库区底泥中氨氧化细菌丰度显著高于坝后河段底泥,反硝化作用相关基因的丰度在污水排放区从上游到下游逐渐增加,表明大坝建设、拉萨市生活污水和羊八井地热电厂污水排放导致了氮输入的增加,促进了硝化、反硝化相关微生物的生长繁殖。根据细菌门水平物种组成分析,发现直孔库区底泥中的最优势物种为蓝细菌,旁多库区底泥中的最优势物种为酸杆菌,污水排放区底泥中的最优势物种为变形菌。这些结果表明,库区和污水排放区沉积物中营养物质浓度较高,可能诱发水生生态系统富营养化条件,威胁拉萨河环境安全。底泥微生物群落分布的变化受底泥营养浓度的影响。较高含量的TN、NH4+-N和有机物会增加底泥中红游动菌属细菌(Rhodoplanes)、芽孢杆菌(Bacillus)和慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)的相对丰度。形成蓝藻的优势菌属——鞘丝藻属(Leptolyngbya),席藻属(Phormidium)和伪鱼腥藻科细菌(Pseudanabaenaceae sp.)与NH4+-N浓度显著正相关。这些结果证实大坝建设和水污染导致的多变的环境因素,包括TOC、NH4+-N、NO3--N、TN和AP等,可能会影响一些敏感物种的相对丰度,并因此改变整体底泥微生物群落结构。(4)研究了水体和底泥微生物群落对人类活动响应的异同。由于水体和底泥微生物群落中的主要类群差异较大,并且不同生境中的微生物类群对环境因子的响应也不尽相同,因此,影响水体和底泥中微生物多样性和群落结构的主要环境因素各异。T和NO3--N含量是影响水体细菌群落多样性的主要因素,而TOC、TN和NH4+-N含量是影响底泥中细菌群落多样性的主要因素。结合水体及底泥理化因子对人类活动的响应分析,可见人类活动对不同生境中的微生物多样性及群落结构有着不同的影响。
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