我国典型潮间带沉积物中氮污染状况及浮游细菌群落对氮污染的响应

来源 :中国科学院烟台海岸带研究所 | 被引量 : 9次 | 上传用户:wq999999
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我国潮间带沉积物中存在突出的氮污染问题。然而,关于潮间带沉积物中氮污染来源、评价乃至修复的研究尚不完备。本研究对我国11个潮间带沉积物中的氮素来源与浓度水平进行了综合分析,并采取直接和间接的方式对沉积物氮污染状况进行评价。同时,选取山东半岛潮间带作为典型的研究地点,针对部分细菌具有降解、利用氮素污染物的特征,探索了不同氮污染条件下浮游细菌的群落结构差异,旨在发现对氮素污染物响应较为灵敏的菌种用于后期氮污染的生物治理。主要研究工作与成果表述如下:(1)于2014年9至11月(干季)和2015年6至8月(湿季),分别在大辽河口、涧河河口、黄河口、大沽河口、苏北浅滩、长江口、杭州湾南岸、闽江口、九龙江口、珠江口、东寨港进行样品的采集工作,测定了各潮间带上覆海水及间隙水中氮素营养盐的含量、沉积物中总氮(TN)、稳定氮同位素(δ15N)、碳氮比(C/N)等参数。分析结果表明:在干季,上覆海水样品中总可溶性氮(TDN)浓度介于20.1123.7μmol/L之间,TDN浓度的最高值和最低值分别出现在大辽河口和苏北浅滩;在湿季,TDN浓度介于61.8335.3μmol/L之间,TDN浓度的最高值和最低值分别出现在九龙江口和苏北浅滩中。间隙水样品中TDN浓度相对较高;在干季,间隙水样品中TDN浓度处于30.1177.8μmol/L之间,TDN浓度的最高值和最低值分别出现在珠江口和长江口中;在湿季,间隙水样品中TDN浓度处于90.7357.9μmol/L之间,TDN浓度的最高值和最低值分别出现在涧河河口和东寨港中。在干季,沉积物中TN的含量处于168.9900.9μg/g之间,TN含量的最高值和最低值分别出现在九龙江和黄河口中;在湿季,沉积物中TN的含量处于177.61125μg/g之间,TN含量的最高值和最低值分别出现在涧河河口和黄河口中。(2)在干季,沉积物中δ15N数值处于4.3‰8.0‰之间,δ15N数值的最高值和最低值分别出现在涧河河口和东寨港中;在湿季,δ15N数值处于3.1‰7.2‰之间,δ15N数值的最高值和最低值分别出现在涧河河口和东寨港中。δ15N数值在黄河口、苏北浅滩以及东寨港中基本处于海源硝酸盐的范围中(3‰5‰),而在其它站位δ15N数值均超过5‰,且δ15N数值在大辽河口、涧河河口以及大沽河口中显著高于其它站位,表明氮素输入受人类活动的影响较大。在干季,沉积物中C/N处于7.714.7之间,而在湿季处于8.214.6之间,说明沉积物中的有机质是海洋和陆源有机物的混合。C/N比值在长江口、闽江口、九龙江口以及珠江口相对较高(>12),表明陆源输入较大。然而,C/N在黄河口和苏北浅滩中的相对较低,且在干季接近海源有机质的C/N范围之中(58)。根据不同潮间带的氮素分布状况,结合δ15N、C/N、地理位置以及人类活动数据综合分析潮间带沉积物中氮素来源状况,发现化肥的使用、养殖、污水排放以及河流运输等是潮间带沉积物中氮素的主要来源。(3)采用直接和间接的评价方式分别对潮间带沉积物、上覆水及间隙水中的氮污染状况进行评估,进而全面的反映不同潮间带地区沉积物中氮污染状况。评价结果共同揭示了非河口区沉积物中氮污染程度比河口区氮污染程度相对较轻;径流量较小的河口地区比径流量大的河口地区沉积物中氮污染程度高;降雨及河流运输可能在湿季输送大量的氮素物质到潮间带地区使潮间带地区氮污染程度相对较重。(4)为探究不同氮污染条件下细菌群落结构的差异性,于2014年7月在养马岛石滩与泥滩区、辛安河沙滩区、黄河三角洲碱蓬与米草区、天鹅湖海草区以及烟台月亮湾近海七个地点开展了浮游细菌的样品采集工作。通过提取潮间带海水样品的总DNA,构建16S rDNA克隆文库,分析细菌群落结构组成;并利用群落相似性分析(ANOSIM)和非度量多维尺度转换排序(NMDS)探究不同氮污染条件下细菌的群落结构差异。发现氮素物质的含量及多样化对不同潮间带地区浮游细菌群落结构具有较大影响,且植被覆盖能通过吸收氮素物质、释放多种类型有机质的方式使环境中的浮游细菌群里结构发生变化。养马岛石滩区由于污水排放等因素造成的水体富营养化对浮游细菌结构产生了较大的影响,大量的有机氮等物质致使γ-变形菌中的交替单胞菌科细菌成为石滩区的优势菌种,其对今后筛选功能菌株用于生物除氮的工作具有重要意义。
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