贵州草海表层沉积物DOM与微生物对磷的地球化学特征影响研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:goooooooal
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
沉积物-水界面(表层沉积物)是沉积环境与上覆水营养物质交换的重要场所,在元素循环过程中起着“源”“汇”的作用。磷是富营养化的关键元素,磷的赋存形态、时空分布、迁移转化是地球化学研究热点和优先领域。随着近年来外源污染的有效控制,沉积物内源磷可能决定了富营养化过程。以往的研究多集中在物理及化学因素对沉积物中磷形态及迁移转化影响,而忽略了微生物、溶解性有机质(DOM)等生物影响因子对沉积物中磷素地球化学特征的影响。基于此,本论文以高原典型岩溶湿地—贵州草海为研究对象,按枯水期、丰水期及人为干扰区采集草海表层沉积物样品,通过经Huper改进的Psenner连续提取法、Ivanoff连续提取方法、酶水解法、液相31P-核磁共振等方法,揭示沉积物中磷的地球化学特征。利用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱及平行因子分析等方法解析枯水期和丰水期中草海沉积物DOM的组成;并通过室内模拟实验探究沉积物DOM对磷迁移行为(吸附-释放)的影响。此外,采用高通量测序、宏基因组学等方法分析枯水期、丰水期沉积物的微生物群落结构及功能组成。本研究揭示了磷及有机磷在草海沉积物中的含量、赋存形态及分布规律,系统评估了沉积物微生物群落和DOM对沉积物中磷迁移转化的影响。本研究进一步加强了对沉积物中磷素生物地球化学过程的认识,也为高原湖泊的生态治理与环境管理提供了参考。主要结论如下:(1)草海沉积物总磷含量范围为662.89-1188.57 mg kg-1,湖区西部至中部和南部区域的总磷含量较高;总体呈现湖心区高、湖滨区低的分布特征。磷释放风险分析显示:县城至西海码头区域处于高度释放风险,且有向湖心蔓延聚集的趋势。沉积物中不同磷形态总体分布趋势为:Na OH-NRP>Res-P>HCl-P>BD-P>Na OH-SRP>NH4Cl-P,其中生物有效性磷占总磷的60.06-70.41%。根据有机磷活性分级,草海沉积物枯水期时有机磷主要由Ful-Po(富里酸有机磷)组成;丰水期时主要以Hum-Po(胡敏酸有机磷)为主;丰水期时沉积物有机磷活性较枯水期时有不同程度降低。可酶解有机磷的平均浓度在枯水期时占有机磷的65.91%,在丰水期时占53.62%;其中,活性单酯磷是可酶解有机磷的主要成分,占可酶解有机磷的53.51%(枯水期)和50.39%(丰水期);其次为二酯磷和类植酸磷。31P-NMR结果表明:沉积物中各磷形态含量从大至小依次为:正磷酸盐(Ortho-P)>单酯磷(Mono-P)>DNA-P>焦磷酸盐(Pyro-P);Mono-P是主要的有机磷组成,以肌醇六磷酸为主,其次为腺苷-5’-单磷酸和甘油磷酸酯。主成分分析和相关性分析结果表明,人为污染物输入和本地生物过程是草海沉积物中有机磷的重要来源。(2)草海沉积物DOM的相对浓度、芳香度、腐殖化程度及腐殖化指数(HIX)在枯水期时比丰水期时高,而DOM相对分子质量、荧光指数(FI)和自生源指数(BIX)则相反。这表明草海沉积物DOM以内源为主,丰水期比枯水期时沉积物生物活动更强、自生源贡献更高、腐殖化程度更低。草海沉积物以C1(土著类蛋白)组分和C2(陆源类腐殖质)组分为主,C3(生物源类腐殖质)组分在丰水期时消失。共现性网络分析和冗余分析显示,枯水期时α254、E253/E203、C1组分、α355、SR、E3/E4影响着沉积物中多种(≥9)磷形态;指数(FI)对枯水期磷形态的影响最大。在丰水期时α254、E253/E203、α355、E4/E6、HIX影响着沉积物中多种(≥8)磷形态;BIX对丰水期沉积物中磷形态的影响最大。模拟研究中,种植黑藻和藨草后的沉积物与对照沉积物表现出相似的磷吸附动力学,但三者的吸附等温线与释放特征存在明显差异。分析不同吸附-解吸行为背后的机制,发现黑藻和藨草主要通过改变沉积物中DOM的荧光强度和荧光组分(类富里酸和类腐殖酸)含量来影响磷的迁移行为。(3)草海沉积物在枯水期与丰水期的微生物组共有5域、8界、132门、280纲、664目、1265科、3226属、17019种。细菌(域)占主导地位,平均占比94.09%;其中以变形菌门为优势门,暖绳菌属(Caldilinea)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、链霉菌属(Streptomyces)为优势属。丰水期时沉积物中优势域、门、属与枯水期间基本一致;差异判别分析(Lef Se)也发现两个水期间具有显著差异的微生物类群不是优势类群,丰度相对较低;说明微生物群落在水期转化中相对稳定。与磷循环有关的基因中,磷酸转运系统相关基因和多聚磷酸盐合成相关基因的丰度较高。含有磷循环相关基因的微生物组共有1445属、4249种;其KEGG功能主要为膜转运和信号传导。枯水期时pho A、phn D、pho B基因,Shannon指数,及气单胞菌属(Aeromonas)、Candidatus Accumulibacter、假单胞菌属(Pseudomonas)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、长绳菌属(Longilinea)广泛影响(≥5种)沉积物中磷形态;丰水期时沉积物pho A基因及沉积岩杆菌属(Ilumatobacter)、Ardenticatena、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、Levilinea、长绳菌属(Longilinea)、硫杆菌属(Thiobacillus)广泛影响着沉积物的磷形态。通过冗余分析(RDA)、网络分析及结构方程模型(SEM)方法揭示了:含pho D基因的微生物类群可以直接影响磷形态,也可通过耦合碳、氮循环及酶活性来间接影响沉积物磷形态。在人为干扰强烈区(湖滨带),细菌群落主要通过铁的氧化/还原和调控碱性磷酸酶活性来影响沉积物中磷形态,而古菌群落则通过改变酸性磷酸酶活性和有机质来影响沉积物中磷形态;其中地杆菌属(Geobacter)、厌氧绳菌属(Anaerolinea)、苔藓杆菌属(Bryobacter)和硫杆菌属(Thiobacillus)对沉积物中磷形态影响最高。(4)综合分析2个水期所有参数(水质参数、沉积物理化指标、DOM光谱参数、与磷循环相关基因、微生物群落)对沉积物中磷形态的影响,DOM光谱参数BIX(自生源指数)对草海沉积物中磷形态变化的影响最大(解释度为16.3%);其次依次为Candidatus Accumulibacter、沉积物p H、pho B基因(磷饥饿反应调控基因)、FI(DOM荧光指数)及硫杆菌属(Thiobacillus)。总体来看,除了沉积物p H等理化环境因子,生物代谢活动(溶解性有机质、与磷循环相关基因及微生物群落)对贵州草海沉积磷的生物地球化学特征产生了决定性影响。
其他文献
Ekman流适用于描述大气Ekman层的动力学特征,被广泛应用于大气动力学领域的研究。本文综合运用指数二分性理论、扰动理论、特征值理论和非线性泛函分析工具,系统研究了Ekman模型在适当边界条件下的显式解的表达式、解的局部分析和全局分析、以及带湍流项的Ekman模型周期解的存在性和Ulam型稳定性等。首先,考虑地表处风速为零,在Ekman层高处风变为地转风时,给出当湍流摩擦系数分别为高度的常值扰动
学位
本学位论文研究了一类既具有广泛应用背景又具有理论意义的时变切换系统:x(t)=A(t)x(t)+fω(t,x(t))(t,x(t)),t≥t0.这里x是未知函数,A(t)是赋范线性空间X中有界或无界的线性算子族,P是指标集,yi和fi(i∈P)均为已知函数(yi被称为切换曲线),切换律ω:[t0,+∞c)× X →P满足:当x(t)=yi(t)且x(t)∈τi(t)(t>t≥t0)时,有ω(t,x
学位
海洋环流数学模型在海洋科学和大气科学中发挥着重要作用,对其进行深入研究并取得进展对于深入理解海洋环流和大气动力学具有重要科学意义。本文从无粘性的欧拉方程和质量守恒方程出发,根据流体静压分布,选取合适的比例因子,引入流函数,应用秩定理,将控制方程转化为非线性海洋涡度方程。在此基础上,运用球极投影变换将非线性海洋涡度方程转化为相应的二阶常微分方程,进而研究南极绕极流的周期、积分、非局部边值问题和北极环
学位
多智能体系统是分布式人工智能的重要分支,在编队控制、并行计算、数据融合等领域有广泛应用.协同控制是多智能体系统研究的核心内容,能控性则是协同控制研究的基本问题.本文研究时滞多智能体系统的能控性,包含了固定拓扑和切换拓扑下的相对能控性,以及固定拓扑下的结构能控性.本文主要研究内容如下:首先,研究具有状态时滞的多智能体系统在固定拓扑下的相对能控性.通过构造通信协议,将具有状态时滞的同质(异质)多智能体
学位
如何使引力理论与量子理论相协调,构造一套完备的引力量子化理论已成为物理学长期以来极富挑战的热点问题。为此,人们提出了不同的理论尝试,如引入弦理论、在引力背景下修正量子力学基本对易式而建立的广义不确定关系、非对易几何理论、量子理论应用于弯曲时空等。为了进一步理解弯曲时空与量子力学的本质,本文以量子力学为基础,将其应用于弯曲时空,不同的拓扑缺陷时空必然给量子力学赋予一些新的物理效应,并将引力的影响以修
学位
切换系统作为一类重要的复杂系统被广泛应用于容错控制设计、故障诊断、以及各种复杂结构的建模。在自动控制领域,切换经常作为一种重要的控制思想被应用于设计变结构控制器和多模态控制器。因此,深入研究切换机制与子系统之间的耦合并充分利用切换的作用解决实际工程问题具有重要的实际意义。针对切换系统的切换机制设计问题,许多学者关注的是含有稳定子系统或者子系统含稳定因素的切换系统,并且一般采用时间依赖切换规则来实现
学位
钩藤碱(rhynchophylline,RIN)和异钩藤碱(isorhynchophylline,IRN)是一对同分异构体,作为传统中药植物钩藤(Uncaria rhynchophylla)中最重要和主要的萜类吲哚生物碱(terpenoid indole alkaloids,TIAs),它们因为具有强大的神经保护作用和治疗阿尔茨海默症的潜力而受到广泛的关注。与其重要的药理作用相比,钩藤遗传信息却知
学位
杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)是我国珍稀二级保护植物,分布于热带至暖温带地区,是多年生落叶乔木,单科单属单种。杜仲是中国特有的优良经济林树种,不仅是中国传统名贵的中药材,也是一种具有开发潜能的产胶植物,在它的果皮、树皮和叶片中均含有白色杜仲胶,又称古塔波胶。但杜仲胶生物合成机理至今尚未完全清楚,已发现橡胶链的延伸与橡胶延长因子(REF)和小橡胶颗粒蛋白(SRPP)有关,二者
学位
矮沙冬青(Ammopiptanthus nanus)是豆科(Leguminosae)沙冬青属(Ammopiptanthus)的两个物种之一。它分布区狭窄,仅分布在新疆乌恰县境内,并且是荒漠中唯一的常绿阔叶灌木。是国家一级保护植物,对于研究新疆西南荒漠区系的发生与发展具有重要的科学价值。矮沙冬青长期适应干旱、高温、低温等恶劣的自然环境,使其成为挖掘抗逆基因的较好材料。本研究以矮沙冬青为材料,首先研究
学位
马铃薯晚疫病是对马铃薯危害最为严重的病害之一,会导致马铃薯大面积减产甚至绝收。嫁接技术已广泛应用于提高农作物抗逆性,然而,嫁接对提高马铃薯晚疫病抗性的分子机制尚不清楚。本研究将高抗晚疫病的马铃薯品种青薯9号(简写Q)与易感晚疫病的马铃薯品种费乌瑞它(简写F)进行嫁接,探究嫁接对接穗晚疫病抗性的影响,以及接穗相关生理生化和基因表达变化的原因,以期解析嫁接对马铃薯晚疫病抗性影响的机理。研究取得如下结果
学位