内蒙古湖区是中国寒区典型的代表湖区,地域特征明显,在维持寒区的生态环境平衡上发挥着巨大作用。南海湖是黄河湿地包头段的重要组成部分,紧邻城市边缘,兼具寒区湖泊和城市湖泊的双重特点,湖泊历年都要经历较长的冰封时期,在冻融这个变化过程中,水环境的变化必然使敏感的微生物及其群落结构发生变化。在寒区关于城市周边湖区的冻融特征及生境变化演替规律的研究较少,因此极具研究价值。本论文从生态学角度出发,以富营养化湖泊为研究对象,基于寒区湖泊季节变化明显的特点,分析其水环境变化特征,借助高通量测序技术和生态位分析手段,认识寒区湖泊的微生物种群结构和演替规律,查明它们自身与环境因子的联系机制,归演寒区湖泊特有的微生物生态环境特征。主要研究结论如下:(1)南海湖水质年际变化趋势相似,各功能区污染程度为旅游开发区>水草区>进水口区>湖心岛区,湖区整体富营养化较为严重。冰封时期冰体中污染物析出后沉降到水体,使得冬季湖泊污染物含量整体偏高。温度作为湖泊冻融过程下的关键水质因子与DO呈现出显著正相关,与EC、SAL、TDS明显正相关性,NH3-N对TN含量的影响最为直接。(2)同位素示踪显示,不同功能区受到的有机质污染来源不同,与湖泊水质变化有一定的相关性。进水口区悬浮物有机质δ13C、δ15N值与其他区域有显著差异,表现出不同于湖泊自身同位素信号的特征,表明黄河补水为该区域带来了较多的外源有机质并产生了显著影响,这与水中营养盐变化受黄河补水影响一致。湖心岛区浮游植物密度最大,δ13C值偏负体现了浮游植物的生物选择性吸收效应。旅游开发区受人类活动影响污染源较多,导致该区域δ15N最高,该区域水体中TN、NH3-N也相对较高。表层沉积物δ13C、δ15N、TOC和TN含量最高值均出现于该区,这与湖心岛的污水排放和水生植物矿化分解有关,该区域附近具有更高的初级生产力,有机质来源较复杂降解程度较低。冰封期悬浮有机质贡献最多的端元为内源水生藻类,表层沉积物有机质主要贡献来源为土壤有机质(SOM-C3与SOM-C4)。(3)由于湖水经历冻融这一变化过程,南海湖细菌群落结构随季节变化情况较大,冬季的细菌多样性低于其他季节,优势种集中在放线菌门、变形菌门、蓝细菌门和拟杆菌门等。湖泊在冻融过程下整体优势物种从门水平来看没有明显的演替规律,仍以变形菌门为主。浮游植物总种类数的时间变化特点为夏季>春季>秋季>冬季,绿藻门是南海湖浮游植物种类的最优势类群,蓝藻门和硅藻门种类数紧随其后。水华束丝藻、微小平裂藻及四尾栅藻都是四季共有优势种,且它们在全年的密度分布较为均匀,水华束丝藻全年的生态位较宽,其出现的频率较高。秋季生态位重叠高的种对最多,冬季最少。不同时期各优势种的生态位宽度和生态位重叠不尽相同,各物种对环境因子的适应能力存在差异。(4)因各季节水环境及沉积物污染水平均有不同,在不同季节,影响细菌生长的环境因子有所差异。冰封期时,DO、pH、CODCr是影响水体细菌生存的主要因素,湖泊水体中能够成为优势菌属的微生物大多都表现出与三者较强的正相关关系,与TN则为负相关关系。冻融过程下,TN、NH3-N凸显为影响水体细菌优势菌种的环境因子,这一现象说明温度上升,细菌和浮游植物的数量和丰度都开始增加,在碳源不发生变化的情况下,TN、NH3-N成为生长限制因子。沉积物污染因子受湖泊水体质量长期影响,TN、NH3-N、TOC是影响沉积物中微生物群落的主要环境因子。由冬季到春季的演变,影响浮游植物密度的主要环境因子由pH、DO取代了 T、CODCr的主体地位成为关键因子,说明藻类细胞的分裂速度以及单位叶绿素的生产力受水温影响较大。寒区湖泊细菌与浮游植物种群结构随季节变化明显,同时受气候条件和人为因素影响较大,营养盐、温度、DO和外源性TN的输入成为其主要影响因素。湖泊冰盖的形成与消融使得微生物在属(种)水平的此消彼长必然会导致湖泊水生态系统的相应变化,聚焦冻融过程下微生物群体变化规律,可为寒区湖泊富营养化治理、湖区生态微环境改善提供新的科学思路。