模拟草型水生态系统中氮素与沉积物微生物群落结构变化的研究

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氮在水体的营养元素循环中占有非常重要的地位,是水生态系统初级生产力的限制性生源要素,水环境中氮的生物地球化学循环研究一直是国际研究的热门领域之一。微生物是氮循环的驱动泵,硝化及反硝化是微生物的特有过程,也是氮素生物地球化学循环过程中最为关键的步骤,在淡水生态系统中具有重要的生态意义。沉水植物在水生态系统中具有不可替代的作用,对水生态系统功能和合理的系统结构至关重要,不同的淡水生态系统组成又决定了相关的水体和沉积物中微生物的生物量、群落结构及活性。本文通过建立的模拟富营养化草型水生态系统与模拟正常草型水生态系统,研究了富营养状态对沉水植物的影响以及沉水植物影响下氮素与沉积物中群落结构的变化。   在太湖的东太湖和梅梁湾两个湖区采取水样、底泥,分析了采样点的理化指标情况。通过建立模拟富营养化草型水生态系统,对每个采样点的沉积物设置了高氨氮组和低氨氮组,研究了苦草的生长情况和氮素的变化。发现5d时东太湖高氨氮组苦草已经基本死亡,接着是东太湖低氨氮组,梅梁湾组苦草在13d时基本上死亡。这主要是由于富营养化体系中高浓度的氨氮对苦草产生明显的胁迫作用。   在实验室中建立模拟正常草型水生态系统,实验数据显示苦草的种植对NO3--N、NO2--N的影响不明显,而NH4+-N的变化却与苦草的生长过程极为相关。这说明苦草根系的吸收以及根系周围形成的微生物生态系统的作用对于氨氮的去除有着良好的效果。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)与荧光原位杂交(FISH)分析发现,随着时间的推移东太湖组和梅梁湾组的微生物总量与菌落结构多样性均有下降,但是种植苦草却能减缓这种下降趋势,这说明苦草的种植可以在一定程度上保持微生物群落结构多样性的稳定。相关性分析显示,pH值、水样PNR值等因素对沉积物中氨氧化细菌(AOB)及亚硝酸盐氧化细菌(NOB)群落结构组成和变化影响较大。
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