挺水植物根際沉積物氨氧化微生物生態(tài)分布特征及硝化作用研究.pdf

1、氮是水生生態(tài)系統(tǒng)新陳代謝不可或缺的元素之一，也是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵因子之一。人類活動(dòng)引起的不平衡的氮循環(huán)，使得氮大量累積于河流、湖泊等環(huán)境，造成飲用水質(zhì)量下降、水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題，水體中的氮含量成為必需控制的指標(biāo)之一。微生物驅(qū)動(dòng)的生物地球化學(xué)循環(huán)是氮素脫離富營(yíng)養(yǎng)化水體的主要途徑。硝化作用和厭氧氨氧化是氮素循環(huán)的重要過(guò)程，而好氧氨氧化是硝化作用的第一步，也是限速步驟。參與氨氧化（好氧、厭氧）的微生物有氨氧化古菌（ammonia o

2、xidizing archaea，AOA）、氨氧化細(xì)菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和厭氧氨氧化細(xì)菌(anammox bacteria，AMX)。挺水植物根際作為沉積物-根系-微生物三者緊密結(jié)合相互影響的場(chǎng)所，在湖泊沉積物氮素循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。以三類氨氧化微生物為研究對(duì)象，借助定量PCR、克隆文庫(kù)等研究手段，調(diào)查了不同挺水植物及植物不同生長(zhǎng)階段根際/非根際沉積物氨氧化微生物生態(tài)分布特征及硝化作用

3、，得到以下結(jié)果:
　　(1)挺水植物能夠影響根際微環(huán)境。三種植物中，香蒲根際沉積物pH、氨氮(NH4+-N)含量最低，而再力花沉積物樣品的這兩個(gè)指標(biāo)最高。黃菖蒲根際硝氮(NO3--N)、總氮(TN)、總磷(TP)及有機(jī)質(zhì)(OM)含量均最低，而香蒲根際這幾個(gè)指標(biāo)最高。三種植物根際鉻(Cr)、銅(Cu)、鎘(Cd)、鋅(Zn)及鉛(Pb)含量大小關(guān)系均表現(xiàn)為香蒲＞黃菖蒲＞再力花。香蒲生長(zhǎng)的不同階段，沉積物理化參數(shù)亦不同。NO3--N、

4、TN、TP、OM及重金屬Cr、Cu、Cd、Zn和Pb含量隨著植物的生長(zhǎng)表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)。
　　(2)挺水植物對(duì)根際沉積物AOA生態(tài)分布有顯著影響。不同挺水植物根際/非根際沉積物中，香蒲根際AOA豐富度最高，黃菖蒲根際AOA多樣性最高。所得AOA以Nitrososphae ra為優(yōu)勢(shì)種群，香蒲樣品中Nitrosopumilus的比例較其他樣品高。香蒲不同生長(zhǎng)階段沉積物中AOA豐富度與多樣性亦不同，且豐富度在成熟期達(dá)到最高，多

5、樣性在衰亡期達(dá)到最高。Nitrososphaera是香蒲整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)種群，但是Nitrosopumilus隨著香蒲生長(zhǎng)比例逐漸上升。
　　(3)挺水植物對(duì)根際沉積物AOB生態(tài)分布有顯著影響。三種植物中，香蒲根際沉積物AOB豐富度與多樣性最高。Nitrososp ira是三種植物根際AOB優(yōu)勢(shì)種群，其在黃莒蒲樣品中占比例最高。香蒲不同生長(zhǎng)階段，AOB豐富度與多樣性最高在植物成熟期達(dá)到最大值。不同階段沉積物樣品中AOB以Nit

6、rosospira為優(yōu)勢(shì)種群，Nitrosomonas比例隨著植物的生長(zhǎng)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。
　　(4)挺水植物對(duì)根際沉積物AMX生態(tài)分布有顯著影響。香蒲沉積物樣品AMX豐富度與多樣性最高。黃菖蒲和再力花根際以Candidatus Kuenenia為優(yōu)勢(shì)種群，香蒲根際則以未知新簇為優(yōu)勢(shì)種群。在香蒲不同生長(zhǎng)階段，AMX豐富度與多樣性均在植物衰亡期達(dá)到最高。C.Kuenenia在快速生長(zhǎng)期為優(yōu)勢(shì)種群，隨著植物的生長(zhǎng)，其比例表現(xiàn)出降