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随着地下水污染程度的逐渐加剧以及对城市地下水开采的严格限制,水库已成为城市的主要供水水源。然而,水库水体流动性差、季节性热分层明显,导致库底沉积物处于厌氧状态,藻类过度繁殖,严重影响供水安全。因此,探寻水源水库藻类爆发与微生物群落之间的关系成为新的科学命题。本研究以西安市水源水库为研究对象,结合菌群代谢图谱和高通量DNA测序技术,揭示水库藻类群落结构与功能菌群之间的偶联机制,以期为水源水库水质改善提供科学依据。结论包括:(1)李家河水库微囊藻爆发期间,随着水体深度增加,藻密度逐渐降低(3364.33±234.59～821.67±273.32 10~4cells/L),藻类群落结构发生剧烈变化,细菌群落代谢活性(AWCD)升高。垂向水层中,随藻密度降低,绿菌门、浮霉菌门相对丰度显著增加。主成分分析表明,表层水体细菌群落与温度、溶解氧、pH、氨氮、藻密度密切相关。总有机碳对3 m水深中细菌群落影响显著。6 m水深细菌群落则主要受到总氮、硝氮和电导率的综合调控。(2)李家河水库在夏秋季节依次爆发微囊藻和束丝藻。秋末至冬季藻类群落多样性增加,春季硅藻门为优势藻(60.74%～72.13%)。冗余分析表明,微囊藻、角星鼓藻和直链藻与pH、温度、Fe和Mn呈正相关。束丝藻和小球藻与总氮、氨氮和浊度呈正相关。针杆藻、栅藻、卵囊藻、实球藻、羽纹藻与总磷、溶解氧、硝氮和溶解性有机碳密切相关。(3)金盆水库水质较好,硅藻门和绿藻门为优势藻种。春夏季小环藻占优(91.39%～96.70%),秋季藻类群落多样性显著增加。冗余分析表明,针杆藻、盘星藻、小环藻和桥弯藻与电导率、pH、总磷呈正相关。其中,溶解氧、温度、电导率、pH和Fe是影响藻类群落演替的主要水质因子。(4)运用DNA测序技术诊断李家河水库微囊藻诱发的伴生菌群演替过程,结果表明,随着表层水体藻密度升高(576.33±113.00～4022.81±298.55 10~4 cells/L),细菌和真菌代谢活性和群落多样性增加。微囊藻爆发期间,伴生细菌群落主要为:变形菌门(31.29%)、放线菌门(20.98%)、厚壁菌门(13.21%)和拟杆菌门(6.92%);真菌主要为壶菌门(29.07%)。冗余分析表明,藻类爆发期,伴生细菌群落与温度、溶解氧、pH、总氮、硝氮、氨氮和电导率密切相关;伴生真菌群落则与叶绿素a、总磷、溶解性有机碳、藻密度、Fe、Mn联系紧密。(5)静态反应器模拟微囊藻衰亡,研究结果表明:pH(8.11±0.02～7.85±0.02)、叶绿素a(56.90±4.25～1.31±0.35μg/L)、总氮(4.62±0.04～3.44±0.06 mg/L)、氨氮(1.86±0.01～0.01±0.00 mg/L)以及总磷(0.11±0.01～0.03±0.01 mg/L)逐渐降低,而硝氮(2.87±0.00～3.79±0.16 mg/L)含量逐渐升高。荧光溶解性有机质分别为类富里酸、类胡敏酸以及类色氨酸。丰富度指数与Shannon指数均表明,细菌群落多样性随藻类衰亡而降低。微囊藻衰亡期间,微小杆菌、红杆菌、军团杆菌、浮霉菌的相对丰度显著增加。Network分析表明,绝大多数细菌与硝氮和溶解氧联系紧密。冗余分析表明,叶绿素a、硝氮、溶解氧、溶解性有机碳以及pH与细菌群落结构变化密切相关。