季节性热分层诱导水源水库微生物垂向运移及维持机制研究

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分层型水库(Stratified reservoir)有别于一般自然浅水湖库,大部分为人工建造的深水型水库,具有独特的水力学特征。全面诊断水库生态系统中―水力特征—水质污染特性—微生物种群组成与代谢活性‖的内在偶联机制对于深入揭示水源水库微生态系统结构与水质调控功能具有重要的科学意义和社会价值。本研究以金盆水库、李家河水库和红庄水库为研究对象,研究热分层对水库垂向水体水质演变的调控,诊断热分层驱动水源水库水体微生物种群垂向运移和维持机制,探明水库微生物群落结构与水环境因子之间的偶联机制,以期为改善水源地水质健康提供科学依据。本研究主要结论包括:(1)探明了李家河水源水库热分层期间形成了稳定的变温层、斜温层和等温层垂向分层结构;DNA测序结果表明,热分层时期李家河水库一共鉴定出40门593属细菌。变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和蓝细菌门为优势菌群。主成分分析表明,温度、DO、ORP和pH综合调控水体细菌发生垂向迁移。(2)热分层稳定期李家河水库形成稳定的垂向分层结构;共鉴定出真菌6门701属,子囊菌门是所有层区中最占优势的种类,此外,担子菌门是水库第二大优势菌种。不同水层的真菌种类均较为丰富,其优势种群和菌群多样性存在显著差异。冗余分析表明,壶菌门与电导率成正相关,而与Chl-a成负相关;担子菌门、子囊菌门与TN成正相关;捕虫霉门、芽枝霉门与温度成正相关。(3)探明了金盆水库热分层期间垂向水体形成稳定的变温层、斜温层和等温层分层结构;DNA测序结果表明,热分层期间反硝化细菌种类在纲水平较为单一,垂向水层优势菌群具有一致性。Betaproteobacteria纲在每个分层区中均是优势种群,Actinobacteria纲、Alphaproteobacteria纲和Gammaproteobacteria纲占比较小。不同水深水体的反硝化细菌优势菌属相似,但菌群多样性存在差异。冗余分析表明,水库热分层期间,副球菌属与NO3--N、TN和TP成正相关,假单胞菌属和贪铜菌属与TN成正相关,金盆水库热分层水体反硝化细菌群落结构受到不同水质指标的显著影响。(4)热分层稳定期,金盆水库水质和水体真核微生物种群结构测序结果表明,水库水体垂向变/斜/等温层真核微生物种群相似度高,整个库区水体真核微生物中原生动物占比最大,约为16.97-25.79%;真核藻类次之,约5.81-8.54%;后生动物约1.33-2.94%;真菌约0.97-1.09%。真核微生物主要包括11门,优势种群主要为刺胞动物门、节肢动物门、轮虫门、壶菌门、硅藻门和绿藻门。RDA表明,温度/TP/Fe分别对变温层/斜温层/等温层的真核微生物群落结构影响显著。(5)自然混合期红庄水库水体总磷、氨氮浓度处在较低水平;硝氮浓度维持在1.8-2.5 mg/L,与总氮变化趋势一致;DO从五月中旬阶段出现垂向分层,六月底热分层逐渐形成。分层形成期,共鉴定出微型藻类3门15属,其中绿藻门为10属,占62.56%;硅藻门为3属,占24.45%;蓝细菌门为2属,占12.99%。分层形成期,红庄水库浮游藻类在垂向上的生态位变化不显著。
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