山区河流底泥微生物群落结构与氮磷相互作用的统计学研究

作     者：郭宇豪 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：张化永;王雷扬

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：山区河流 环境因子 细菌群落 古菌群落 氮磷循环 典范对应分析 

摘      要：自然水生态系统中底泥微生物在物质循环和能量流动中具有重要的作用,其群落结构特征与水环境及底泥理化性质相互作用、相互影响。在该研究中,选择冬奥会核心区山区河流太子城河,自2018年8月到2019年6月每两个月对河流不同样点水体环境因子、底泥沉积物物理化学性质、水体浮游植物和底泥微生物取样监测。研究了环境因子和底泥微生物的时空分布规律;应用统计分析研究了水体和底泥环境因子对微生物群落的影响;探索了不同微生物群落结构对水体和底泥中各形态氮、磷浓度的影响。主要结果和结论如下:（1）调查期间,在太子城河底泥中鉴定出细菌49门,65纲,128目,240科,840属（种）细菌,其中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）是优势门;共鉴别出5门、8纲,13目,19科,46属（种）古菌,其中奇古菌门（Thaumarchaeota）、泉古菌门（Crenarchaeota）、广古菌门（Euryarchaeota）等是优势门。细菌和古菌群落结构以及优势门也随时间和空间产生较大的波动,不同的微生物群落结构组成表现出的功能性也不同,包括对不同营养盐的分解作用、光能自养作用、化能异养作用等。（2）太子城河水体和底泥中氮、磷浓度都较高。水体中各月份TN浓度均值在2.04mg/L到6.62mg/L之间变化。其中,NO3--N浓度较高,其均值在1.12mg/L到4.08mg/L之间变化,NH4+-N和NO2--N浓度较低。TP浓度随时间波动较大,2018年8月和10月均值皆为0.09mg/L,而2019年4月均值达到最高,其主要组成为磷酸盐。底泥中TN和TP也随时间波动较大,各月份TN均值在1157.00mg/kg到1912.25mg/kg之间波动,其浓度在秋季达到最大值,在冬季达到最小值。底泥中各月份TP浓度在476.27mg/kg到603.5mg/kg之间波动。（3）典范对应分析（CCA）结果表明,水体和底泥环境因子都对底泥微生物有较大的影响。水体中磷酸盐、NO3--N、NH4+-N、pH和水温是影响太子城河底泥细菌群落分布的主要因子,而pH、浊度和各形态磷是影响古菌群落分布的主要环境因子。底泥TOC、NH4+-N和TP是影响细菌群落分布的主要因子,同时NH4+-N和TOC也是影响古菌群落分布的主要影响因子。此外,太子城河干流微生物群落主要受到水体和底泥中的ITN、TP、NH4+-N影响较大;太子城河支流翠云山、松林背流域的底泥微生物群落主要受水体和底泥中的TN、NH4+-N、pH影响;太子城河支流马丈子沟底泥微生物群落主要受到水体的TN、水温、pH、溶解氧以及底泥中NaOH-P、NO3--N、有机磷、TOC的影响。总之,水体各形态氮、磷,pH、水温,以及底泥NH4+-N和TOC是影响微生物群落的主要因子。（4）各形态氮、磷与底泥微生物的群落系统发育多样性指数（PD whole tree）、群落丰富度指数（Chao 1）以及Shannon指数呈单峰曲线关系,这说明合适的氮、磷浓度有利于底泥微生物群落的生长发育。多元统计分析结果表明,浮游植物功能群L0、N、X2对细菌群落的丰富度有较为明显的相关性,浮游植物功能群Y、SN、H1等对细菌群落的均匀度有明显的相关性;浮游植物功能群X2、H1、C对古菌群落的丰富度有较为明显的相关性,浮游植物功能群SN、M、P等对古菌群落的均匀度有明显的相关性。该论文的结果和结论对理解冬奥会核心区山区河流底泥微生物群落结构、影响因子及其与氮、磷的相互影响具有一定的意义。