不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群对水质因子的动态响应

为探究不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群的演变规律和驱动机制,基于水质调查和高通量测序技术,进行了水体水质因子分析、好氧反硝化菌群α多样性分析、物种组成和网络分析.结果表明,白洋淀水体呈弱碱性,丰水期水体T最高,DO最低,冰封期T最低,DO最高.白洋淀水体在枯水期、丰水期、平水期和冰封期下NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N、TN、高锰酸盐指数、Fe和Mn之间均存在显著差异(P<0.01),其中TP在不同水文情景下不存在显著差异(P>0.05).不同水文情景下水体中最大的细菌门类为Proteobacteria,相对丰度较高的属为Magnetospirillum、Aeromonas、Pseudomonas、Azospirillum和Bradyrhizobium.此外,好氧反硝化菌群的α多样性均存在显著差异(P<0.001),冰封期菌群丰富度最高,枯水期和冰封期菌群的多样性和均匀度最高.经RDA、Mantel分析,菌群的水质驱动因子在不同水文情景下有所差异,枯水期菌群的水质驱动因子为p H、NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N和高锰酸盐指数,丰水期菌群的驱动因子为p H、T、DO、NO_(2)^(-)-N和TP,平水期的驱动因子为NO_(2)^(-)-N、Fe和高锰酸盐指数,冰封期菌群的驱动因子为NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N.网络分析表明与水质驱动因子相关的物种存在时间差异,枯水期与水质驱动因子相关的属为Magnetospirillum、Aeromonas和Azoarcus,与丰水期相关的属为Magnetospirillum、Pseudomonas和Aeromonas,与平水期相关的属为Magnetospirillum、Pseudomonas和Limnohabitans,与冰封期相关的属为Magnetospirillum、Azoarcus和Pseudomonas.不同水文情景关键水质因子(主要是T、DO、NO_(3)^(-)-N和高锰酸盐指数)与好氧反硝化菌群之间的关联关系,随着时间演变也在逐渐发生变化.综上,通过对不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群演变特征及环境因子驱动机制进行研究,可为认识天然环境中好氧反硝化菌群演变机制提供依据.

白洋淀夏季汛期入淀河流水体溶解性有机物的光谱特征及来源

溶解性有机物(DOM)是全球最大的有机碳储存库,在天然水体的生物地球化学循环中起着至关重要的作用.河流是连接源头与受纳水体的过渡区,是进行DOM交换的关键环节.因此,运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析法(PARAFAC),分析了夏季汛期白洋淀流域府河、小白河、白沟引河和瀑河水体中溶解性有机物的光谱特征及其来源.结果表明,府河和小白河水体的a245和a355显著高于白沟引河和瀑河;E2/E3显示入淀河流水体DOM相对分子质量大小为:瀑河>白沟引河>府河>小白河.三维荧光通过PARAFAC共解析出3种组分,分别为类酪氨酸(C1)、陆源类腐殖质(C2)和类色氨酸(C3);各荧光组分间不存在差异(P>0.05),C2和C3组分在不同入淀河流间存在差异(P<0.05);易降解类蛋白质组分(C1+C3)占比高于类腐殖质组分C2.各入淀河流自生源指数BIX都大于1,腐殖化指数HIX都小于4,表明入淀河流水体自生源特征明显,腐殖化程度较弱;府河水体具有最高的FI指数(1.96±0.25)和最低的HIX指数(0.46±0.08),且沿入淀河流方向自生源特征逐渐加强,表明府河水体呈现更高的内源特征.经入淀河流水体DOM的荧光组分与特征参数相关性分析得出,府河水体与小白河水体相关性呈现相似关系,白沟引河水体与瀑河水体呈现相似关系;各入淀河流水体DOM的荧光组分与水质参数的相关性呈现明显差异,并且与水体氮、磷关联较强;经多元线性回归分析,各入淀河流在C1组分之间不存在显著差异,在C2组分和C3组分之间存在显著差异.综上所述,通过对夏季汛期入淀河流水体的DOM光谱特征及来源的研究,进一步认识了白洋淀入淀河流的碳循环过程.

白洋淀冬季沉积物好氧反硝化菌垂向分布特征及群落构建

为了探究白洋淀冬季沉积物好氧反硝化菌群落垂向分布特征、关键物种和群落构建过程,结合好氧反硝化功能基因(napA)高通量测序技术,进行了微生物多样性分析、物种差异分析、关键物种识别和群落构建过程研究.结果表明,该时期白洋淀沉积物高通量测序得到13845个OTUs,共分为10个门类,其中第一大门类为变形菌门,达到29.03%~94.46%,从表层到底层呈下降趋势;占比前二的纲为β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria;占比前三的属为Cupriavidus、Aeromonas和Thauera.微生物α多样性显示垂向分组间表层沉积物Chao1指数最大为3327.67±621.28,明显高于底层(2193.96±455.57);中层沉积物Simpson指数最大为0.97±0.013,明显高于表层(0.94±0.029).主成分分析和Venn图显示表层和底层间差异性最显著,Adonis分析表明垂向间存在极其显著差异(P<0.001);随机森林分析和网络分析的关键物种有交叉相同的物种(Bordetella),但差异贡献程度最高的物种不同,分别为Ferrimonas和unassigned;中性群落模型(NCM)结果显示从表层到底层解释率逐渐增大,整个淀区解释率最大(R^(2)=0.655),表、中和底层的标准化随机率(NST)分别为0.29±0.31、0.56±0.35和0.88±0.21,呈现极其显著差异(P<0.001);NCM和NST结果表明由表层到底层随机性选择过程主导程度呈现加强趋势.综上,通过对该时期沉积物好氧反硝化菌群垂向分布特征和群落构建过程进行研究,可为低温好氧反硝化菌的筛选提供技术支持.