水源地水庫(kù)沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽與微生物群落的空間分布特征

劉 鵠, 孟 婷, 王 敏, 程 文

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 陜西 西安 710048)

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水源地水庫(kù)沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽與微生物群落的空間分布特征

劉 鵠, 孟 婷, 王 敏, 程 文

(西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 陜西 西安 710048)

摘要：[目的] 調(diào)查研究水源地水庫(kù)沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽分布與微生物群落分布狀況，揭示沉積物微生物與營(yíng)養(yǎng)鹽遷移轉(zhuǎn)化的相互關(guān)系。[方法] 在浙江省東部低山丘陵區(qū)湯浦水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)采集沉積物樣品，分析其中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽與總有機(jī)碳含量，并對(duì)沉積物中微生物群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行克隆文庫(kù)分析。[結(jié)果] (1) 沉積物中總有機(jī)碳平均含量為14.6 g/kg，總氮平均含量為1.6 g/kg。總有機(jī)碳和總氮含量最高的采樣點(diǎn)都是H點(diǎn)，最低的都是F采采樣；總磷含量最高的采樣點(diǎn)是G(含量為1.08 g/kg)，含量最低的采樣點(diǎn)是L(含量為0.5 g/kg)，平均含量為0.8 g/kg。速效磷和銨態(tài)氮在在河流入庫(kù)段含量最高，在庫(kù)區(qū)中部和壩前位置含量較低。(2) 沉積物樣品中微生物種群差異較大。鑒別出來(lái)的10種已知門的細(xì)菌，只有變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門和疣微菌門共同存在于各樣品。變形菌門在所有樣品中的數(shù)量最多，約占細(xì)菌總數(shù)50%～70.8%。[結(jié)論] 微生物群落分布與沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽有一定相關(guān)性。皮爾遜相關(guān)分析表明，γ變形菌和δ變形菌與總磷存在顯著的負(fù)相關(guān)性，厚壁菌門卻與總氮(p<0.05)存在顯著的正相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：水源地水庫(kù); 沉積物; 營(yíng)養(yǎng)鹽; 微生物分布

文獻(xiàn)參數(shù)： 劉鵠, 孟婷, 王敏,等.水源地水庫(kù)沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽與微生物群落的空間分布特征[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：24-29.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.006

水源地水庫(kù)一般承擔(dān)著為城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活提供水源的重要職能。因此，保障水源地水庫(kù)的水質(zhì)安全，對(duì)維持社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。河流進(jìn)入庫(kù)區(qū)以后，由于過(guò)水?dāng)嗝嬖黾?，流速減小，水流攜帶的來(lái)自流域內(nèi)的泥沙以及其他污染物質(zhì)會(huì)在水庫(kù)逐步沉積，因此會(huì)有大量沉積物存儲(chǔ)在水庫(kù)底部。這些沉積物中的污染物在不同的環(huán)境條件 (溫度、壓力、溶解氧及氧化還原電位等)[1]、水力條件[2]及微生物作用下[3]與庫(kù)區(qū)水體進(jìn)行著復(fù)雜的物質(zhì)交換，其中的各種營(yíng)養(yǎng)鹽在一定條件下會(huì)釋放進(jìn)入水體，使得水質(zhì)下降[4]。因此，水庫(kù)中的沉積物往往成為水庫(kù)的重要內(nèi)污染源[5]。由于水庫(kù)沉積物理化性質(zhì)特殊，又含有豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽，這為各種微生物提供了合適的生長(zhǎng)環(huán)境[5]。不同的微生物群落通過(guò)自身代謝活動(dòng)，不僅影響沉積物中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素在水體和沉積物中的遷移轉(zhuǎn)化[6]，進(jìn)而影響水質(zhì)；同時(shí)，水體中各種物質(zhì)又可以通過(guò)自然沉降、吸附等方式進(jìn)入水庫(kù)沉積物中，并作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供各種微生物生長(zhǎng)繁殖，進(jìn)而影響到沉積物中微生物的種類和數(shù)量[7]。因此，研究沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽及微生物群落的分布特點(diǎn)，能夠幫助人們更清楚認(rèn)識(shí)水體污染狀況，這也是水環(huán)境研究的一個(gè)重要內(nèi)容[8]。本文以浙東低山丘陵區(qū)湯浦水庫(kù)為研究對(duì)象，研究了水庫(kù)沉積物中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽及其中微生物群落的分布狀況，并對(duì)它們之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，以期為水源地水庫(kù)內(nèi)源污染的防治，以及水庫(kù)的管理和維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

湯浦水庫(kù)位于會(huì)稽山脈東南部，屬浙東低山丘陵區(qū)。壩址位于小舜江下游的上虞市湯浦鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為北緯30°52′，東經(jīng)120°47′，離紹興市區(qū)直線相距23.5 km。由小舜江湯浦鎮(zhèn)以上段截流而成，為南方典型河道型水庫(kù)。流域多年平均氣溫16.5 ℃，多年平均降水量1 564.4 mm，徑流與降水的年際、年內(nèi)變化一致，多年平均流量11.6 m3/s，多年平均徑流總量3.66×108m3。年內(nèi)水量逐月分配，通常呈現(xiàn)大中小3峰型。其中，大峰發(fā)生6月，成因?yàn)槊酚?，中峰發(fā)生于9月，成因?yàn)榕_(tái)風(fēng)雨，小峰發(fā)生于3月，成因?yàn)榇河?。枯水期一般?0月到次年2月之間。有雙江溪、王化溪和萬(wàn)寶溪3條河流入庫(kù)，其中雙江溪年入庫(kù)流量占總流量的75%以上，王化溪約占20%，萬(wàn)寶溪流量最小，只在汛期有少量水流入庫(kù)，約占總流量的5%左右。水庫(kù)流域面積460 km2，水面面積14 km2，總庫(kù)容2.35×108m3，設(shè)計(jì)日供水規(guī)模達(dá)1.00×106t。該水庫(kù)水質(zhì)常年較好，多為Ⅰ—Ⅱ類水質(zhì)。該水庫(kù)自2002年運(yùn)行以來(lái)，發(fā)生過(guò)3次較為明顯的階段性氮磷超標(biāo)事件，對(duì)飲用水供應(yīng)造成了一定影響。

2材料與方法

2.1采樣點(diǎn)布設(shè)與樣品采集

根據(jù)水庫(kù)地形，水利條件等在湯浦水庫(kù)從入庫(kù)到壩前選取10個(gè)采樣點(diǎn)，用GPS定位。分別是：庫(kù)尾監(jiān)測(cè)點(diǎn)A，L和I，主庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)C，D和E，水庫(kù)過(guò)渡區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)F，G，J和H。此外在水庫(kù)周邊的竹林(ZL)和荒地(HD)分別采樣，用作參照。采樣時(shí)間為2012年10月，用彼得遜沉積物采樣器采集沉積物樣品，裝入密封袋中，用干冰覆蓋低溫密閉保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室冷凍干燥后研磨過(guò)100目篩，密封冷藏保存待分析用。

2.2分析方法

沉積物總氮(total nitrogen，TN)用半微量凱氏法進(jìn)行測(cè)定；銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的測(cè)定采用KCl浸提—蒸餾法測(cè)定[9]。沉積物中總磷(total phosphorus，TP)用硫酸—高氯酸消解,鉬銻抗比色法分析[10]，沉積物速效磷(available phosphorous，AP)測(cè)定采用NaHCO3浸提—鉬藍(lán)比色法(Olsen法)[11]。沉積物有機(jī)碳(total organic carbon，TOC)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測(cè)定[12]。微生物群落分析通過(guò)使用無(wú)菌DNA提取試劑盒(UltraClean DNA extraction kit， Mobio Laboratories, USA)，按照生產(chǎn)商提供的流程對(duì)每個(gè)沉積物樣品的總基因組DNA進(jìn)行提取。3份平行樣中提取等量DNA一起點(diǎn)樣進(jìn)行克隆文庫(kù)分析[13]。試驗(yàn)中對(duì)所有樣品均取3份平行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果取3次平均值。數(shù)據(jù)分析用SPSS 18.0軟件，原始圖表繪制用Oringin 8.0等軟件。

3結(jié)果與討論

3.1沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征

3.1.1各形態(tài)氮分布特征從湯浦水庫(kù)沉積物各形態(tài)氮分布圖可以看出(圖1)，各采樣點(diǎn)中總氮含量最高的是H采樣點(diǎn)，含量為2.32 g/kg，含量最低的是F采樣點(diǎn)，含量為0.69 g/kg，各采樣點(diǎn)總氮平均含量為1.6 g/kg。作為參照的ZL和HD采樣點(diǎn)總氮含量分別為0.17，0.08 g/kg，平均含量0.13 g/kg，遠(yuǎn)低于庫(kù)區(qū)采樣點(diǎn)的平均含量。

圖1　湯浦水庫(kù)沉積物中各形態(tài)氮的分布

從圖1可看出，湯浦水庫(kù)各采樣點(diǎn)沉積物中銨態(tài)氮平均含量為30.09 mg/kg，含量最高的為I采樣點(diǎn)，87.73 mg/kg；含量最低的為F采樣點(diǎn)，4.28 mg/kg。作為參照的ZL和HD采樣點(diǎn)銨態(tài)氮含量分別為29.21，26.55 mg/kg，平均含量27.88 mg/kg，低于庫(kù)區(qū)A，L和I這3個(gè)采樣點(diǎn)銨態(tài)氮含量，氮高于庫(kù)區(qū)其他7個(gè)采樣點(diǎn)的含量。對(duì)比采樣點(diǎn)設(shè)置圖可以發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮含量最高的3個(gè)采樣點(diǎn)都在庫(kù)尾段，也就是河流入庫(kù)段，而在庫(kù)區(qū)中部和壩前段銨態(tài)氮的含量普遍比較低。這可能是由于入庫(kù)段水深較淺，還建有濕地，因此水體含氧量高，在有氧條件下，底泥中有機(jī)氮通過(guò)氨化作用轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，使得該段沉積物中銨態(tài)氮含量高[14]；而在該段以后，由于水深增加，水底含氧量降低，氨化作用受到抑制，故沉積物中銨態(tài)氮含量相對(duì)穩(wěn)定。

湯浦水庫(kù)各采樣點(diǎn)中硝態(tài)氮平均含量為16.4 mg/kg，含量最低的采樣點(diǎn)為I，10.10 mg/kg；含量最高的為A采樣點(diǎn)的22.74 mg/kg。硝態(tài)氮含量在庫(kù)區(qū)各采樣點(diǎn)的分布比較均勻，變異程度不高。作為參照點(diǎn)ZL和HD的硝態(tài)氮含量比較接近，分別為11.5，11.39 mg/kg，平均含量11.45 mg/kg，低于除I采樣點(diǎn)外的庫(kù)區(qū)其他采樣點(diǎn)硝態(tài)氮含量。硝態(tài)氮在底泥中的分布也受環(huán)境氧化還原條件和微生物作用的控制，在氧充足的情況下銨態(tài)氮又可以通過(guò)硝化作用繼續(xù)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮[15]；在缺氧條件下，兼性厭氧細(xì)菌和厭氧細(xì)菌分解有機(jī)質(zhì)對(duì)電子受體的需要，則會(huì)引起硝態(tài)氮充當(dāng)替代電子受體而被還原[16]。此外，硝態(tài)氮極易溶于水，這也可能是沉積物中硝態(tài)氮含量分布較均勻的原因。

3.1.2磷分布特征由圖2可以看出，湯浦水庫(kù)沉積物中總磷和速效磷在各采樣點(diǎn)分布不均。沉積物樣品中總磷含量最高的采樣點(diǎn)是G，含量為1.08 g/kg，含量最低的采樣點(diǎn)是L，含量為0.5 g/kg，各點(diǎn)的總磷平均含量為0.8 g/kg。水庫(kù)岸邊的ZL和HD采樣點(diǎn)總磷含量分別為0.18和0.07 g/kg，平均含量0.13 g/kg，這比庫(kù)區(qū)各采樣點(diǎn)的總磷含量都低很多。主要是由于對(duì)照采樣點(diǎn)接受外來(lái)含磷物質(zhì)的來(lái)源少，尤其是HD采樣點(diǎn)，其表面幾乎沒有植被，因此總磷含量很低；ZL采樣點(diǎn)為長(zhǎng)勢(shì)較好的竹林地帶，采樣的土壤中含有大量植物殘?jiān)?，因此速效磷含量較高。

圖2　湯浦水庫(kù)沉積物中總磷和速效磷分布狀況

速效磷是沉積物中可被植物吸收的磷組分，包括全部水溶性磷、部分吸附態(tài)磷及有機(jī)態(tài)磷，有的沉積物還包括某些沉淀態(tài)磷[15]。其含量是衡量沉積物磷供應(yīng)水平的重要指標(biāo)，其含量高低在一定程度反映了沉積物中磷素的貯量和供應(yīng)能力[16]。湯浦水庫(kù)沉積物中速效磷平均含量為7.2 mg/kg，含量最高和最低的采樣點(diǎn)分別是I采樣點(diǎn)和H采樣點(diǎn)，含量分別為25.92和0.22 mg/kg。作為對(duì)照的ZL和HD采樣點(diǎn)速效磷含量分別為10.99，1.48 mg/kg，平均含量為6.24 mg/kg，略低于庫(kù)區(qū)各采樣點(diǎn)速效磷平均含量。速效磷分布的特點(diǎn)是在河流入庫(kù)位置附近，也就是庫(kù)尾段(包括A，L和Ⅰ這3個(gè)采樣點(diǎn))，速效磷含量都很高，其中含量最低的A采樣點(diǎn)也有14.39 mg/kg；在其他7個(gè)采樣點(diǎn)中，主要包括庫(kù)中到壩前一段，速效磷含量都很低，其中含量最高的J采樣點(diǎn)也只有2.83 mg/kg。可見湯浦水庫(kù)沉積物中速效磷的分布主要集中在庫(kù)尾，即河流入庫(kù)段，而在其他位置含量較低。這主要是由于河流進(jìn)入庫(kù)區(qū)后，由于過(guò)水?dāng)嗝嬖黾?，流速降低，入?kù)水流攜帶的泥沙以及其他顆粒狀污染物在此段迅速沉積，導(dǎo)致該段沉積物淤積量增加，同時(shí)沉積物中污染物含量也同步增加。

3.1.3總有機(jī)碳分布特征沉積物中總有機(jī)碳(total oganic carban,TOC)主要來(lái)自流域內(nèi)，是由入庫(kù)水流帶入，以動(dòng)植物殘?bào)w以及其它含碳物質(zhì)組成。庫(kù)區(qū)底部沉積物和岸邊兩參照點(diǎn)的總有機(jī)碳含量分布如圖3所示。沉積物平均總有機(jī)碳含量為14.6 g/kg，含量最高為H點(diǎn)的23.69 g/kg，最低為F采樣點(diǎn)的7.88 g/kg。作為參照點(diǎn)的ZL采樣點(diǎn)總有機(jī)碳含量為22.25 g/kg，HD采樣點(diǎn)為9.54 g/kg，平均含量為15.9 g/kg。可見水庫(kù)周邊竹林的表層土壤中有機(jī)質(zhì)含量明顯高于荒地，這是由于竹林表層有大量枯枝敗葉，經(jīng)逐步分解，有機(jī)質(zhì)便進(jìn)入表層土壤。荒地采樣點(diǎn)為裸露地面幾乎沒有植被覆蓋，因此表層土壤中的有機(jī)質(zhì)含量比較少。水庫(kù)表層沉積物總有機(jī)碳含量較高的采樣點(diǎn)為G和H點(diǎn)，其有機(jī)碳含量略高于ZH采樣點(diǎn)。主要是由于這2個(gè)采樣點(diǎn)靠近水庫(kù)岸邊，周圍山林的有機(jī)物容易在雨季被帶入水庫(kù)而就近沉積下來(lái)，因此這2個(gè)采樣點(diǎn)的總有機(jī)碳含量較高。其他各采樣點(diǎn)沉積物中總有機(jī)碳的平均含量在10～15 g/kg，這與其他研究中關(guān)于南方水庫(kù)沉積物中有機(jī)碳含量相當(dāng)。

圖3　湯浦水庫(kù)沉積物中總有機(jī)碳的分布

3.1.4營(yíng)養(yǎng)鹽累計(jì)分析皮爾森相關(guān)分析表明，湯浦水庫(kù)沉積物中總有機(jī)碳和總氮含量極顯著正相關(guān)(p<0.01)，總有機(jī)碳和總磷顯著正相關(guān)(p<0.01)，總磷和總氮含量之間呈不顯著負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明，湯浦水庫(kù)沉積物中碳源和氮源、磷源具有同源性[17]。沉積物中碳和氮的比值(C/N)可以有效指示沉積物中營(yíng)養(yǎng)鹽的來(lái)源。研究表明：C/N值越大，說(shuō)明沉積物中有機(jī)質(zhì)來(lái)源于陸源的越多[18]。通常水生無(wú)維管束植物碎屑的C/N為4～12[19]，維管束植物碎屑的C/N>20[20]，陸生禾本科或莎草科植物C/N可以高達(dá)45～50，浮游動(dòng)植物的C/N較低，一般為6～14[20]。湯浦水庫(kù)C/N平均值為9.3，最低為5.4，最高為11.4，此結(jié)果與其他學(xué)者提出的淡水湖泊沉積物中C/N一般在6～14之間的結(jié)論一致。這說(shuō)明湯浦水庫(kù)沉積物中的有機(jī)質(zhì)多來(lái)源于水庫(kù)中的低等水生動(dòng)植物。

湯浦水庫(kù)中氮磷比平均為2.2，最低為1，最高為4.1(如圖4所示)，這比Redfield常數(shù)(C:N:P=106∶16∶1)低很多。這不僅說(shuō)明，湯浦水庫(kù)沉積物中磷的輸入主要來(lái)自陸源物質(zhì)，是地表徑流在入庫(kù)過(guò)程中攜帶大量含磷物質(zhì)進(jìn)入水庫(kù)而沉積；同時(shí)也說(shuō)明湯浦水庫(kù)的沉積物中存在著比較強(qiáng)烈的微生物—化學(xué)—物理作用，使得大量含氮物質(zhì)因?yàn)榈V化降解而逐步消耗，含磷物質(zhì)得以在沉積物中累積[21-22]。作為參照的ZL和HD采樣點(diǎn)碳氮比與水庫(kù)沉積物中碳氮比相當(dāng)，但是氮磷比遠(yuǎn)高于沉積物中氮磷比。這主要是由于參照采樣點(diǎn)土壤中含磷物質(zhì)輸入量少，但是由于植物生長(zhǎng)消耗和淋溶等原因，流失量大，這導(dǎo)致這2個(gè)采樣點(diǎn)中磷的含量少，氮磷比值變大，分別9.6，11.9，這說(shuō)明這2個(gè)采樣點(diǎn)植物生長(zhǎng)同時(shí)受氮和磷的制約，且受氮的制約更明顯。

圖4　湯浦水庫(kù)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽累計(jì)分析

3.2沉積物中微生物分布特征

底泥中的微生物以底泥和水體中含有的各種污染物為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，同時(shí)也不斷改變底泥內(nèi)部的理化條件，進(jìn)而影響到底泥中污染物的釋放過(guò)程。底泥污染物釋放的動(dòng)力學(xué)主要由2個(gè)過(guò)程決定[5,13]：① 微生物的活動(dòng)，它決定著污染物的相互轉(zhuǎn)化和存在形態(tài)，是否容易釋放和在什么條件下釋放等； ② 水力過(guò)程，它決定著污染物在底泥孔隙內(nèi)部的傳質(zhì)速度，底泥懸浮狀態(tài)和沉積狀態(tài)，以及底泥顆粒對(duì)污染物的吸附攜帶等。2個(gè)過(guò)程相互作用、相互影響，在很大程度上決定了底泥污染物的釋放動(dòng)力學(xué)特征。

本研究分析了E，J，C和D點(diǎn)沉積物中的微生物群落。C和J采樣點(diǎn)分別位于主庫(kù)的流入?yún)^(qū)前段，水深分別為19.2和15.4 m，D為主庫(kù)的中心地帶，水深約19.7 m，E采樣點(diǎn)位于水庫(kù)取水口附近，水深約21.8 m。將沉積物樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后提取各樣品中微生物的基因組DNA，從每個(gè)采樣點(diǎn)的3個(gè)平行樣品中取相同數(shù)量的DNA，用于克隆文庫(kù)分析。根據(jù)文獻(xiàn)，用引物27 F(5-GAGTTTGATCMTGGCTCAG-3)和1492 R (5-GGTTACCTTGTTACGACTT-3)對(duì)微生物16 S rRNA進(jìn)行擴(kuò)增。擴(kuò)增子與pGEM T載體連接，包含正確遺傳信息的判斷被用來(lái)測(cè)序分析[21]。通過(guò)RDP-Ⅱ(Ribosomal Database Project-Ⅱ)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)細(xì)菌序列進(jìn)行分類鑒別，置信水平80%。

湯浦水庫(kù)4個(gè)底泥樣品中，鑒別出來(lái)的10種已知的門分別是：變形菌門、酸桿菌門、放線菌門、藍(lán)藻細(xì)菌門、擬桿菌門、綠彎菌門、厚壁菌門、芽單胞菌門、浮霉菌門和疣微菌門。但是，只有變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門和疣微菌門共同存在于這4個(gè)樣品中。變形菌門在所有樣品中的數(shù)量都是最多的，大約占了50%～70.8%的比例。

由圖5可見，各采樣點(diǎn)沉積物中主要細(xì)菌群落(相對(duì)豐度≥10%)不盡相同。取水口E底泥樣品中的主要細(xì)菌組成(相對(duì)豐度不小于10%)是δ變形菌綱(25%)、α變形菌綱(14.6%)和γ變形菌綱(14.6%)。廟下村J底泥樣品則主要由α變形菌綱(26%)、β變形菌綱(16%)、酸桿菌門(12%)、厚壁菌門(12%)、δ變形菌綱(10%)和放線菌門(10%)組成。托潭C底泥樣品主要由β變形菌綱(26.1%)、ε變形菌綱(21.7%)和酸桿菌門(10.9%)組成。此外，酸桿菌門(29.2%)、β變形菌綱(22.9%)和α變形菌綱(10.4%)是庫(kù)中心D底泥樣品中的主要微生物。由此可知，4個(gè)樣品中細(xì)菌群落的組成的差別比較顯著。變形菌門中的各亞門的組成及相對(duì)分布的差異也很大。此外，各樣品中細(xì)菌的主要成分(相對(duì)豐度≥10%)也有很大差異。皮爾遜相關(guān)分析表明γ變形菌和δ變形菌與總磷存在顯著的負(fù)相關(guān)性，厚壁菌門卻與總氮(p<0.05)存在顯著的正相關(guān)性。然而，其他主要的細(xì)菌群落與底泥的化學(xué)特性之間沒有顯示明顯的相關(guān)性。

圖5　沉積物中主要細(xì)菌構(gòu)成(相對(duì)豐度≥10%的細(xì)菌)

表1列舉了4個(gè)樣品中已知的27個(gè)變形菌門的屬。其中很多屬只含有單一序列。只有Sulfuricurvum屬在4個(gè)樣品中都有分布，而有34個(gè)屬只在一個(gè)樣品中被發(fā)現(xiàn)。所以，這4個(gè)樣品的微生物群落在屬水平上的分類差異更加顯著。

α變形菌綱Bradyrhizobium屬、Hyphomicrobium屬、Sphingomonas屬和Novosphingobium屬中的微生物可以降解多種環(huán)境中的有機(jī)污染物。β變形菌綱Hydrogenophaga屬和Comamonas屬，γ變形菌綱Rhodanobacter屬也對(duì)多種環(huán)境化學(xué)污染物有降解作用。γ變形菌綱Steroidobacter屬與厭氧睪酮降解過(guò)程有關(guān)。此外，γ變形菌綱Methylocaldum屬和Methylobacter屬是甲烷氧化菌，可以同化甲烷中的碳。所以，這些變形菌門中的微生物于湯浦水庫(kù)中的有機(jī)污染物降解和碳循環(huán)起著重要的作用。β變形菌綱Sulfuricella屬、γ變形菌綱Thiovirga屬和ε變形菌綱Sulfuricurvum屬與硫氧化作用有關(guān)。而占主導(dǎo)地位的Sulfuricella屬和Sulfuricella屬、Thiovirga屬的存在說(shuō)明了水庫(kù)底泥中存在顯著的硫氧化過(guò)程。γ變形菌綱Acinetobacter屬中的微生物是一類常見的富磷微生物。所以這類微生物的出現(xiàn)與磷循環(huán)有關(guān)。此外，δ變形菌綱Anaeromyxobacter屬和Geobacter屬中的微生物是三價(jià)鐵的還原細(xì)菌，所以這2種δ變形菌綱中的細(xì)菌與鐵的還原有關(guān)。

總之，在湯浦水庫(kù)各采樣點(diǎn)的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與組成有較大差異性。變形菌門可能與底泥的各種營(yíng)養(yǎng)鹽及其生物化學(xué)過(guò)程有密切關(guān)系。其在水庫(kù)沉積物生態(tài)環(huán)境甚至整個(gè)庫(kù)區(qū)水環(huán)境的地位和作用還要進(jìn)一步研究。

4結(jié) 論

湯浦水庫(kù)沉積物中總有機(jī)碳、氮和磷等物質(zhì)分布不均。各采樣點(diǎn)沉積物中總有機(jī)碳平均含量為14.6 g/kg，總氮平均含量為1.6 g/kg?？傆袡C(jī)碳和總氮含量最高的采樣點(diǎn)都是H點(diǎn)，最低的都是F采采樣；總磷含量最高的采樣點(diǎn)是G(1.08 g/kg)，含量最低的采樣點(diǎn)是L(0.5 g/kg)，平均含量為0.8 g/kg。速效磷和銨態(tài)氮在水庫(kù)中的分布具有明顯的特點(diǎn)：在河流入庫(kù)段含量最高，在庫(kù)區(qū)中部和壩前位置含量較低。水庫(kù)沉積物中總有機(jī)碳和總氮含量極顯著正相關(guān)(p<0.01)，總有機(jī)碳和總磷顯著正相關(guān)(p<0.01)，總磷和總氮含量之間呈不顯著負(fù)相關(guān)。

湯浦水庫(kù)沉積物中的有機(jī)質(zhì)多來(lái)源于水庫(kù)中的低等水生動(dòng)植物。沉積物中磷的輸入主要來(lái)自陸源物質(zhì)，地表徑流在入庫(kù)過(guò)程中攜帶大量含磷物質(zhì)進(jìn)入水庫(kù)而沉積；含氮物質(zhì)在沉積物中因?yàn)榈V化降解而逐步消耗，含磷物質(zhì)得以在沉積物中累積。湯浦水庫(kù)底泥樣品中，鑒別出來(lái)了10種已知門的細(xì)菌，只有變形菌門、酸桿菌門、綠彎菌門和疣微菌門共同存在于各樣品中。變形菌門在所有樣品中的數(shù)量最多，約占細(xì)菌總數(shù)50%～70.8%。4個(gè)樣品中已知的27個(gè)變形菌門的屬，只有Sulfuricurvum屬在4個(gè)樣品中都有分布，有34個(gè)屬只在1個(gè)樣品中被發(fā)現(xiàn)。說(shuō)明沉積物中微生物群落在屬水平上的分類差異非常顯著。

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收稿日期：2016-04-22修回日期：2016-05-18

通訊作者：孟婷(1993—),女(漢族), 陜西省咸陽(yáng)市人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)樗廴究刂啤-mail:1570954140@qq.com。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0024-06

中圖分類號(hào)：X524

Spatial Distribution of Nutrients and Bacterial Communities in Sediments of Water Resource Reservoir

LIU Hu, MENG Ting, WANG Min, CHENG Wen

(StateKeyLaboratoryBaseofEco-hydraulicEngineeringinAridArea,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shaanxi710048,China)

Abstract：[Objective] The spatial distribution of nutrients and bacterial communities in sediments of water resource reservoir were investigated in order to reveal the interrelation between microbes and migration and transformation of nutrient salts. [Methods] Sediment samples were collected in a Tangpu reservoir in low mountain and hilly area of Eastern Zhejiang Province, the content of total organic carbon(TOC)， total nitrogen(TN)， -N)， nitrate-nitrogen(NO3-N), total phosphorus(TP) and available phosphorous and bacterial community structure were analyzed respectively. [Results] (1) The average TOC content was 14.6 g/kg and the average TN content was 1.6 g/kg in the reservoir sediments. The maximum content of TOC and TN was found in sampling sites H, minimum value was found in sampling site F. The content of TP was in the range of 0.5～1.08 g/kg, the mean value was 0.8 g/kg. Available phosphorus and ammonium nitrogen had a highest content in the river storage section, and showed low levels in central location of the reservoir and dam. (2) In the sediments, microbial population were significantly different. A total of 10 kinds of known phylum were identified, and 4 kinds of phylum(Verru comicrobia. Proteobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, and Verruc omicrobia) were shared among all samples. In all the samples, Proteobacteria predominated about 50%～70.8% of the total bacteria. [Conclusion] Pearson’s correlation analysis show a significant negative correlation among Gamma proteobacteria, Delta proteobacteria and TP. While there is a significant positive correlation between Firmicutes and TN (p<0.05).

Keywords:reservoir; sediment; nutrient; bacterial distribution

資助項(xiàng)目：廣東省水利科技創(chuàng)新項(xiàng)目“流溪河流域農(nóng)村飲用水中環(huán)境激素的污染與控制技術(shù)研究”(2015-06)； 陜西水利科技計(jì)劃項(xiàng)目“渭河陜西段底泥中污染物沉降及釋放規(guī)律研究”(2014slkj-12)

第一作者：劉鵠(1973—),男(漢族),河南省洛陽(yáng)市人,高級(jí)工程師，博士研究生,主要研究方向?yàn)樗廴究刂啤-mail:1004761354@qq.com。