林下表面流濕地沉積物中硝化和反硝化過程研究.pdf

1、本文以南淝河旁路表面流濕地在不同水力負(fù)荷(hydrological loading，HL)、不同水深(water depth，WD)和有無漂浮植物(vegetation present/absent，VP/VA)條件下的沉積物為研究對象，利用化學(xué)分析和熒光定量PCR技術(shù)，線性混合作用(linear mixed-effects，LME)模型和Tukey-HSD檢驗，主成分分析(Principlecomponent analysis，PCA

2、)、冗余分析(Redundancy Analysis，RDA)和皮爾遜相關(guān)性分析，探討沉積物中硝化、反硝化潛勢和功能基因豐度變化情況及其與濕地水文條件、植物和環(huán)境因子之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:
　　(1)差異分析表明水力負(fù)荷是影響濕地上覆水和沉積物理化性質(zhì)的主要影響因素。上覆水溶解氧(DO)受到上述3個因素的顯著影響，具體表現(xiàn)為DO含量隨著水力負(fù)荷和水深的增加而分別顯著升高和降低，有植物組水體溶氧量顯著低于無植物組。對于沉積物的性

3、質(zhì)，水力負(fù)荷的提高能增加沉積物總氮(TN)、氨氮(NH4+)、有機(jī)質(zhì)(OM)的含量和碳氮比(C/N)，以及降低沉積物的pH值和硝氮(NO3-)含量;水深的增加則能顯著降低沉積物的TN、OM含量和C/N;而植物的影響相對較弱，僅能顯著降低沉積物的NH4+含量。但是沉積物的亞硝氮(NO2-)含量不受上述因素顯著影響。另外，植物對DO的影響還存在與水力負(fù)荷和水深的交互作用，植物的影響在110cm/d水力負(fù)荷和20cm水深的條件下更加明顯。

4、r>　　(2)采用化學(xué)分析的方法對不同水力負(fù)荷、不同水深和有無植物對沉積物的潛在硝化速率(potential nitrification rate，PNR)和潛在反硝化速率(potentialdenitrification rate，PDR)速率進(jìn)行測定。差異分析表明水力負(fù)荷和水深是影響沉積物硝化和反硝化微生物活性主要影響因素。水力負(fù)荷的提高能顯著降低PDR，同時水力負(fù)荷和水深還存在對PDR的交互作用，水力負(fù)荷為110cm/d時，PDR

5、在20cm水深處達(dá)到最大值。PNR反而在60cm水深處達(dá)到最大值，這種變化在水力負(fù)荷為110cm/d更顯著。植物的出現(xiàn)會提高沉積物中微生物PNR，但是這種變化僅在水力負(fù)荷為110cm/d顯著。
　　(3)采用熒光定量PCR技術(shù)對不同水力負(fù)荷、不同水深和有無植物對沉積物的潛在硝化和反硝化功能基因豐度進(jìn)行測定。差異分析表明水深水力負(fù)荷和植物是影響沉積物硝化和反硝化功能基因豐度主要影響因素。氨氧化古菌(ammonia-oxidizing

6、 archaea，AOA)豐度在50cm/d的水力負(fù)荷條件下達(dá)到最大值，這種變化在有植物的溝中更為顯著。水力負(fù)荷為110cm/d時的氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizing bacteria，AOB)豐度顯著高于50cm/d時的豐度。植物僅對古菌amoA和nirK基因豐度有顯著影響，植物的出現(xiàn)會降低這兩個基因的豐度，但是植物對AOA的抑制作用僅在水力負(fù)荷為110cm/d時顯著。
　　(4)主成分分析和相關(guān)性分析表明影響硝化和

7、反硝化潛勢與功能基因豐度的主要環(huán)境因素是氧的可利用性，沉積物OM、NH4+和NO3-含量。氧的可利用性能直接影響沉積物中硝化和反硝化潛勢與功能基因豐度。OM能作為有機(jī)碳源或者電子供體促進(jìn)反硝化微生物的活性，同時還能改變沉積物中氧氣(O2)的可利用性間接影響硝化和反硝化，NH4+和NO3-則作為硝化和反硝化的底物直接促進(jìn)其生長。水力負(fù)荷、水深和植物主要通過改變這些性質(zhì)間接影響硝化和反硝化潛勢和功能基因豐度，且相比與功能基因豐度，環(huán)境因子是