长江中下游湖泊沉积物中磷的GIS分布特征及解磷菌的研究

摘要

湖泊作为人类生产、生活的主要水源，对社会和经济的发展起到十分重要的作用。随着社会和经济的快速发展、人口数量增加以及人们生活水平不断提高，湖泊受到的外来污染越来越严重，湖泊富营养化是其中最严重的环境问题。只有对湖泊营养状态进行及时的调查与了解，才能更好地解决可能存在的污染问题，降低湖泊富营养化发生的可能性。
　　磷是引起湖泊富营养化的限制性因子，而沉积物是湖泊水生态系统中污染物的潜在污染源，所以，研究湖泊沉积物中磷含量及磷形态的分布特征，有助于了解湖泊内源磷污染情况，为湖泊污染治理提供建议。在湖泊磷循环过程中，一些具有解磷能力的微生物对不同磷形态之间的转换起到重要的作用，这类微生物能将难溶的磷降解为可溶磷磷酸盐。因此，研究富营养化湖泊沉积物中的解磷菌有重要的意义。
　　本文以长江中下游地区的75个湖泊为研究对象，在对湖泊水体富营养化程度进行调查了解的基础上，重点研究了湖泊表层沉积物中不同形态磷的含量及磷形态的GIS空间分布特征，并且从沉积物中分离出了具有解磷能力的菌株，研究了解磷菌的解磷能力，对解磷优势菌株进行16S rDNA鉴定，分析了磷含量及形态对解磷菌的解磷能力的影响。研究结果如下所列：
　　1、采用综合营养状态指数法（TLI指数）分析得到湖泊水体的营养状况。研究湖泊中，占总数12％的湖泊水体呈中营养化状态，但有富营养化的趋势；88%的湖泊水体已经富营养化，其中轻度富营养化的占34%，中度富营养化的占47%，重度富营养化的占7%，该结果有助于实时了解研究区湖泊污染情况，为污染治理提供依据。
　　2、使用SMT分级提取法测得沉积物中各形态磷含量，以GIS空间分布图为辅助分析了磷含量及磷形态的空间分布特征。研究区湖泊沉积物中各形态磷含量分布范围为：437.43~2547.79mg/kg（TP）、172.46~2054.38mg/kg（IP）、24.56~1932.72mg/kg（NaOH-P）、20.28~730.47mg/kg（HCl-P）、132.61~1310.8mg/kg（OP），最大值与最小值相差倍数及整体变异系数均较大，说明分布非常不均匀，TP、IP、HCl-P和NaOH-P这4种形态的分布特征较为相似，湖南省内沿江和江苏省南部沿江湖泊的含量相对较高，湖北省内各形态磷含量分布范围较广，呈镶嵌型，安徽省和江苏省北部位于淮河流域的湖泊出现了高值区，江西省鄱阳湖及其周边湖泊整体来看相对较低。而OP的分布有明显的自西向东增加的趋势。结合湖泊水体的营养状态，富营养化湖泊沉积物中各形态磷的平均含量大于非富营养化湖泊，说明沉积物中的磷含量对湖泊水体富营养化有影响。
　　3、沉积物中的IP和NaOH-P与沉积物中的TP以及水体中的TP、PO43--P、TLI(∑)均显著性相关，且相关性系数大于其他形态的磷，其中NaOH-P的相关性表现最好，说明长江中下游地区湖泊沉积物中的NaOH-P是影响湖泊沉积物和水体中磷含量变化的主要形态，并且对湖泊的营养状态存在影响，所以控制沉积物中NaOH-P的形成和释放是减轻湖泊内源性污染的关键。另外，OP与NaOH-P之间存在负相关关系，它们都为生物可利用磷，说明两者之间存在相互转化的可能性。（NaOH-P+OP）被认为是沉积物中潜在的可释放磷源，并且与TP之间存在很好的相关关系，在未知各形态磷含量情况下，可通过TP含量粗略计算出沉积物中潜在可释放磷含量。
　　4、从珊珀湖、磁湖、花马湖、高邮湖、阳澄湖、鄱阳湖、太泊湖等7个湖泊沉积物样品中共筛选出35株有效解磷菌株，全部为解有机磷细菌。通过固体平板培养，以溶磷圈直径和菌落直径的比值（D/d）为判断依据，筛选出15株优势菌株，并进行重点研究。对优势菌株进行16SrDNA序列分析，结果表明，TP-1、TP-2、CIH-4、GY8＃-1、YC4＃-4、PY17＃-7属于假单胞菌属（Pseudomonas sp.），HM-2属于类芽孢杆菌属（Paenibacillus sp.），CIH-1、CIH-6、PY17＃-2、PY17＃-4、PY17＃-5、YC4＃-2、SP-2、GY8＃-2属于芽孢杆菌属（Bacillus sp.）。通过摇瓶液体培养实验测定优势菌株的解磷能力，结合D/d值对解磷能力的判断结果，HM-2、PY17＃-2、SP-2、GY8＃-2、PY17＃-5、YC4＃-4、CIH-4等7株菌的解磷能力对比结果一致，说明它们解磷稳定性较好；而GY8＃-1、CIH-6、TP-1、TP-2、PY17＃-4、CIH-1、PY17＃-7、YC4＃-2等8株菌对比结果不一致，说明解磷稳定性不好。
　　5、通过对解磷菌最大解磷量与沉积物中各形态磷含量、水体富营养化程度等指标的相关关系分析，得到结论：湖泊沉积物中各形态磷含量对微生物解磷能力存在一定的影响，其中，IP中的NaOH-P是影响这一能力的主要形态；TLI指数与最大解磷量表现出负相关关系，说明湖泊富营养化程度可能会对解磷菌的解磷能力产生抑制作用，具体原因有待进一步探究。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 湖泊富营养化

1.3 磷对湖泊富营养化的影响

1.4 解磷菌的研究

1.5 研究内容、目的及意义

第2章 研究区湖泊概况

2.1 湖泊概况

2.2 湖泊水体营养状况调查

2.3 小结

第3章 长江中下游湖泊沉积物中不同形态磷分布特征

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 小结

第4章 沉积物中解磷菌的分离与鉴定及解磷能力的研究

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

第5章 结论和展望

5.1 结论

5.2 可能的创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文