尾水排放对地表水及地下水细菌群落影响研究

摘要

为了探究尾水排放对地表水及地下水细菌群落的影响，本研究以常州市深水城北污水处理有限公司的尾水、受纳地表水及厂周围地下水为研究对象，采集水样样品，测定氨氮(NH3-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、总氮(TN)、总有机碳(TOC)共计5项水质指标浓度，研究水质变化规律;利用高通量测序技术及传统微生物培养技术解析细菌群落，通过对比参照点和实验点变化，分析尾水排放对地表水及地下水细菌群落的影响，并探讨细菌与水质的相关性。本研究通过分析尾水对地表水及地下水细菌群落影响，可为研究区域的水污染控制及水资源合理利用提供理论指导。主要研究结果如下:
　　采集2016年5月、6月尾水、受纳地表水和地下水，测定5项水质指标浓度。对比地表水与地下水水质变化发现，尾水排放对受纳地表水影响更大，由5月至6月，使NO3--N分别显著增加5.68倍、4.01倍;TN浓度分别显著增加3.61倍、1.27倍;NO2--N浓度分别显著减少0.91倍、0.95倍(P＜0.05)。继续测定2016年7月（夏季）、9月（秋季）、12月（冬季）尾水和受纳地表水水质指标浓度，对比地表水参照点与实验点水质变化，分析不同季节尾水对地表水水质的影响。结果表明，地表水氮素类浓度受尾水影响显著。由夏季至冬季，NO3--N浓度分别显著增加5.65倍、2.49倍、0.90倍，TN浓度分别显著增加2.01倍、2.29倍、0.54倍，冬季TOC浓度显著增加0.40倍;由夏季至冬季，NH3-N浓度分别显著减少0.67倍、0.49倍、0.77倍，NO2--N浓度分别显著减少0.90倍、0.64倍、0.86倍，TOC浓度夏季显著减少0.25倍(P＜0.05)。
　　利用传统微生物培养技术，解析2016年5月、6月尾水、受纳地表水及厂周围地下水可培养细菌群落结构，分析尾水对地表水和地下水可培养细菌群落结构的影响。通过对比地表水实验点与参照点细菌群落结构发现，5月肠球菌属（Enterococcus）、副球菌属（Paracoccus）相对丰度分别增加11.00倍、6.23倍，固氮菌属（Azatobacter）相对丰度减少0.89倍;6月微小杆菌属（Exiguobacterium）、黄色杆菌属（Xanthobacter）相对丰度分别增加6.00倍、4.00倍，红球菌属（Rhodococcus）相对丰度减少0.67倍。通过对比地下水实验点与参照点可培养细菌群落结构发现，5月沙雷氏菌属（Serratia）相对丰度增加1.61倍，苍白杆菌属（Ochrobactrum）相对丰度减少0.83倍;6月氮单胞菌属(Azomonas)、棒状杆菌属（Corynebacterium）相对丰度分别增加2.99倍、1.19倍，Azatobacter相对丰度减少0.67倍。通过以上研究结果可见，尾水对地表水可培养细菌群落结构影响更大。
　　为进一步分析不同季节下尾水对受纳地表水细菌群落的影响，采集2016年7月（夏季）、9月（秋季）、12月（冬季）尾水和受纳地表水，应用传统微生物培养技术计算细菌数量;利用高通量测序技术，明确细菌群落结构及多样性，分析不同季节的细菌群落结构及多样性变化规律。结果表明，样品共获得355315条优质序列，产生1679条OTU，细菌分别分属于43个门、612个属。经weighted Unifrac分析发现，尾水、地表水上游和下游细菌在群落构成上存在显著差异。由于尾水排放导致冬季受纳地表水细菌数量显著减少（P＜0.05）;夏季、秋季细菌群落结构及α多样性降低;对变形菌门(Proteobacteria)下的假单胞菌属（Pseudomonas）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、不动杆菌属(Acinetobacter)相对丰度影响较大，具体表现为Pseudomonas、Sphingomonas相对丰度夏季增加，冬季减少;Pseudomonas、Acinetobacte相对丰度秋季减少。
　　对不同季节下的尾水、地表水细菌群落与水质指标进行相关性分析。结果表明，细菌数量与NH3-N浓度、NO2--N浓度呈显著正相关（P＜0.05）;而与其他水质浓度无显著相关性。细菌多样性与水质无显著相关性。细菌分布主要受TN浓度影响。NH3-N浓度、NO2--N浓度主要与不动杆菌属(Acinetobacter)、微球菌属（Micrococcaceae）和Hgcl_clade分布呈正相关，与盐单胞菌属(Halomonas)、水小杆菌属（Undibacterium）分布呈负相关;TN浓度、NO3--N浓度主要与Halomonas、Undibacterium分布呈正相关，与Micrococcaceae、Acinetobacter和Hgcl_clade分布呈负相关;TOC浓度主要与Parcubacteria分布呈负相关。

目录

摘要

1．1 研究背景

1．1．1 城市水体概述

1．1．3 水中细菌的研究方法

1．1．4 研究区域概况

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目的与意义

1．4 技术路线

1．5 课题来源及研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究内容

第2章 尾水对地表水及地下水水质的影响研究

2．1 材料与方法

2．1．1 采样点设置与样品采集

2．1．2 主要实验试剂

2．1．3 主要实验仪器

2．1．4 主要实验方法

2．1．5 主要数据分析方法

2．2 结果与分析

2．2．1 尾水水质分析

2．2．2 尾水对地表水及地下水水质的影响

2．2．3 不同季节下尾水对地表水水质的影响

2．3 讨论

2．4 本章小结

第3章 尾水对地表水及地下水可培养细菌的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 采样点设置与样品采集

3．1．2 主要实验试剂

3．1．3 主要实验仪器

3．1．4 主要实验方法

3．1．5 主要数据分析方法

3．2 结果与分析

3．2．1 细菌形态学鉴定结果

3．2．2 细菌生理生化实验结果

3．2．3 尾水对地表水及地下水可培养细菌群落结构的影响

3．3 讨论

3．4 本章小结

第4章 不同季节下尾水对地表水细菌群落的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 采样点设置与样品采集

4．1．2 主要实验试剂

4．1．3 主要实验仪器

4．1．4 主要实验方法

4．1．5 主要数据分析方法

4．2 结果与分析

4．2．1 尾水对地表水细菌数量的影响

4．2．2 高通量测序统计

4．2．3 尾水对地表水细菌多样性的影响

4．2．4 尾水对地表水细菌群落结构的影响

4．3 讨论

4．4 本章小结

第5章 细菌群落与水质相关性分析

5．1 主要数据分析方法

5．2 结果与分析

5．2．1 细菌数量与水质的相关性分析

5．2．2 细菌多样性与水质的相关性分析

5．2．3 细菌群落结构与水质的相关性分析

5．3 讨论

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

声明

致谢