不同氮污染水体中微生物对环境的生态响应

摘要

近些年，大量的生活污水和工业废水造成我国水体严重污染，氮素污染尤为普遍。在污水脱氮的处理中，微生物修复技术应用广泛，而水体中受环境影响的微生物直接决定微生物修复技术的效果。为了更好的对氮污染水体进行调控，本研究分别在2015年4月～2016年3月对杭州市九溪、西湖、贴沙河、京杭运河、钱家河水体进行了12次季节性的采样，探究了不同氮污染水体中微生物群落结构与环境因子的相互关系。主要研究结果如下:
　　(1)不同氮污染水体中理化指标存在差异，并随季节发生变化:九溪的NO3-N年均含量最高(3.904mg/L)，C/N年均最低(1.4);钱家河的NO2--N、NH4+-N、TN、TP、TOC的含量最高。在不同的季节中，NO3--N、NO2-N、的浓度稳定;九溪、西湖、贴沙河的NH4+-N、TN、TP、TOC、DO的含量随季节的变化基本保持稳定;京杭运河、钱家河的NH4+-N、TN、TP、TOC、DO的含量随季节变化而变化:不同氮污染水体的细菌多样性比较:京杭运河＞钱家河＞西湖＞贴沙河＞九溪。
　　(2)五水体四个季节的高通量测序结果:共发现细菌种类归属于40个门，85个纲，187个目，343个科及749个属，除了夏季贴沙河外变形菌门都是最优势类群，所占的比例从31.62％至92.72％不等，夏季含量低，冬季含量高;夏季贴沙河则由蓝藻菌门占优势，其比例为63.43％。反硝化功能细菌种类归属于5个门，8个纲，21个目，29个科及49个属，其中变形菌门都是最优势类群，所占的比例从55.58％至99.96％不等。典型相关性分析(CCA)结果表明，水体中T、TOC、TP、溶氧量的浓度与微生物群落结构的关联度最高，T、C/N对反硝化功能微生物群落影响最大。
　　(3)室内模拟实验与原位培养试验发现:水样的TN、TP、TOC与C/N比在0～24h变化趋势明显，24h后各含量基本稳定。不同水体的TN、C/N在96h时与原位水含量一致;TOC、总磷含量在96h时比0h趋近于原位水;九溪、西湖、贴沙河水还是保持低氨氮水平。不同水样的胞外酶活在96h内增长趋势越来越明显;不同水样的细菌丰度在96h内迅速增长。研究表明，九溪、西湖、贴沙河水中有活跃的降氨氮的功能细菌。通过DGGE图谱的主要成分分析结果表明，将不同的水体置于模拟原位水和原位水中，均会使水体中的细菌群落结构发生变化。不同水体中的细菌群落在模拟培养或原位水体中变化趋势有差异。

目录

声明

摘要

专业名词英文缩写

1 前言

1．1 研究问题的由来

1．1．1 我国水体污染现状

1．1．2 水体污染的来源

1．1．3 水体氮素污染及其危害

1．1．4 水体污染治理的意义

1．2 水体中的氮循环

1．3 水体污染治理技术的研究现状

1．3．1 水体污染治理技术背景

1．3．2 水体污染治理技术研究进展

1．3．3 水体污染治理技术存在问题

1．4 水体中微生物生态学的研究意义

1．5 课题的研究目的、意义和主要内容

1．5．1 研究目的与意义

1．5．2 主要内容

1．6 技术路线

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验样品来源

2．1．2 试剂

2．1．3 药品

2．1．4 PCR引物

2．1．5 实验仪器和设备

2．2 测定方法

2．2．1 水质指标分析方法

2．2．2 地表水环境质量标准

2．2．3 细菌总DNA提取方法

2．2．4 PCR扩增方法的分析步骤

2．2．5 DGGE方法的分析步骤

2．2．6 荧光显微计数法测定细菌总数

2．2．7 荧光模拟底物法测定细菌胞外酶活性

2．2．8 高通量测序

2．2．9 丰富度与多样性计算

2．3 实验设计

2．3．1 不同程度氮污染水体的差异及其微生物生态差异研究

2．3．2 模拟环境对水体微生物群落的生态响应研究

2．3．3 原位环境对水体微生物群落的生态响应研究

3 结果与分析

3．1 河道湖泊水体污染特征评价

3．1．1 九溪水体污染物指标评价

3．1．2 西湖水体污染物指标评价

3．1．3 贴沙河水体污染物指标评价

3．1．4 京杭运河水体污染物指标评价

3．1．5 钱家河水体污染物指标评价

3．2 不同程度氮污染水体的区域差异及其微生物生态差异研究

3．2．1 不同程度氮污染水体中温度、pH、压强的季节变化

3．2．2 不同程度氦污染水体中溶解氧(DO)的季节变化

3．2．3 不同程度氮污染水体中硝态氮和亚硝态氮浓度的季节变化

3．2．4 不同程度氮污染水体中氨氮和总氮浓度的季节变化

3．2．5 不同程度氮污染水体中总磷的季节变化

3．2．6 不同程度氮污染水体中有机碳季节变化

3．2．7 不同程度氮污染水体中碳氮比季节变化

3．2．8 不同程度氮污染水体中细菌丰度与多样性的季节变化

3．2．9 不同程度氮污染水体中细菌群落的季节变化

3．2．10 不同程度氮污染水体中反硝化功能细菌的季节变化

3．2．11 不同程度氮污染水体、细菌与环境之间的关系

4．1 微生物群落对关键污染物生态响应的模拟实验结果

4．1．1 模拟培养与原位培养实验对水样氨氮的影响

4．1．2 模拟培养与原位培养实验对水样总氦的影响

4．1．3 模拟培养与原位培养实验对水样总磷的影响

4．1．4 模拟培养与原位培养实验对水样TOC的影响

4．1．5 模拟培养与原位培养实验对水样C／N的影响

4．1．6 模拟培养与原位培养实验对水样胞外酶活性的影响

4．1．7 模拟培养与原位培养实验对水样细菌丰度的影响

4．1．8 模拟培养与原位培养实验对水样细菌群落的影响

4 讨论

4．1 不同水样中细菌的季节性变化

4．1．1 不同水样中细菌丰度与多样性的季节性变化特征

4．1．2 不同水样中细菌群落结构的季节性变化

4．1．3 不同水样中细菌群落结构与环境的关系

4．2 富氮水体中微生物对环境的生态响应

5 展望

参考文献

致谢