密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

摘要

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮(TN)浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区(P<0.05),且以NO^(-)_(3)-N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO^(-)_(3)-N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO^(-)_(3)-N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO^(-)_(3)-N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌(DNRA)所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.