【摘 要】
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溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)和微生物是河流生态系统中的重要组成部分,在环境污染物的迁移转化过程中产生重要影响,对维系河流生态系统结构与功能具有重要意义。本研究分别采集了辽河保护区枯水期和丰水期的地表水及沉积物样品,开展河流生态环境质量时空变化特征调查研究;并在此基础上,运用光谱技术、高通量测序技术探究辽河保护区DOM结构组成与微生物群落结构的时空分布特征
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溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)和微生物是河流生态系统中的重要组成部分,在环境污染物的迁移转化过程中产生重要影响,对维系河流生态系统结构与功能具有重要意义。本研究分别采集了辽河保护区枯水期和丰水期的地表水及沉积物样品,开展河流生态环境质量时空变化特征调查研究;并在此基础上,运用光谱技术、高通量测序技术探究辽河保护区DOM结构组成与微生物群落结构的时空分布特征;运用相关性分析进一步揭示DOM组成结构及微生物群落结构组成与环境因子的相关性。主要结论如下:(1)辽河保护区地表水及沉积物环境质量整体较好但不稳定。总体来说,辽河保护区河流地表水主要受N、P元素与有机物输入的影响。从空间上看,枯水期时辽河保护区地表水支流污染物浓度高于干流;丰水期时则干流污染程度较高,且N元素与有机污染物浓度主要表现为下游较高。从季节上看,辽辽河保护区地表水环境质量表现为丰水期较差,且丰水期时TN、NH3-N、COD浓度显著升高,TP浓度显著降低。(2)辽河保护区河流生态系统中DOM主要组分为陆源及海洋源类腐殖质组分C1、类富里酸组分C2、类色氨酸组分C3,且以类腐殖质组分(C1、C2)为主导。其来源受内源与外源共同作用。从空间上看,辽河保护区DOM浓度表现为支流>干流的分布特征,且支流DOM腐殖化程度较高,具有较高的芳香性及疏水性;DOM的腐殖化程度沿河流上游至下游呈现出逐渐递减的分布趋势,而沉积物中DOM的腐殖化程度沿河流上游至下游逐渐递增的分布趋势。从季节上看,丰水期内降水量和地表径流增加,DOC浓度升高,且类蛋白质组分相对浓度升高,芳香性降低。DOM各荧光组分对TN、TP、COD、重金属相关性较好,对辽河保护区具有一定的环境指示意义。(3)辽河保护区内微生物多样性从空间上看,上游至下游微生物群落结构具有显著差异,下游河段样品的微生物群落丰富度普遍高于上游河段,沉积物中微生物的多样性及物种丰富度高于地表水;从季节上看,辽河保护区地表水中微生物多样性表现为丰水期>枯水期。在门分类水平下,辽河保护区枯水期地表水中优势微生物主要为:拟杆菌门(Bacteroidota)、蓝藻菌门(Cyanobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)等,且温度(T)、化学需氧量(COD)是影响枯水期微生物群落结构的关键因子;丰水期地表水中优势微生物主要为:Proteobacteria、Firmicutes(厚壁菌门)和Bacteroidota等,且溶解氧(DO)、Cu是影响丰水期微生物群落结构的关键因子;沉积物中优势微生物主要为:Proteobacteria、Firmicutes和放线菌门(Actinobacteriota)等,且沉积物中的微生物群落对重金属表现出较好的耐受性。丰水期时Firmicutes(厚壁菌门)和Actinobacteriota(放线菌门)的相对丰度升高,Cyanobacteria(蓝藻菌门)的相对丰度降低,说明辽河保护区地表水在丰水期时可能会受工业废水和农业废水污染影响。与地表水中微生物的群落丰度相比,沉积物中Chloroflexi(绿弯菌门)的相对丰度显著升高。进一步探究辽河保护区DOM与微生物的响应关系发现,DOM各组分与微生物群落结构表现出一定的相关性关系,可为深入揭示微生物降解利用DOM及微生物种群丰度的影响因素提供一定的数据基础。
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