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入湖河流污染控制是湖泊富营养化控制的关键环节,府河是白洋淀最大的入淀河流,也是白洋淀营养物的主要来源,研究府河微生物群落结构变化与水体理化性质的相互关系,是府河污染控制的基础,对白洋淀流域的污染治理具有重要的理论价值与实践意义。本论文研究府河水体微生物群落结构与水体理化性质的时空分布及相互关系,采用PCR(Polymerase Chain Reaction)和菌种测序技术对筛选所得优势氮利用细菌进行分子生物学鉴定,考察了不同碳源、pH值、氨氮(NH4+-N)浓度、碳氮比(C/N)和温度对筛选出的优势异养硝化细菌Pseudomonas stutzeri的影响,确定了其最适生长条件,并以NH+-N为目标污染物,对其降解特性及机理进行了探讨。主要结论如下:
(1)府河水体pH值在7.3-8.2之间,化学需氧量(CODCr)平均值小于100 mg/L,NH4+-N浓度平均达20 mg/L以上,硝氮(NO3--N)和亚硝氮(NO2--N)分别为2.05和0.31 mg/L,而总磷(TP)的平均值为2.28 mg/L。府河属于劣V类水体,表现为低碳高氨氮高磷型污染。
(2)从空间分布来看,pH值和DO沿程明显升高,CODCr、TP和NH4+-N沿程明显降低,而NO3--N、TP、总溶解磷(TSP)和溶解反应磷(SRP)变化不大。从时间分布来看,从3月到10月,府河水体总氮(TN)和NH4+-N浓度逐渐降低,11月略有升高,NO2--N变化趋势不明显,而NO3--N随时间升高,各形态的磷与季节变化无明显相关性。
(3)府河水体可培养异养细菌总数为1.38×106 CFU/mL,氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化细菌、硝酸盐还原菌和脱氮菌的年平均值分别为4.6×105 MPN/mL,7.4×103 MPN/mL,1.0×104 MPN/mL和1.4×103 MPN/mL。可培养异养细菌数量与CODCr及NH4+-N浓度变化趋势相同,呈明显的正相关性;而氨氧化细菌与NH4+-N、亚硝酸盐氧化细菌与NO2--N、硝酸盐还原菌与NO3--N以及脱氮菌与NO3--N浓度之间并无明显的相关性。
(4)利用PCR和菌种测序技术对筛选所得优势氮利用细菌进行分子生物学鉴定,得到1株降解效果很好的异养硝化细菌,该菌株(Pseudomonas stutzeri)属于γ-Proteobacteria亚门。7株优势氨氧化细菌,其中1株(Nocardioides nitrophenolicus)属于Actinobacteridae亚门,1株(Oleomonas sagaranensis)属于α-proteobacteria亚门,2株(Acidovorax sp.和Nitrosomonas)属于β-proteobacteria亚门,3株(Pseudomonas denitrificans,Pseudomonasnitroreducens和Cellvibrio sp.)属于γ-proteobacteria亚门。5株优势亚硝酸盐氧化细菌,1株(Nocardioides nitrophenolicus)属于Actinobacteridae亚门,其余4株(Lysobacter sp.,Pseudoxanthomonas sp.,Pseudomonas denitrificans和Pseudomonas nitroreducens)属于γ-Proteobacteria亚门。
(5)优势异养硝化细菌Pseudomonas stutzeri可以NH4+-N为唯一氮源进行生长,其降解NH4+-N的最适温度、pH值、C/N比分别为30℃、7.0-8.0和15。当NH4+-N初始浓度为40 mg/L时,菌株在24h内的NH4+-N降解率较高,可达95%。该菌株除可以丁二酸钠为唯一碳源生长,进行NH4+-N降解外,也可以葡萄糖为唯一碳源生长,降解NH4+-N。降解特性实验表明该菌在接种4h后即可进入对数生长期,12h可达到最大浓度,且菌株生长与NH4+-N降解同步进行。