鄱阳湖水体氮磷营养与微生物群落结构的时空变化

微生物在湖泊生态系统中对有机物的分解和营养物的重新矿化过程发挥着不可替代的作用，有关微生物群落结构与功能的关系是生态学关注而有待解决的研究热点。本研究选取生态健康状况处于恶化过程中的鄱阳湖为研究对象，针对湖泊水体N、P营养状况空间差异现象，在河湖交汇口及不同流速湖区选取不同营养水平的水域，开展水体N、P养分、微生物丰富度、微生物群落结构及其时空动态变化、微生物功能群结构的研究，以阐明水体N、P营养变化与微生物群落动态耦合过程。研究成果有利于阐明淡水湖泊微生物群体对营养环境的反应变化规律，也有利于全面剖析湖泊湿地生态系统的结构与功能，还有利于开发利用微生物资源，还可望为预测湖泊生态系统水环境变化提供一项重要指标。

本项目选取鄱阳湖主湖区、湖口、五大水系入湖口（饶河、赣江、修河、抚河和信江）以及三角洲蝶形湖泊（南矶山湖）水域10个典型样地为研究对象，采用DGGE技术和高通量测序的分子生物学手段，于2010年10月和2011年5月（枯水、丰水期）调查了鄱阳湖表层水体微生物群落结构、组成变化以及与氮、磷营养和重金属含量变化的动态耦合过程。同时研究了2011年5月鄱阳湖底泥微生物群落组成和氮循环功能基因（硝化细菌的氨氧化基因amoA、反硝化细菌的氧化二氮还原酶基因nosZ）的样地变化规律。结果表明：鄱阳湖表层水体理化特点具有显著的季节和样地差异性，影响鄱阳湖水质的理化环境因子主要为溶氧率、透光度和电导率；鄱阳湖水体细菌主要由19个门组成，其中变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、疣微菌门为湖泊水体优势菌群；水体细菌群落结构具有明显的季节、样地差异性，细菌群落主要受水体氮、有机质、电导率及重金属Pb的影响，其中受电导率和重金属Pb的影响最为显著。湖泊底泥细菌主要由24个门组成，其中变形菌门、疣微菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、放线菌门为优势菌群；鄱阳湖底泥细菌群落结构具有显著的空间异质性，群落主要受底泥总磷、重金属Cu和Cd的影响。鄱阳湖底泥中参与氨氧化过程的硝化细菌主要为亚硝化单胞菌属和亚硝化螺菌属两类，而参与氧化二氮还原的反硝化细菌主要为嗜酸菌属、固氮弧菌属、固氮螺菌属、慢生根瘤菌属、甲基杆菌属和脱氮硫杆菌等18类。这两种参与氮循环的基因文库均有显著的空间异质性。湖泊水体和底泥含有大量的未分类细菌提示，鄱阳湖蕴含了丰富的微生物资源，本研究为鄱阳湖科学管理、合理利用湖泊微生物资源等提供了实践证明和理论基础。