小型富营养化湖泊沉积物氨氧化能力对氮污染物来源的响应机制研究

There are a lot of small lakes with areas less than 100 km2 in China. They are now facing critical environmental problems especially nitrogen pollutions in sediment. This work will investigate the source of nitrate in sediment and the effect of different nitrogen pollutions on sediment environment especially on the quantity and distribution of ammonia oxidizing bacteria of 3 small eutrophic lakes in Huai River Basin, via methods such as Bacteria denitrifying stable isotope technique, molecular biology technique and model simulations. Besides, it is noteworthy that the effect of nitrogen pollutions in sediment generated by long-term purse-net aquiculture on the distribution of ammonia oxidizing bacteria in sediment of small lakes will be investigated. Furthermore, the spatio-temporal characteristics of nitrate generated by nitration in sediment and the mechanism of nitrate affecting the distribution of ammonia oxidizing bacteria will be studied in this work. This work will provide scientific evidence for eutrophication controlling and ecological restoration of small lakes.

我国面积小于100 km2的小型湖泊众多，环境问题突出，沉积物氮污染是这类湖泊的主要环境问题之一。本申请以位于淮河流域的三个小型富营养化湖泊为研究对象，拟通过细菌反硝化稳定同位素技术，分子生物学手段及模型建模技术，对沉积物硝酸盐来源开展调查研究，并分析不同来源氮污染物对沉积环境的影响，尤其是对沉积物氨氧化菌丰度和分布的影响。重点探究通过长期围网养殖输入沉积物的氮污染物对小型湖泊沉积物氨氧化菌分布的影响。在此基础上，弄清沉积物硝化反应所导致的硝酸盐时空变化规律，揭示小型富营养化湖泊沉积物不同来源硝酸盐对底泥氨氧化菌分布的作用机制。本申请可为我国小型湖泊富营养化控制及生态恢复提供科学依据。

本课题选取位于淮河流域的大纵湖、得胜湖、九龙口和蜈蚣湖四个小型富营养化湖泊为研究对象，通过细菌反硝化稳定同位素技术、分子生物学手段及原位观测和室内实验相结合的方法，调查研究了沉积物中硝酸盐的来源，解析了不同来源氮污染物对沉积环境的影响，探究了通过长期围网养殖输入沉积物的氮污染物对小型湖泊沉积物氨氧化菌分布的影响，揭示了小型富营养化湖泊沉积物中不同来源硝酸盐对底泥氨氧化菌分布的作用机制。基于以上研究，得出以下两个重要结论：湖泊周边长期施肥和畜禽养殖增加了沉积物中氨氧化细菌的丰富度和多样性；长期围网养殖降低了沉积物硝酸盐中δ15N的‰值，降低了氨氧化微生物的多样性和相对丰度。成果可为识别硝酸盐的生物地球化学循环在湖泊富营养化过程中的作用提供支撑。本课题的执行共发表并见刊已标注论文14篇，其中，SCI检索论文6篇；申报国家发明专利7项，授权专利2项。较好的完成了课题立项时设定的任务目标。