浅水富营养化湖泊颗粒有机物微生物降解的动力学机制

The chemical composition and microbial degradation of particulate organic matter （POM）is very important to keep the ecosystem structure and function of large shallow lakes. In this project, the process of microbial degradation POM in Lake Taihu will be focused on. In order to obtain the chemical and biological characteristic of newly formed POM and detritus, the field observation will be conducted for determining the parameters of stable isotope (δ13C、δ15N), fluorescence excitation-emission matrix spectra(FEEMs), fatty acid composition, and bacterial community of POM at different regions of the lake. In the simulation experiment of POM biodegradation, based on the variations of FEEMs, stable isotope (δ13C、δ15N), bacterial community and the concentration of POM, dissolved organic carbon (DOC), dissolved total nitrogen (DTN), dissolved total phosphorus (DTP) and other decomposition products, the special attention will be concentrated on the dynamic process, decomposition velocity and mechanism of biodegradation POM. For better understanding the carbon biogeochemical cycle of shallow eutrophic lake, the effect and contribution of POM decomposition to DOC of the lake will also be evaluated.

水体中颗粒态有机物的化学组成及迁移、降解过程，对维持浅水湖泊生态系统的结构和功能具有重要的意义。本项目利用稳定同位素（δ13C、δ15N）、三维荧光、分子生物学等技术手段，以水体中颗粒有机物(POM)的降解过程为切入点，通过对太湖不同生态类型湖区中新生及碎屑颗粒有机物的稳定同位素（δ13C、δ15N）、三维荧光特性、形态结构、脂肪酸组成、细菌群落结构等参数测定，获取不同来源新生及碎屑颗粒有机物的理化及生物学特征；通过不同来源颗粒有机物的微生物降解实验，分析降解过程中三维荧光、稳定同位素（δ13C、δ15N）、细菌群落结构、POM、DOC、DTN，DTP 及其它降解产物含量的变化特征，阐释新生及碎屑颗粒有机物微生物降解的动力学过程、速率及机制。为深刻认识浅水富营养化湖泊水体中碳的生物地球化学循环提供科学依据。

本研究通过对太湖不同生态类型湖区水体中颗粒有机物浓度、化学计量学、稳定同位素、细菌种群组成等指标的解析，揭示了太湖水体中颗粒有机物的来源、组成、颗粒物化学计量学时空变化规律及驱动机制；辨析了环境因子对水体中颗粒有机物降解、附着细菌群落结构的影响；探讨了藻源性颗粒有机物降解对水体中营养盐再生及硝酸盐异化还原(DNRA)过程的影响机制。研究发现：1）太湖水体中的颗粒有机物主要来源于河流输入和水体中的浮游植物，其贡献的比例大致相等。但在蓝藻水华爆发期间，水体中来源于浮游植物的有机颗粒物会显著增加；2）太湖水体中颗粒物的化学计量学比值为C:N:P=143:19:1，高于通常的Redfield比值。其中：C:N比的变化较小，均值为7.5，且不同湖区间差异不显著。而N:P、C:P比却显示出显著的时空差异，在藻型湖区最高可分别达到27.4和178.5；3）随水体中水华颗粒有机物的大量堆积、降解，会在水体中形成缺氧区，显著改变了水体中的微生物群落，形成以VadinBC27，Burkholderiales，Rhodocyclales，Pseudomonas以及真菌Mucor为主的共生群落，迅速发酵、降解水华颗粒，同时快速释放营养盐至水柱中；4）藻源性颗粒有机物的降解显著促进了DNRA的过程，但并未显著影响水体中的脱氮速率。研究结果阐释了水体中颗粒有机物微生物降解的驱动机制，有助于深刻认识浅水富营养化湖泊水体中碳氮的生物地球化学循环过程。