杭州西湖沉水植被恢复过程中沉积物微生物生态学研究

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沉水植物作为重要的湖泊初级生产者,在维持湖泊清水稳态方面发挥了重要作用,恢复沉水植物是受污染湖泊修复主要措施之一。探讨在恢复过程中内源负荷和微生物种群结构的变化有助于揭示沉水植物恢复的生态效应。本论文围绕杭州西湖沉水植物恢复过程中沉积物微生物生态学开展了三方面的研究:人工恢复条件下沉水植物群落变化及其对沉积物和微生物的影响、人工恢复和自然恢复条件下沉积物微生物群落结构的差异比较、湖泊底质改造材料与沉水植物联合修复沉积物磷的微生物学机理。主要研究结果如下:  (1)沉水植物的复合群落较难在短时间(一年)内恢复成功,但苦草可以作为西湖恢复的先锋物种,为其他沉水植物的恢复创造条件;西湖水体营养水平的限制因子TN浓度的削减,将对沉水植物成功恢复起着重要作用;大多数沉水植物作为一年生草本植物,其繁盛生长之后的衰败会导致沉积物N含量的显著升高,甚至超过了植物恢复前的含量,过高的沉积物N会阻碍沉水植物繁殖体次年的萌发,因而植物最大现存量的限制(建议不超过800g FW m-2)当同时作为辅助管护措施;  (2)沉水植物的群落复杂性和生物量显著地影响沉积物微生物群落结构。较高的沉水植物多样性和生物量增加了沉积物厚壁菌门、硝化螺旋菌门、Aminicenantes和螺旋菌门等菌门的相对丰度;  (3)与植物自然恢复相比,人工种植作为一种恢复的辅助措施,也是一种对生态系统的干预,它使得沉积物TN和有机质水平下降显著,同时对沉积物微生物群落结果的影响也更为剧烈;然而对于硫酸盐还原菌(SRB),自然恢复对其丰度的升高效果更为显著,尤其是隶属于Syntrophobacteraceae科和Thermodesulfovibrionaceae科的SRB;  (4)相比单一的苦草和多孔陶瓷滤球(PCFM),两者联合起来对沉积物磷的去除大于单独作用之和,主要是由于联合条件下,厚壁菌门和硝化螺旋菌门下特定聚磷菌丰度增加。厚壁菌门Erysipelotrichaceae科的菌属PSB-M-3,是联合组相比单一苦草组或单一改性膨润土(MB)组沉积物微生物群落P代谢功能增强的主要贡献者。  本研究以沉水植物恢复驱动下的植物-沉积物-微生物三者的关系为主线,探讨了植物恢复对湖泊生态系统中沉积物环境和微生物的影响。三者的关系概括如下:沉水植物的定植会改变沉积物理化性质,同时沉积物微生物会随着这一变化调整自身的群落结构和物质转化功能;这种微生物介导的物质转化功能的变化也影响着沉积物的理化性质,进而影响着植物根系对营养物质的可获得性。研究结果为亚热带浅水湖泊沉水植被的恢复提供了理论依据和实践经验,并揭示了沉水植物恢复的内在微生物生态学机制。
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