青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明：（1）非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;（2）水体细菌群落的优势门均为变形菌门（Proteobacteria）,非冰封期细菌中拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;（3）冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的...     

太湖水体和沉积物细菌群落分布格局及其驱动因素

水体和沉积物是湖泊生态系统中迥异但又紧密相连的两类生境,栖息在这两类生境中的细菌在维持生态系统平衡和驱动元素循环中起着关键性作用。为了探究湖泊水体和沉积物细菌群落的分布格局,本文对太湖四个湖区水体和沉积物中细菌群落进行调查,基于高通量测序技术和统计分析手段,分析这两类生境中的细菌群落组成和多样性水平、分布特征及其驱动因素。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)是水体细菌群落中最主要的细菌门,而沉积物中Proteobacteria占据优势地位。在两类生境中,太湖西部区域细菌群落丰富度和独特性(LCBD)相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对水体而言,电导率、pH值、PC1(重金属组成)和沉积物孔隙度是驱动细菌丰富度的重要因子,PC1、水温及pH值是影响细菌群落LCBD的重要因子,而细菌网络复杂性随pH值的增加而增加,且在高pH环境中占主导地位;对沉积物而言,其丰富度和LCBD的重要影响因子均是沉积物中总磷和锂,细菌网络复杂性随金属元素施加的环境压力增大而降低,但随总磷、磷酸盐和铵态氮浓度的...     

青藏高原湖泊沉积物与水体细菌群落共发生网络和群落构建过程差异解析

研究高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构的差异对于水生态治理与保护具有重要的科学意义。本文选取青藏高原中东部共19个湖泊为研究对象,采集沉积物和水体样本,使用高通量测序技术和统计分析,解析湖泊沉积物和水体细菌群落结构、空间分布特征、共发生网络模式、群落构建过程的差异及其原因。研究结果表明沉积物细菌群落alpha多样性指数(Chao1指数、Shannon多样性指数、Faith’s系统发育指数和Pielou均匀度指数)均显著高于水体细菌群落。沉积物和水体细菌的优势门均为Proteobacteria(相对丰度为45.33%和41.77%),而水体细菌群落结构具有较强的空间异质性。主坐标分析和相似性分析结果表明沉积物和水体中细菌群落结构差异极显著,海拔和纬度分别是青藏高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构变化最显著的驱动因子。沉积物和水体细菌群落均具有明显的距离衰减模式,而沉积物细菌比水体细菌群落在空间上的周转率小。采样湖泊沉积物细菌群落共发生网络复杂度和稳定性高于水体细菌。沉积物和水体细菌群落的平均归一化随机率值分别为0.24和0.72,表明确定性过程在沉积物细菌群落构建的过程中起到了重要的作用,而水...     

浅水湖泊湖泛(黑水团)中的微生物生态学研究进展

"湖泛"是指湖泊水体中(包括沉积物)富含大量藻源性(或草源性)的生物质,在微生物的分解作用下,大量消耗氧气,出现厌氧分解,微生物在还原条件下,促进许多"黑臭"物质的形成,进而影响水质和湖泊生态系统结构与功能乃至造成环境灾难.与湖泛发生时的环境特征(如低溶解氧,低p H,高有机质,高总磷、总氮)相对应的是其简化的食物网结构和特殊的微生物类群.本文将主要针对湖泛中的微生物群落及其在物质循环中的作用展开综述.研究显示湖泛水体中主要微生物类群,如真菌、细菌厚壁菌门的梭菌以及产甲烷古菌等,在有机质的快速分解和厌氧矿化过程中发挥着重要作用;沉积物中主要的微生物功能群,如硫酸盐还原细菌、铁还原细菌、甲烷厌氧氧化菌和反硝化细菌等,是湖泛致黑物质形成的关键.缺氧及厌氧条件下碳、硫和铁等元素生物地球化学过程的相互关联以及多种微生物之间形成的互营共生可能是湖泛过程中功能微生物的重要特征.湖泛中微生物功能的进一步研究,亟需借鉴海洋低氧区及深海沉积物的经验,引用先进研究手段,提出可靠的生物地球化学证据.浅水湖泊湖泛(黑水团)中的微生物生态学探索将有助于从机理上揭示湖泛黑臭的成因.     

蓝藻生消对巢湖沉积物phoD碱性磷酸酶基因细菌群落结构的影响

phoD基因编码的碱性磷酸酶驱动沉积物有机磷矿化并释放生物可利用磷,促进了富营养化湖泊蓝藻的生长与暴发,但对富营养化湖泊蓝藻生消周期phoD基因细菌群落动态变化的认识依然有限.本文研究了中国典型富营养化湖泊巢湖蓝藻生消过程沉积物碱性磷酸酶活性（APA）、phoD基因细菌多样性和群落结构的动态变化及其与环境的关系.结果显示：巢湖沉积物APA活性在蓝藻生长与暴发阶段显著升高,且与水温、pH、溶解氧（DO）等环境因子显著相关.蓝藻生消各阶段沉积物phoD基因细菌群落的优势菌属均由Pseudonocardia和Friedmanniella构成;与蓝藻潜伏期和衰亡期相比,生长初期与暴发期大多数样点沉积物Pseudonocardia的丰度显著降低而Friedmanniella显著升高.携带phoD基因的菌属丰度呈显著的时空变化,其中菌属丰度的空间异质性较高.蓝藻生长初期与暴发期的phoD基因细菌群落的Ace指数与Shannon多样性指数显著大于潜伏期与衰亡期.研究表明,携带phoD基因细菌群落结构的变化主要受APA、DO、叶绿素a、水温、总磷以及无机磷的驱动;春季蓝藻的生长消耗大量上覆水溶解性无机磷,激发了沉积物APA活性并诱发Friedmanniella生长从而缓解水体磷限制.     

丹江口库区表层沉积物细菌多样性及功能预测分析

湖泊沉积物微生物是水生态系统的重要组成部分,目前关于丹江口库区沉积物细菌群落和功能研究鲜见报道.于2017年5月对丹江口库区内5个典型生态点位表层沉积物进行采集,采用高通量测序技术对表层沉积物细菌群落组成进行研究,结果表明细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)等33个门和318个属组成,具有丰富的群落组成.沉积物细菌群落和理化指标冗余分析(RDA)结果表明,pH值、总磷、有机质和铵态氮含量均能显著影响沉积物细菌群落组成.细菌属分类单元与环境因子Spearman相关分析表明,变形菌门中11个属的细菌与环境因子显著相关,为与环境因子显著相关细菌的主要组成(占47.62%).采用细菌群落功能预测软件PICRUSt(Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States)对表层沉积物细菌群落进行分析,结果表明沉积物细菌功能主要涉及能量产生和转换、信号转导机制、氨基酸运输和代谢、细胞壁/细胞膜/膜结构的生物合成等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性.基因功能家族预测基因拷贝数表现为台子山宋岗库心渠首黑鸡嘴.     

不同沉水植物叶片附着细菌群落多样性及网络结构差异

沉水植物叶表附着大量细菌,与沉水植物构成了复杂的共生体系.叶片附着细菌是水生态的重要组成部分,能影响沉水植物自身生长和水体物质循环过程.目前,对于沉水植物多样性对植物叶片附着细菌群落的影响知之甚少.本研究比较了不同沉水植物物种多样性对浮游细菌和叶片附着细菌群落的影响,同时探究不同植物——苦草(Vallisneria natans)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和黑藻(Hydrilla verticillata)叶片附着细菌的群落结构和多样性特征.结果表明,浮游细菌和叶片附着细菌的群落α多样性和β多样性具有显著差异.与单一植物物种体系相比,高植物物种多样性体系中植物叶片附着细菌群落α多样性较高.在高植物物种多样性体系中,黑藻叶片附着细菌群落的α多样性显著较高而β多样性显著较低,苦草叶片附着细菌群落的α多样性较低.沉水植物叶片附着细菌群落优势菌群属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes).高植物物种多样性体系中苦草的物种共现网络最具模块性.嗜甲基菌(g_Methylophilus)、红杆菌(f_Rhodobacter)、黄杆菌(g_Flavobacterium)是物种共现网络的关键物种.本文研究植物物种多样性对淡水湖泊细菌群落结构的影响,并强调宿主植物对附着细菌群落的重要选择作用,加深对细菌群落在水生植物叶片定殖机制的理解.     

城市河流细菌群落特征及影响因素——以鄱阳湖流域赣江南昌段为例

为了了解赣江细菌群落特征,探讨环境因子对城市河流细菌群落结构组成的影响,本文基于高通量测序分析鄱阳湖流域赣江南昌段2015年4月至2016年3月5个采样点(G1~G5)的细菌群落特征.采用R语言"Vegan"程序包中的"Bioenv"程序、冗余分析方法分析环境因子对河水细菌群落的影响,基于Bayesian统计方法的Source Tracker模型估算南昌城区对赣江细菌群落的改变比例.结果表明:赣江南昌段的优势菌门为放线菌门(Actinobacteria,34.05%)和变形菌门(Proteobacteria,31.59%),其次为厚壁菌门(Firmicutes,15.49%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,9.12%);气温和流量是河流细菌群落主要影响因子,其中气温是影响OTU丰度的最佳单参数,影响门丰度的最佳单参数是流量;水文气象条件(气温和流量)对河流细菌群落的影响大于水化学指标,包括营养盐(溶解有机碳、总磷和铵态氮)、水化学离子(HCO_3~-、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、Na~+、K~+和Mg~(2+))和重金属元素(Mn、Cd、Cr、Pb、Cu、As、Ba和Fe).除Proteobacteria外,其余门的细菌相对丰度在5个采样点之间不存在显著差异;Source Tracker模型结果表明南昌城区对赣江细菌群落结构组成的影响为6.33%~34.67%,对赣江南支细菌群落的影响显著高于其他河段;南昌城区对细菌群落的影响较小,主要的影响门类为Proteobacteria.     

西藏纳木错及其入湖河流溶解有机碳和总氮浓度的季节变化

为深入理解纳木错湖水及入湖河流中溶解有机碳（DOC）和总氮（TN）浓度的季节变化特征及其影响因素,于2012-2013年不同季节对纳木错2个站点及流域内21条主要入湖河流进行采样及分析,采用统计学方法初步探讨纳木错水体和21条河流DOC和TN浓度季节变化特征.结果表明,河流DOC平均浓度范围为0.763~1.537 mg/L,TN平均浓度范围为0.179~0.387 mg/L.21条入湖河流DOC浓度在春末夏初和夏季达到高值,冬季为低值,TN浓度季节变化趋势大体上与DOC浓度相反.湖泊水体DOC和TN浓度范围分别为2.42~8.08和0.237~0.517 mg/L,明显分别高于河水中的浓度.湖泊DOC浓度季节变化趋势与河流一致,而TN浓度无明显的季节性变化.河水DOC浓度的季节变化和空间差异受控于河流的补给方式,湖水DOC浓度受湖泊内部藻类等水生植物活动和河流外源输入的影响.DOC等有机质的分解是影响纳木错流域湖水和河水TN浓度的重要原因.     

藏南普莫雍错流域水体离子组成与空间分布及其环境意义

对藏南普莫雍错湖水及其周围人湖河流水体进行了离子化学成分分析,对部分湖泊和河流水样作氧同位紊分析.结果显示,不同入湖河流离子组成与湖水本身离子组成有较大差异.湖水的主要离子组合是Mg2 -Ca2 -HCO3-SO42-,而主要补给河流加曲为Ca2 -Mg2 -HCO3-.加曲人湖河口2m水深以内水化学性质差异大,湖泊其他地区差异小.加曲对河口三角洲之上湖水影响显著.其他河流对河口处湖水影响较小.Gibbs图显示湖水离子的组成主要与流域内的岩石风化有关.离子比例和三角图分析说明控制入湖河水离子主要过程是碳酸盐、黄铁矿和硅酸盐风化.湖泊与河流水体离子的组成差异较大,原因可能是蒸发浓缩导致的CaCO3的沉淀.其结果有助于正确理解湖泊沉积碳酸盐的环境指示意义.     

强人类活动下半干旱地区湖泊水资源损失过程重建——以岱海为例

湖泊水资源持续损失已经成为影响半干旱地区经济社会发展的主要问题之一.然而,由于缺少长期连续的湖泊动态监测数据,该地区湖泊水资源损失过程及其与气候变化和经济社会发展之间的关系没有得到详细的评估.针对此问题,本文以位于半干旱地区的岱海为研究对象,利用改进型归一化差异水体指数从1986—2020年258景Landsat遥感影像中提取湖泊水体边界,结合湖泊水位数据,重建了近60 a岱海水资源量动态变化过程.结果表明：1961—2019年期间,岱海急剧萎缩,湖泊水量共减少9.88×10⁸ m³.同时水量变化趋势分段函数拟合结果表明,岱海水量变化可分为3个阶段：1961—1978年,水量损失速率为0.726×10⁷ m³/a的缓慢损失阶段;1979—2004年,水量损失速率为2.10×10⁷ m³/a的快速损失阶段;2005—2019年,水量损失速率为3.39×10⁷ m³/a的加速损失阶段.相关分析表明：岱海水量损失与流域经济社会发展密切相关.其中,改革开放后流域农业开发利用规模和强度的提高是导致岱海水量损失的主要原因;“西部大开发”战略实施后工业经济的兴起则加速了岱海水量的损失.据此,本研究建议干旱半干旱地区湖泊流域经济社会的发展应与其水资源承载力相协调.     

基于长时间序列(1975—2020年)生态耗水的岱海动态生态需水分析

生态需水是湖泊生态系统的重要指标,维持着湖泊生态系统的良性循环.以内蒙古中部半干旱湖泊岱海为研究对象,对湖泊动态生态需水进行分析.本研究在遥感和气象数据的基础上,获得1975-2020年长时间序列高精度水文要素数据,分析岱海水文要素时空演变规律;通过天然生态水深分析法、水深经验频率分析法和湖泊形态分析法分析岱海的水深随面积变化的关键水深;构建基于生态耗水规律的湖泊生态需水模型,计算自然状态下岱海生态需水动态变化范围.研究结果如下:岱海地区6-9月为丰水期,10月至次年5月为枯水期;45 a以来岱海水面面积呈显著下降趋势,近年来下降速率减缓;枯水期岱海适宜生态水深为8.72~9.92 m,丰水期为9.40~10.69 m,适宜生态需水量为5.62亿~7.71亿m³,适宜湖面面积为70.92~84.77 km².本文构建了长时间序列气候水文数据库,确定岱海动态生态需水范围可以实现对湖泊生态健康的实时监测,为相关规划与管理提供科学依据及可操作性指导,从而为岱海湖泊治理提供理论参考.     

生境过滤作用对长江下游菜子湖鱼类物种和功能组成的影响

于2018年68月在长江下游菜子湖流域沿岸带、敞水区、湖口和河道4种典型微生境分别设置样点进行鱼类调查,探讨生境过滤对鱼类物种和功能组成的影响.共采集鱼类5目31属43种,其中沿岸带湖泊定居性、山溪河流性及江湖洄游性鱼类物种数均较低,河道山溪河流性鱼类物种数较高.通过对各微生境间物种组成的差异分析,显示出4种微生境条件下的鱼类群落均有显著差异,且沿岸带、敞水区和河道的代表种分别为、鳙、草鱼、鲢,华鳈、光唇蛇鮈、蛇鮈.通过单因素多元方差分析解析不同生境过滤条件下鱼类物种和功能多样性的差异,发现在物种多样性层面,沿岸带的Richness指数和Shannon-Wiener指数显著低于其他微生境;在功能多样性层面,不仅发现沿岸带显著较低的RaoQ指数,同时发现河道的FDiv指数显著高于其他微生境类型.     

北方半干旱区土地利用/覆被变化对湖泊水质的影响:以岱海流域为例(2000—2018年)

土地利用/覆被变化对明晰气候变化和人类活动对湖泊水环境的影响有重要作用.以北方典型农牧交错的岱海流域为研究对象,基于遥感解译技术、马尔可夫转移矩阵、综合污染指数法等方法,对2000-2018年岱海流域土地利用/覆被和湖泊水质的变化进行分析,并结合冗余分析法和计量分析模型探究长时间序列尺度下土地利用/覆被变化对湖泊水质的影响.结果表明:近20年来,岱海流域的土地利用/覆被类型以耕地和草地为主,其变化特征主要是草地和林地转化为耕地,水域转化为季节性河流,岱海转化为内陆滩涂、沼泽草地和灌丛沼泽;岱海湖泊水质因子高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总磷和总氮浓度存在不同程度的超标现象;岱海、湿地、林地对水质具有积极的改善作用,耕地、草地、建设用地是加剧水质污染的主要原因.该研究为岱海湖泊流域土地资源合理利用、湖泊水质改善和生态保护提供了一定的科学理论依据.     

Quantitative reconstruction of the lake water paleotemperature of Daihai Lake, Inner Mongolia, China and its significance in paleoclimate

By measuring Sr/Ca ratios of the ostracod shells (Limnocthere cf. inopinata) in sediments of the Daihai Lake, and combined with Sr²⁺/Ca²⁺ ratios of the lake water, this paper obtained paleosalinity of the lake water. Vaporizing experiment of the lake water in laboratory showed that there was a quantitative relationship between salinity and oxygen isotope. Using this relationship, oxygen isotope values of the paleo-lake water were calculated. By measuring the oxygen isotope of the authigenic carbonate in the lake’s sediments, and in combination with the oxygen isotope values of the paleo-lake water, the paleotemperature of the lake water was calculated. Finally, based on these proxies, the paleoclimate in the lake basin was explored.     

洞庭湖和鄱阳湖水体细菌空间分布特征及驱动机制

为了探讨洞庭湖和鄱阳湖水体细菌的群落组成、空间分布特征及其驱动机制,于2017年9月,采用高通量测序技术、基于16S rRNA分子标记进行单分子测序,分别对两湖共57个位点的水体细菌群落组成进行了研究,同步监测了水体的理化指标。结果表明：洞庭湖和鄱阳湖共发现水体细菌20门42纲93目191科533属,在门水平上,洞庭湖和鄱阳湖的水体细菌组成均以放线菌门、蓝细菌门和变形菌门为主;主成分分析结果表明,两湖水环境条件有显著性差异,鄱阳湖的空间差异性大于洞庭湖;Mantel分析表明显著影响蓝细菌类群和其他类群组成的因素较为一致,在洞庭湖以物理环境因子和营养盐因子为主,而鄱阳湖以物理环境因子为主;零模型分析结果显示随机性过程为两湖水体细菌的群落构建机制的主要成分,占比分别为58.8%和79.7%。总体来说,鄱阳湖水环境空间异质性更高,水体细菌受到一些水文水动力学因子介导的物理环境因子影响,且其群落构建机制由随机性过程主导;洞庭湖水环境空间异质性较低,水体细菌受到物理环境因子和营养盐因子的共同影响,其群落构建机制由随机性过程和确定性过程共同决定。认识两湖水体细菌在空间上的分布及影响因素差异,对两湖...