本文關鍵詞：林下表面流濕地沉積物中硝化和反硝化過程研究

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【摘要】：本文以南淝河旁路表面流濕地在不同水力負荷(hydrological loading,HL)、不同水深(water depth,WD)和有無漂浮植物(vegetation present/absent,VP/VA)條件下的沉積物為研究對象,利用化學分析和熒光定量PCR技術,線性混合作用(linear mixed-effects,LME)模型和Tukey-HSD檢驗,主成分分析(Principle component analysis, PCA)、冗余分析(Redundancy Analysis, RDA)和皮爾遜相關性分析,探討沉積物中硝化、反硝化潛勢和功能基因豐度變化情況及其與濕地水文條件、植物和環(huán)境因子之間的關系。研究結果表明：(1)差異分析表明水力負荷是影響濕地上覆水和沉積物理化性質的主要影響因素。上覆水溶解氧(DO)受到上述3個因素的顯著影響,具體表現為DO含量隨著水力負荷和水深的增加而分別顯著升高和降低,有植物組水體溶氧量顯著低于無植物組。對于沉積物的性質,水力負荷的提高能增加沉積物總氮(TN)、氨氮(NH4+)、有機質(OM)的含量和碳氮比(C/N),以及降低沉積物的pH值和硝氮(N03-)含量；水深的增加則能顯著降低沉積物的TN、OM含量和C/N；而植物的影響相對較弱,僅能顯著降低沉積物的NH4+含量。但是沉積物的亞硝氮(N02-)含量不受上述因素顯著影響。另外,植物對DO的影響還存在與水力負荷和水深的交互作用,植物的影響在110cm/d水力負荷和20cm水深的條件下更加明顯。(2)采用化學分析的方法對不同水力負荷、不同水深和有無植物對沉積物的潛在硝化速率(potential nitrification rate, PNR)和潛在反硝化速率(potential denitrification rate, PDR)速率進行測定。差異分析表明水力負荷和水深是影響沉積物硝化和反硝化微生物活性主要影響因素。水力負荷的提高能顯著降低PDR,同時水力負荷和水深還存在對PDR的交互作用,水力負荷為110cm/d時,PDR在20cm水深處達到最大值。PNR反而在60cm水深處達到最大值,這種變化在水力負荷為110cm/d更顯著。植物的出現會提高沉積物中微生物PNR,但是這種變化僅在水力負荷為110cm/d顯著。(3)采用熒光定量PCR技術對不同水力負荷、不同水深和有無植物對沉積物的潛在硝化和反硝化功能基因豐度進行測定。差異分析表明水深水力負荷和植物是影響沉積物硝化和反硝化功能基因豐度主要影響因素。氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)豐度在50cm/d的水力負荷條件下達到最大值,這種變化在有植物的溝中更為顯著。水力負荷為110cm/d時的氨氧化細菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)豐度顯著高于50cm/d時的豐度。植物僅對古菌amoA和nirK基因豐度有顯著影響,植物的出現會降低這兩個基因的豐度,但是植物對AOA的抑制作用僅在水力負荷為110cm/d時顯著。(4)主成分分析和相關性分析表明影響硝化和反硝化潛勢與功能基因豐度的主要環(huán)境因素是氧的可利用性,沉積物OM、NH4+和N03-含量。氧的可利用性能直接影響沉積物中硝化和反硝化潛勢與功能基因豐度。OM能作為有機碳源或者電子供體促進反硝化微生物的活性,同時還能改變沉積物中氧氣(O2)的可利用性間接影響硝化和反硝化,NH4+和N03-則作為硝化和反硝化的底物直接促進其生長。水力負荷、水深和植物主要通過改變這些性質間接影響硝化和反硝化潛勢和功能基因豐度,且相比與功能基因豐度,環(huán)境因子是影響硝化和反硝化速率的主要因素。
【關鍵詞】：人工濕地 硝化 反硝化 潛勢 功能基因
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 引言11-20
• 1.1 人工濕地(Constructed wetland,CW)11-13
• 1.1.1 人工濕地的組成、分類和應用11
• 1.1.2 人工濕地的除氮途徑11-13
• 1.2 沉積物中微生物的硝化和反硝化作用13-14
• 1.2.1 沉積物中微生物的硝化作用及研究方法13
• 1.2.2 沉積物中微生物的反硝化作用及研究方法13-14
• 1.2.3 氨氧化作用和亞硝酸還原作用14
• 1.3 影響硝化和反硝化作用的環(huán)境因素14-16
• 1.3.1 溫度14-15
• 1.3.2 pH值15
• 1.3.3 O_215
• 1.3.4 有機質15-16
• 1.3.5 NH_4~+和NO_3~-含量16
• 1.4 人工濕地水文條件和植物對硝化和反硝化作用的影響16-17
• 1.4.1 人工濕地水文條件對硝化和反硝化作用的影響16-17
• 1.4.2 人工濕地中植物對硝化和反硝化作用的影響17
• 1.5 本研究的內容、意義和技術路線17-20
• 1.5.1 本研究的主要內容17-18
• 1.5.2 本研究的目的和意義18-19
• 1.5.3 本研究的技術路線19-20
• 第二章 材料與方法20-25
• 2.1 研究區(qū)域概況20-21
• 2.2 實驗設計及采樣時間21
• 2.3 樣品采集與預處理21
• 2.4 上覆水和沉積物理化性質分析測定方法21-23
• 2.4.1 上覆水物理性質分析21
• 2.4.2 沉積物基本化學性質分析21-23
• 2.5 沉積物硝化和反硝化速率測定23
• 2.5.1 沉積物潛在硝化速率測定23
• 2.5.2 沉積物潛在反硝化速率測定23
• 2.6 硝化和反硝化功能基因豐度測定23-24
• 2.6.1 沉積物總DNA提取23
• 2.6.2 沉積物硝化和反硝化功能基因豐度測定23-24
• 2.7 數據分析24-25
• 第三章 水文和植物對上覆水和沉積物理化性質的影響25-33
• 3.1 水力負荷對上覆水和沉積物理化性質的影響25-26
• 3.2 水深對上覆水和沉積物理化性質的影響26-30
• 3.3 植物對上覆水和沉積物理化性質的影響30
• 3.4 上覆水和沉積物理化性質之間的相關性及主成分分析30-31
• 3.5 討論31-32
• 3.6 本章小結32-33
• 第四章 水文和植物對沉積物中硝化和反硝化速率的影響33-38
• 4.1 水力負荷對PNR和PDR的影響33-34
• 4.2 水深對PNR和PDR的影響34
• 4.3 植物對PNR和PDR的影響34-35
• 4.4 環(huán)境條件與PNR和PDR的關系35
• 4.5 討論35-36
• 4.5.1 對沉積物PNR的影響35-36
• 4.5.2 對沉積物PDR的影響36
• 4.6 本章小結36-38
• 第五章 水文和植物對沉積物中硝化和反硝化功能基因豐度的影響38-45
• 5.1 水力負荷對硝化和反硝化功能基因豐度的影響38-40
• 5.2 水深對硝化和反硝化功能基因豐度的影響40-41
• 5.3 植物對硝化和反硝化功能基因豐度的影響41-42
• 5.4 環(huán)境條件與硝化和反硝化功能基因豐度的關系42
• 5.5 討論42-44
• 5.5.1 對沉積物氨氧化細菌和古菌豐度的影響42-43
• 5.5.2 對沉積物nirS和nirK基因豐度的影響43-44
• 5.6 本章小結44-45
• 第六章 硝化和反硝化潛勢與功能基因豐度的關系45-47
• 6.1 硝化和反硝化潛勢與功能基因豐度之間的相關性分析45
• 6.2 討論45-46
• 6.3 本章小結46-47
• 結論與展望47-49
• 參考文獻49-61
• 致謝61-62
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文62

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本文編號：1003272