Page 159 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 曹洋等：冬季衡水湖沉积物微生物群落结构特征及影响因素 · 155 ·

沉积物是湖泊水体内部主要的污染物来源和微 为 30%；湖南区历史上实施过挖掘工程，目前植被覆
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生物聚集地 ，尤其是处于次好氧-厌氧状态的表层 盖度约 为 15%。充分考虑衡水湖生境特征和周边环
沉积物是多种营养物质转化的重要场所 ，是参与湖 境因素，在湖区布 设 8 个采样点，其中湖北 区 3 个
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泊水体物质循环的重要一环。已有研究表明，微生 （S1～S3），湖心 区 3 个（S4、S5、S8），湖南 区 2 个（S6、
物群落特征的变化会影响沉积物中氮、磷营养物的 S7）。采样点位置及信息见 图 1。

化学循环及微生物的降解功能 ，由微生物介导的有
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机物降解和转化是湖泊污染物周转过程的重要环
节 [4-5] 。同时，微生物的群落结构也会受到营养盐浓
度水平、水期变化、植物种类等多种环境因素影
响 [6-8] 。湖泊不同湖区往往生境特征不同，对沉积物
中微生物菌属和群落结构产生不同影响，从而影响
沉积物中有机物和营养物的化学循环过程，进而对
水体水质产生影响。因此，开展水体沉积物中微生
物群落分布特征及其与环境因子相关性的研究，对
针对性开展湖泊污染治理和生态修复具有重要意义。
衡水湖是华北平原上第一个国家级湿地自然保
护区，其生态系统的健康稳定对维持周边乃至京津
地区气候环境稳定性具有重要意义 [9-10] 。近年来，衡
水湖外源污染（工业废水、农村生活污水和畜禽养殖
图 1 沉积物采样点分布示意
等）已得到有效控制，然而衡水湖水体富营养化趋势
Fig.1 Map of sediments sampling sites
仍不容乐观，内源污染已成为衡水湖治理与保护亟
冬季湖泊水体和沉积物中污染物受外部因素影
待解决的主要问题。目前，针对衡水湖内源污染的
响较小，能较准确反映湖泊内源污染的真实状
研究主要集中在营养盐形态分布、持久性有机物污
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染特征及重金属污染特征等方面 [10-11] ，而针对沉积物 况 [12] 。 于 202 年 1 月 在 8 个采样点采集表层沉积
)
中微生物群落结构特征的研究尚未开展，尤其是冬 物 (0～10 cm 样品及上覆水水样。上覆水水样尽快
季低温环境下沉积物微生物群落空间分布特征及其 运回实验室测定化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总
与环境因子响应关系的研究仍为空白。 磷（TP）、氨氮（NH -N）等指标。沉积物样品采集后
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笔者以冬季衡水湖不同湖区表层沉积物为研究 放入聚乙烯自封袋并尽快运回实验室，低温储存，冷
对象，采用高通量测序技术对沉积物中微生物群落 冻干燥处理后用于测 定 TN、TP、有机碳（TOC）浓度
结构进行分析，探讨衡水湖生境特征差异引起的微 及 pH。另取一部分新鲜沉积物样品用于测定氨态
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生物群落结构特征及其多样性的变化，分析沉积物 氮（NH -N）、硝态氮（NO -N）、亚硝态氮（NO -N）浓度。
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中微生物群落结构、多样性及其环境因子之间的响 1.2 水样与沉积物样品指标测定
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应关系，以期为衡水湖的治理与保护提供理论支持， 根据《水和废水监测分析方法》 版 [13 ] 测定上覆
同时也为类似湖泊的水环境保护提供借鉴。 水 CO D 与 NH -N、TN、T 浓度。沉积物样品剔除
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沙石、动植物碎片等，使用冷冻干燥机预处理后进行
1 材料与方法
研磨， 过 10 目尼龙筛后装入聚乙烯塑料自封袋，放
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1.1 研究区域概况及样品采集 入冰箱，备用。采用烧失量法 测定沉积物 中 TOC
)
衡水湖（115°27′50″E～115°42′51″E，37°31′40″N～ 浓度；运用连续提取 法 (SM 法 提取沉积物样品中
T
37°41′56″N）湖泊面积 为 75 km ，东西 长 22.28 km，南 TP，采用钼锑抗分光光度法测定沉积物 中 T 浓度；
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北 长 18.81 km，平均水深 为 3～4 m。所在区域属于 采用过硫酸盐氧化法 [10 ] 测定沉积物 中 T N 浓度，采
暖温带大陆季风气候区，年平均气温 为 13 ℃，年降 用氯化钾溶液提取-分光光度法测定沉积物 中 NH -N、
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水量 为 518.9 mm [9-10] 。 NO 和 NO - N 浓度。酸碱度采用 p H 计测定。
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N
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衡水湖湖北区种植有大量的芦苇、莲和紫萍等 1.3 微生物高通量测序
水生植物，植被覆盖度约 为 60%；湖心区历史上曾设 用于微生物分析的样品送到上海美吉生物科技
立过渔场，目前水生植物生物量较少，植被覆盖度约 股份有限公司进行微生物组 总 DN 提取，完成基因
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