淀中村水域沉积物污染特征及其对微生物群落结构影响研究

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淀中村作为白洋淀整体区域的重要组成部分,是白洋淀环境污染问题的主要内源污染之一,淀中村周边水域是污染的主要承载区域,研究这一区域污染特征对白洋淀污染治理具有重要意义。本文以白洋淀典型淀中村周边水域沉积物为研究对象,测定了水样和沉积物中pH、有机质、总氮、总磷等理化指标以及Hg、As、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr等7种重金属含量,系统分析了上覆水和表层沉积物的污染特征,对污染程度进行了风险评价,进一步分析了沉积物柱状样中污染物垂向分布规律,揭示了污染物的沉积特征,同时探讨了淀中村沉积物中的主要微生物群落结构特征及其与环境因子之间的关系,为淀中村水域生态修复提供科学依据。本研究所取得的主要结果如下:1、淀中村水域水质现状为中度污染,表层沉积物氮磷综合污染指数表现出轻度污染。有机质的水平分布差异显著,东南部区域的有机质含量整体高于西北部,总氮、总磷表现出与有机质较为相似的空间分布特征。Cd平均富集程度远高于其他重金属,潜在生态风险指数显示重金属元素生态危害由强到弱依次为:Cd>Hg>Pb>Cu>As>Cr>Zn,淀中村水域表层沉积物整体生态风险程度为中度。2、淀中村柱状沉积物中pH变化范围较小,整体呈现偏弱碱性;大部分淀中村TN和有机质表现出由表层向底层逐渐递减的趋势;超半数以上的淀中村Cr、Cu、Zn等7种重金属在深度10 cm以上出现不同程度的含量增加,说明近年来人类活动的影响是造成重金属累积的重要原因。地累积指数表明淀中村水域沉积物Cd存在不同程度的污染风险,潜在生态风险指数显示淀中村整体的综合潜在生态风险指数RI=154.96,存在中等重金属污染风险。3、淀中村水域沉积物有机质与TN表现出极显著正向相关性,而与TP相关性较差,可能与氮磷的沉积行为差异有关。As、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr元素间呈极显著正相关(p<0.01),具有一定同源性或地质累积过程相似,而Hg、As则与其他重金属的同源性较弱,很有可能更多的受人为源污染输入的影响。有机质与Hg、Zn、Cu、Cd等元素均存在极显著或显著相关性,说明柱状沉积物中有机物影响了重金属的分布与富集。4、在门水平上,淀中村水域0~5 cm沉积物的主要菌群是变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes),0~55cm沉积物的优势菌群为变形菌门、绿弯菌门和厚壁菌门。不同深度和采样点间的微生物群落结构存在一定层次性差异,沉积物第一优势菌门变形菌门表现出随深度递减的垂向变化特征。重金属含量较低的9_1(郭里口)、6_1(采蒲台)区域微生物多样性和丰富度要高于其他区域。5、理化因子对沉积物微生物群落分布的影响由大到小排序为pH>TN>OM>TP,第一优势菌门变形菌门的丰度与TN、OM呈正相关,与pH呈显著正相关;TN、OM对所有0~5 cm沉积物以及上层0~25 cm沉积物的影响要远远大于底层40~55 cm的沉积物。Spearman和RDA分析表明重金属在驱动沉积物微生物群落演变上有很大作用,Cd是对沉积物微生物群落分布的影响最大的,其次为Pb、As、Hg等。PICRUSt对微生物群落功能预测分析发现,所有样本的COG功能组成较为相似。
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