最近，派森诺生物和中国科学院南京地理与湖泊研究所合作，利用高通量测序等技术，对凯发k8国际首页登录——水环境系统中，氮元素交换和河流悬浮颗粒物之间的关系进行了研究，成果顺利发表于SCI期刊《Environmental Pollution》（最新影响因子：5.099）。


背景介绍


在水生环境中，由于浮游生物残骸的堆积，过量的N通常集中在悬浮微粒物质（SPM）中；大部分的SPM都沉积在底部河床上，因此，成为N的内部来源；凯发k8国际首页登录中氮的增加促进了有害藻类的生长并加剧藻类泛滥。因此，控制和减少内部的N负荷对控制湖泊的富营养化是至关重要的。


污染河流的SPM可能是影响疏浚结果的关键外部因素，然而，对SPM如何影响疏�：罂8国际首页登录——水界面上的N交换知之甚少。


研究目的


铵可以直接被有害藻类如蓝藻利用，且氨对某些大型水生脊椎动物是有毒的，因此是河流生态的主要关注对象。本研究的目的在于揭示疏�：罂8国际首页登录——水界面的N素交换和悬浮颗粒物的关系，旨在为改善类似领域的疏浚工程提供有价值的信息。


研究方法


测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台


测序模式：微生物组细菌16S rRNA基因


实验对象：巢湖严重污染区的凯发k8国际首页登录


实验设计：将巢湖凯发k8国际首页登录取回后，立即在25 cm深度处模拟疏浚过程，分为6组


U，未疏浚组，不添加SPM


U+DP，未疏浚组，添加灭菌的SPM


U+FP，未疏浚组，添加未灭菌的SPM


D，疏浚组，不添加SPM


D+DP，疏浚组，添加灭菌的SPM


D+FP，疏浚组，添加未灭菌的SPM


新鲜的SPM先60 oC干燥24 h，然后121oC灭菌30 min，以获得无菌的SPM。新鲜的SPM和无菌SPM按照月沉降速率分别与湖水混合，然后加入凯发k8国际首页登录柱中。在0、90、180、270和360天，取表面凯发k8国际首页登录用于后续分析。


实验结果

未疏浚组（U，U+DP，U+FP）凯发k8国际首页登录的TN浓度相似且稳定，远高于疏浚组。SPM沉降到凯发k8国际首页登录表面对未疏浚组TN的浓度影响不大，但明显增加疏�：罂8国际首页登录TN的浓度。然而，SPM的沉积对不稳定NH4+-N浓度无明显影响，D、D+DP、和D+FP组的浓度稍低于U，U+DP，U+FP组，但差异不明显。

初始新鲜SPM的加入显著降低了氧的产生/消耗速率（OPR）。D组的OPR在整个实验进程中都近似为0，D+DP稍高于D组。加入新鲜的SPM后，D+FP组的的氧生成持续增加，120到150d，氧消耗速率较高是由于夏天微生物的呼吸作用增加所致。先前已有研究表明疏�：笱�(或氧化还原环境)在N素交换中起着重要作用；因此，SPM对OPR和氧气渗透深度（OPD）的影响将对凯发k8国际首页登录-水界面的N交换产生显著的潜在影响。

疏�：�，孔隙水NH4+-N浓度显著增加。然而，在初始疏浚0-120 d，凯发k8国际首页登录孔隙水中NH4+-N浓度逐渐下降，显著(p<0.01)低于未疏浚组凯发k8国际首页登录。凯发k8国际首页登录-水界面上氧气浓度的增加以及凯发k8国际首页登录NH4+-N的持续释放是造成这一现象的原因。之后（>120 d），NH4+-N浓度持续升高，但未疏浚组远高于疏浚凯发k8国际首页登录，夏季和冬季（150-330 d）尤为明显。

NH4+-N扩散通量前30天相似，在60d之后，未疏浚凯发k8国际首页登录的通量显著低于高于凯发k8国际首页登录，尤其是90-270 d间，与此同时，低的OPRs（主要是耗氧）和OPD意味着增加的扩散通量与凯发k8国际首页登录-水界面的高耗氧量有关。疏浚0-120 d，凯发k8国际首页登录孔隙水中NH4+-N浓度的降低，促进了NH4+-N扩散通量的降低。此外，SPM的沉积对疏浚组NH4+-N扩散通量无显著影响。

由物种组成可知，初始疏浚（0 d），在门水平，Proteobacteria、Firmicutes和Nitrospirae的相对丰度高于未疏浚组；随着实验进程，Bacteroidetes和Planctomycetes的相对丰度增加，与未疏浚组（270 d）相似。但Firmicutes的相对丰度在90 d内急剧下降至未疏浚组的水平，而Proteobacteria一直维持着较高的丰度。值得注意的是，在疏浚凯发k8国际首页登录中，Nitrospirae的相对丰度呈现出先降低（0-90 d）后增加（180-270 d）再降低至第360天最低水平的趋势。

疏�：蟛痪�，NH4+-N浓度和通量比未疏浚凯发k8国际首页登录显著降低。此外，不论是否有污染的SPM沉积，疏浚凯发k8国际首页登录NH4+-N浓度和通量相似。通过对SPM沉积疏�：螅梢曰谝韵录父龇矫婵悸�：


首先，疏浚凯发k8国际首页登录中的可溶性NH4+-N浓度不受SPM沉积的影响。


其次，SWI的氧化还原能力与N交换密切相关。此外，NH4+-N扩散通量和OPD呈显著负相关（p<0.001），进一步证实了氧化还原能力与N交换的关系。


再次，Nitrospirae相对丰度变化较大，与孔隙水中NH4+-N浓度和扩散通量呈现一致的趋势，且最初90 d极易受SPM的影响。


总结


通过将SPM加入到疏浚组中，研究了SPM对N交换的影响。疏�：蟮目8国际首页登录孔隙水NH4+-N浓度和流动速率都显著低于未疏浚凯发k8国际首页登录，且氧气的产生率和氧气的渗透深度均高于未疏浚凯发k8国际首页登录。疏浚凯发k8国际首页登录的硝化螺菌属（Nitrospira）的丰度增加与NH4+-N浓度和流动速率降低结果一致。因此，在有氧条件下，疏�：罂8国际首页登录-水界面氧气的生产和消耗速率以及Nitrospira相对丰度的增加与低氮交换率有关。因此，通过疏�：拥澜档秃拥揽谇蚰诘牡汉墒强尚械模锏匠て谖帜诓康蚇负荷的目标还应考虑河流SPM的影响。