自然生物膜对不同富营养水质响应的研究

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1、密级中国科学院大学UniversitvofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年5月．TheResponseofPeriphytonBiofilmtoEutrophicWaterof．DifferentTrophicConditions．ByJinhuaWangADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEcologyInstituteofSoilScience，

2、ChineseAcademyofSciencesNanjing，ChinaMay,2013摘要随着我国社会和经济的发展，水环境问题日益显现，特别是大量氮磷源的流入致使水体富营养化，给环境与社会带来很多不利影响。如何解决处理富营养水体的生态工程效率不高、运行不稳定等不利的问题，开发高效、稳定和价格低廉的生态处理技术，己成为富营养污水处理迫切需要解决的难题。基于生态工程中污染物的去除主要依赖于自然生物膜。不同的营养水质会产生不同的自然生物膜，然而，对自然生物膜对不同富营养水质的响应过程的研究还处于较为模糊状态。确定自然生物膜对不同富营养水体的响应过程，利于培养不同水质下的不同生物膜，对于优化生

3、态工程的设计与建设、提高生态工程的处理效能和增加环境效益都有着十分重要的意义。本研究主要通过自然生物膜对超高浓度氮磷负荷和不同氮磷比两方面的响应过程展开研究，主要借助PLFA、BIOLOG、环境扫描电镜以及光学显微镜等技术方法，以期望从自然生物膜微生物群落结构、功能多样性和形态结构方面，来确定在不同富营养水质不同侵扰时问下的响应过程。研究结果表明：(1)高浓度氮磷水体侵扰27天时，其对生物膜微生物总量影响不大，但是影响了群落结构变化。其中细菌中的G．为优势菌群，影响局部群落结构组成的变化。随着氮磷浓度增加到一定程度，群落结构具有趋同性。高浓度氮磷侵扰38天时，生物膜微生物对碳源利用能力(A

4、WCD)随着氮磷浓度增加而提高；处理组碳源利用的微生物易于与对照组区分，但两个超高浓度处理之间对碳源利用能力相似。不同处理基质代谢碳源微生物功能趋向相似，碳源的优先利用顺序依次为氨基酸、羧酸、糖类、多聚物、酚酸和胺类。其中对羧酸和多聚物的利用不同导致了对照组与处理组对碳源利用能力的差异，三个处理间整体物种演替性不大。对生物膜结构观察发现，不同处理结构发生较大变化，对照组主要以球状细菌和极少数丝状细菌为主，分散稀疏；处理组生物膜均以丝状细菌为主及少量球菌，且随着氮磷浓度增加，丝状细菌周围附着大量絮状物。(2)不同氮磷比处理下，生物膜PLFA总含量随着侵扰时间增加而先增加后降低，且后期下降至较

5、低水平。其中，处理T3(N／P为6．2：1)生物量最大(第27天时为225．61-4-25．22nmolg～，第91天为365．71+22．95nmolg～，第109天时则降至为49．20+7．38nm01分1)。生物膜中细菌在整个过程中占据优势地位，其中G一是优势细菌菌群。随着侵扰时间的增加，G-细菌的优势地位逐渐被真菌削弱，特别是第109天时真菌占据优势种群地位最为明显。在氮磷比为6．2：1(T3)时，生物膜结构组成发生了较大变化，如B／F值变化(第28天时，B／F为2．19+0．12，第72天为3．801-0．78和第109天为2．55士0．21)，而其他处理没有显著变化。微生物群落

6、结构在第27天时发生了较大变化，随着侵扰时间的增加，群落结构发生趋同化。不同氮磷比处理对生物膜功能多样性的影响中，AWCD随着侵扰时间的增长出现先下降后上升的规律。T3的AWCD值比空白和其他处理都高，T3的碳源代谢强度最大。不同侵扰时间下，生物膜微生物群落对在31种碳源的利用上表现出了明显分异。各处理中，T3区分较明显，且不同时期位置分布变化明显，其他处理不明显。不同氮磷比和侵扰时间之间存在的交互作用也影响了生物膜对六大碳源的利用。T3对6大类碳源的代谢能力最强。不同处理对六大碳源利用的先后顺序如下：多聚物，氨基酸，糖类，羧酸，胺类以及酚酸。对生物膜形态结构进行观察发现，不同处理结构也发

7、生较大变化，对照组生物膜组成主要是以丝状菌为主，而T3则出现了一系列念珠状菌类，T6(N／P为37．6：1)的丝状菌表面出现刺状突起。关键词：自然生物膜，富营养化，群落结构组成，微生物形态结构，微生物功能多样性AbstractWiththedevelopmentofsocietyandeconomyinChina，waterenvironmentproblemsbecomeintensified，especiallyth