亚热带分层水库固氮微生物时空分布格局

生物固氮作用是水生态系统氮元素的重要来源途径之一,通常通过固氮微生物实现.但是,目前人们对亚热带分层水库固氮微生物多样性、分布和丰度认识还非常有限.以厦门市汀溪水库为例,基于固氮基因(nifH)综合应用克隆文库、定量PCR、定量RT-PCR研究固氮微生物在不同季节和不同水层的时空分布格局与演替规律.结果表明,汀溪水库具有丰富多样的固氮微生物,包括蓝藻、α-变形菌、β-变形菌、γ-变形菌、厚壁菌,以及少量未知的固氮细菌和序列;固氮微生物的群落组成、丰度、多样性和活性均呈现显著的时空差异.春、夏和秋3季表层和底层蓝藻nifH基因序列所占比例均超过50％,其中表层高于底层;冬季表层和底层蓝藻OTU数目比例超过50％.聚类分析表明,冬季表层和底层群落汇聚为一类;春、夏和秋三个季节表层首先聚为一类,然后与底层分别汇为一支.汀溪水库热分层时期的固氮微生物群落组成的空间差异大于季节差异,而且表层水体蓝藻在所有固氮微生物中占据绝对优势地位.相关分析表明,固氮微生物RNA丰度和RNA/DNA分别与氨氮、水温显著负相关;固氮微生物DNA丰度与溶解氧、pH、叶绿素a显著负相关,与硝氮显著正相关.综上所述,亚热带水库热分层对固氮微生物的群落结构具有显著的影响,在水库环境保护和生态管理中,特别是蓝藻水华防控时,要充分考虑水体热分层的生态效应.