【Chemosphere】太湖地区淡水河流沉积物厌氧氨氧化季节变化及其影响因子

2013年9月2日

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近日，我室颜晓元研究员团队在Chemosphere上发表了关于淡水河流系统厌氧氨氧化细菌活性的季节动态及其影响因子方面的研究。

长期以来，人们普遍认为反硝化是水体除氮的唯一生物途径。20世纪90年代，厌氧氨氧化的发现打破了这一传统观念，为全球水体氮循环增添了新的内容。厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，微生物直接以NH₄⁺作为电子供体，以硝态氮或亚硝态氮作为电子受体，将其中的氮转变成N₂的过程。目前国内外对淡水生态系统，尤其是淡水河流系统厌氧氨氧化过程及其环境影响研究偏少。

我室颜晓元研究员课题组选择太湖地区两条典型河流作为研究对象，对河流水体-沉积物界面厌氧氨氧化除氮功能及其影响因子进行为期一年的研究。用¹⁵N标记的 NO₃^– 和NH₄⁺加入混匀的沉积物样品，经过前期预培养测定其厌氧氨氧化速率及其相对除氮贡献量。相对于传统的厌氧氨氧化测定方法，该研究结合同位素配对技术和膜进口质谱法（MIMS）测定样品中²⁹N₂ 和 ³⁰N₂的产生速率，具有测定速度快、所需样品量少、测定灵敏度和精度高的特点。测定结果表明，河流沉积物潜在的厌氧氨氧化速率范围为0.11±0.07-6.79±1.28 μmol N m^-2h^-1，占N₂产生总量的0.8±0.00％-10.7±0.03％。研究区河流水体-沉积物界面的厌氧氨氧化速率有很强的时空异质性，最高和最低值分别出现在夏季、初秋和冬季。厌氧氨氧化相对除氮量的时空变异也表现出同样的变化趋势。相关分析表明水温和沉积物中的NO₃^– 含量是影响厌氧氨氧化活性的主要因子。同时，也用焦磷酸测序法鉴定沉积物样品中的厌氧氨氧化细菌。结果表明，河流沉积物样中厌氧氨氧化菌的16S rRNA基因序列隶属于Candidatus Kuenenia Candidatus Jettenia 和 Candidatus Scalindua，其中C. Kuenenia是厌氧氨氧化细菌群落的优势种。这一研究证实了淡水河流系统中厌氧氨氧化菌的存在及其时空异质性分布特征，但其在淡水河流系统中的除氮作用相对较小。该研究对理解淡水河流系统厌氧氨氧化的过程机制，以及重新认识淡水河流系统水体的除氮自净化能力有着重要意义。