静水压对大水深水库水体-沉积物界面磷迁移转化的影响机理研究

High hydrostatic pressure (HHP) is the immanent characteristic of reservoirs with great depth. The key of illuminating the mechanism of phosphorus cycling at this interface is to ascertain the effects of HHP on microbial community structure and the influence of microbial metabolic activity on phosphorous fractions. A better understanding of the phosphorus cycling mechanism at the interface mentioned above.can help us to control internal phosphorous release and improve water quality. In this project, high-throughput sequencing (RNA-Seq) and 31P-NMR techniques will be employed to obtain the microbial community information and phosphorus fractions, thus the biotic and abiotic pathways of phosphorous cycling at the sediment-water interface of reservoirs can be brought to light through laboratory simulation. The results of this project will supplement the phosphorous cyling theories at the water-sediment interface, promote the healthy and sustainable development of ecological system in reservoirs and ensure the safety and sanitation of urban water supply.

高静水压是大水深水库水体-沉积物界面的显著特征，探明静水压对该界面其它环境条件、功能微生物群落、相关基因的影响及内源磷释放对这些影响的响应规律是揭示磷在该界面迁移转化机理的关键。掌握磷迁移转化机理对于抑制内源磷释放，预测水质变化规律，改善调控水体水质具有重要意义。本项目以不同水深多个水库沉积物样品为研究对象，通过高压界面反应器模拟不同静水压条件下的界面微生态，采用RNA-Seq高通量测序、31P-NMR、转录子测序等测试技术，获得微生物群落结构、内源磷赋存形态、水体水质等对静水压的响应规律，从沉积物、水体、微生物相互耦联的层面上，揭示磷在大水深水体-沉积物界面的迁移转化机理。该研究成果将完善磷在水体-沉积物界面迁移转化理论体系，对于促进大水深水库水生态系统健康可持续发展、保证城市供水安全具有重要的科学意义和社会价值。

高静水压是大水深水库水体-沉积物界面的显著特征，探明静水压对该界面其它环境条件、功能微生物群落、相关基因的影响及内源磷释放对这些影响的响应规律是揭示磷在该界面迁移转化机理的关键。掌握磷迁移转化机理对于抑制内源磷释放，预测水质变化规律，改善调控水体水质具有重要意义。本文针对黑河金盆水库水体-沉积物多相界面高静水压特性，通过实验的方法分析了不同静水压下沉积物的基本理化性质、碱性磷酸酶活性、解磷菌丰度、微生物群落结构和磷酸激酶，探讨了静水压因子对多相界面磷循环转化释放的影响。研究得到以下结论：.(1)微生物参与磷的迁移转化； 0.1MPa-1.0MPa静水压范围内，高静水压促使沉积物表层中磷向上覆水体发生迁移转化。内源磷释放受到多重环境因子影响，其中静水压对磷的循环转化具有重要作用。.(2) 经31P-NMR检测沉积物中磷主要以正磷酸盐（5.59ppm）、磷酸单酯（3.78ppm）、磷脂（3.15ppm）三种形态存在。随着静水压的变化三种物质相对稳定，但单酯的种类发生变化。.(3)高静水压促使沉积物中的碱性磷酸酶活性显著增强。在0.1-1.0 MPa静水压范围内，高静水压下解磷菌的解磷能力明显高于常压；由相关性分析推断得出高静水压下无机解磷菌大量增殖导致其解磷能力增强，而有机解磷菌解磷能力则依靠碱性磷酸酶水解。.(4)在目、科、属、种水平分类上沉积物样品中含有的微生物平均类群数，微生物多样性均随着静水压增加逐渐增加。黑河金盆水库沉积物中的主要细菌类群为变形菌门，其次为拟杆菌门、绿弯菌门、放线菌门等水生生态系统中常见的细菌类群。静水压使沉积物中某些细菌的相对丰度发生规律的变化，磷酸激酶在不同静水压沉积物中均有表达，不同静水压下磷酸激酶在沉积物中的表达量从高到低依次是：0.2MPa、0.5MPa、1.0MPa、常压。