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项目文章 盐水入侵与氮循环的奥秘 作者:小编    发布时间:2026-02-07

  盐水入侵(SWI)对淡水/河口河流生态系统有显著影响,初步影响是干扰营养物的生物地球化学转化。例如,海水驱动的水文效应会降低亚热带沿海生态系统中土壤微生物生物量和土壤酶的活性,并降低二氧化碳净吸收的能力。此外,海水入侵增加可以减少河口潮汐湿地的氧化亚氮(N2O)排放,并对亚热带海洋水生生态系统产生负反馈。因此,SWI无疑改变了动物和沿海栖息地的营养状态和必需营养素的可用性。由于上述营养物质(如C、N)在SWI作用下发生改变,河口生态系统中微生物群落的组成和功能也会发生改变,因此,SWI对营养物质生物地球化学转化的影响可能与微生物群落沿盐度梯度的变化有关。

  从M1到M5的采样点盐度升高,每对采样点之间有显著差异(P 0.05);

  与盐度相似,随着采样点从M1到M5,水中电导率、TDS和NH4+浓度升高,而TN、NO3−、NO2−和TP浓度降低;

  NMDS分析显示,沉积物中细菌群落的分类和功能组成比水中更加离散,特别是沉积物中的分类组成在M1和M5之间表现出明显的差异;

  主要微生物类群弯曲菌和Gammaproteobacteria在M1和M5间差异显著(经FDR调整P 0.05),表明沉积物中这两个类群可能存在差异以应对SWI;

  α多样性表明,水中只有Chao1指数在M1和M5之间存在显著差异(P 0.05)。而沉积物中检测到的所有α多样性指数(Shannon,Chao1, Simpson)在M1和M5之间差异显著(P 0.05)。这表明SWI对肠道细菌群落的影响大于对水的影响。

  由于SWI对沉积细菌群落有主要影响,对M1(低盐度)和M5(高盐度)进行了宏基因组测序。通过NMDS分析,沉积物细菌群落的病灶组成清晰分离;

  除低丰度细菌类群和未分类类群外,OTUs在低盐度下富集的细菌门,包括放线菌门、氯化菌门、脱硫菌门、厚壁菌门和变形菌门,而高盐度的群落包括弯曲菌和普朗菌;

  沉积性细菌群落中最丰富的15个细菌OTUs来自10个类别,其中弯曲杆菌和伽马变形菌门是最重要的类群,各有3种。与此同时,有11个物种在高盐度中富集,包括硫脲、硫单胞菌、弯曲杆菌、硫碱杆菌、热厌氧菌等。

  db-RDA与Anova检验显示,盐度控制了水中细菌群落的分类和功能组成的变化,而沉积物中群落组成的差异与pH、电导率、NO3−、NO2−和NH4+密切相关,表明细菌群落对SWI条件下沉积氮形态有显著影响(P 0.05);

  使用Mantel检验计算群落组成和环境参数的Bray-Curtis差异,发现沉积细菌群落的电导率和NH4+与分类组成显著相关(Mantel’s r = 0.962和0.974,P 0.05)。同时,电导率和NH4+也与沉积细菌群落的功能组成密切相关(Mantel’s r = 0.962和0.985,P 0.05)。因此,SWI条件下沉积物细菌群落的组成受电导率和NH4+的驱动;

  SEM表明,细菌丰度直接影响NO2−、NO3−和NH4+的浓度,并通过改变细菌α多样性间接影响NO2−和NH4+的浓度;

  盐度、电导率和细菌丰度之间存在正相关关系,沉积物中不同的氮形态有顺序的参与;

  结果表明SWI可以通过盐度改变电导率来影响细菌的丰度和多样性,从而影响沉积物中的氮循环。

  功能基因通过KEGG途径富集的结果表明,氮代谢相关功能基因在高盐环境下的表达水平高于低盐环境,而碳和氨基酸代谢相关功能基因在低盐环境下的表达水平高于高盐环境。这表明SWI通过建立盐度梯度刺激氮循环;

  氮循环途径方式与KEGG中“甲烷代谢”、“乙醛酸盐和二羧酸盐代谢”、“双组分系统”等类别密切相关,表明氮循环与上述三种途径可能是共同响应SWI的途径;

  由于参与反硝化过程的细菌种类更多,NiR的酶活性变化(14.5倍)高于NR(2.6倍),表明SWI强烈影响了沉积物中NO2 -的变化。这些结果表明,SWI促进了氮循环的反硝化过程,减少了沉积物中NOx-N的滞留,特别是NO2−的滞留。

  在同一低盐度(M1)和高盐度(M5)地点,在水和沉积物的液化期共采集到20种鱼类540种、5种对虾387对和116种贝类;

  渔业生物多为底栖/底栖类群(21种),其次是远洋鱼类(3种),礁栖鱼类。除了三种鱼类(大鱼、头鱼和大虾)和两种对虾(罗森盖虾和大虾),所有剩余的渔业物种均在高盐度地点采集;

  所有的杂食性鱼类都是在低盐度的地点采集的。在采集的物种中,有6种渔业物种(数量≥6)均在低盐度地点,包括4种鱼类(终巨鱼、金丝鱼、刺鱼、舌鱼和犀鱼)、一种虾类和一种贝类。此外,选定的6种渔业物种均为底栖/底栖鱼类。

  测定了6种渔业物种在低盐度和高盐度之间不同氮的浓度。六种动物肌肉和肠道中亚硝酸盐的浓度,低盐度区的高于高盐度区,尤其是肌肉,低盐度和高盐度之间存在显著差异(P 值为0.05);

  线性回归分析显示,肌肉中化的亚硝酸盐浓度与沉积物(R2= 0.148,P = 0.020)和水(R2= 0.148,P = 0.020)显著相关,表明SWI减轻了底栖渔业物种中亚硝酸盐的积累;

  与亚硝酸盐相似,氮低盐度区五种鱼类(褐梭鱼除外)肌肉和肠道内容物中的NO3-浓度也高于高盐度区;

  与NOxN不同,TN和铵根+的浓度在6种鱼之间没有均匀的变化曲线,但与沉积物浓度有显著关系(R2 = 0.230,P = 0.003)。这些初步数据表明,SWI通过细菌介导沉积物中的氮循环,有利于减少底栖渔业物种中亚硝酸盐的积累。

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