北京大学未名湖水质与底泥菌群结构的时空变化

doi:10.13209/j.0479-8023.2017.131

摘要/Abstract

摘要：

通过测定不同季节北京大学未名湖不同区域的水质指标, 发现在无显著人为外源影响的条件下, 水体氮相关指标较好, 四季全部采样点的氨氮都优于Ⅱ类水指标, 总氮都优于Ⅳ类水指标, 但COD, TP和DO等指标在有的采样点仅达到、甚至劣于Ⅴ类。未名湖的平均综合营养状态指数(TLI)为56.1, 属于轻度富营养化。利用PCR-DGGE分析未名湖的底泥微生物群落, 结果表明其多样性随季节变化较明显, 春、秋季多样性指数都较高, 夏、秋季多样性指数与地理位置及水体营养盐含量呈显著正相关关系。线性回归结果提示未名湖底泥微生物群落可能受藻类固氮作用的影响。

关键词: 未名湖, 水质, 富营养化, 底泥微生物群落, PCR-DGGE

Abstract:

Eutrophication has been one of threats to the aquatic environment nowadays. Learning the water quality and analyzing the possibility of eutrophication of Weiming Lake, an irreplaceable symbol of Peking University, is the scientific basis to improve the water quality and a reference to the protection of other artificial lakes. Hardly disturbed by anthropogenic activities, the water quality of Weiming Lake was good in nitrogen related indexes, but the indexes of COD, TP, and DO were at or even worse than Level V water quality in all the regions and seasons. The average TLI indexes of Weiming Lake was 56.1, slightly eutrophication. PCR-DGGE analysis showed the diversity of sediment bacterial community varied through seasons, higher in spring and summer, highly related with the location and the weight of nutrients in summer and autumn. Linear regression showed that the activities of algae may influence the sediment bacterial community through nitrogen fixation.

Key words: Weiming Lake, water quality, eutrophication, sediment bacterial community, PCR-DGGE

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图/表 15

图1 未名湖水系

Fig. 1 Water system of Weiming Lake

图2 未名湖采样点分布

Fig. 2 Sampling sites in Weiming Lake

表1 中国湖泊(水库)部分参数与Chla的相关系数[13]

Table 1 Eorrelation of some features vs Chlorophyl1-a of typical Chinese lakes (reservoirs)

指数	r_ij	r²_ij	W_j
Chla	1	1	0.2663
TP	0.84	0.7056	0.1879
TN	0.82	0.6724	0.179
SD	-0.83	0.6889	0.1834
COD_Mn	0.83	0.6889	0.1834

图3 未名湖表层水中DO的季节性变化

Fig. 3 Seasonal change of DO of Weiming Lake

图4 未名湖表层水中COD的季节性变化

Fig. 4 Seasonal change of COD of Weiming Lake

图5 未名湖表层水中Chla的季节性变化

Fig. 5 Seasonal change of Chla of Weiming Lake

图6 未名湖水中3种无机氮和总氮的季节性变化

Fig. 6 Seasonal change of three forms of inorganic nitrogen and TN of Weiming Lake

图7 未名湖表层水和底层水中总氮和3种无机氮的相关性

Fig. 7 Correlation between TN and three forms of inorganic nitrogen in the surface water and bottom water of Weiming Lake

图8 未名湖水中总氮、总磷和总氮总磷之比的季节性变化

Fig. 8 Seasonal change of three forms of TN, TP and TN/TP of Weiming Lake

图9 未名湖水表层水和底层水中总磷的相关性

Fig. 9 Correlation between TP in the surface water and bottom water of Weiming Lake

图10 未名湖夏、秋季部分样点的综合营养状态指数

Fig. 10 TLI of Weiming Lake in summer and autumn

表2 北京城市湖泊富营养化评价结果[9,13-14,25]

Table 2 Evaluation results of eutrophication on Beijing urban lakes[9,13-14,25]

湖泊	年份	综合营养状态指数	营养状态级别
团城湖	2006	44.6	中营养
昆明湖	2006	51.4	轻度富营养
圆明园湖	2006	55.0	轻度富营养
未名湖	2012	56.1	轻度富营养
展览馆后湖	2006	56.7	轻度富营养
西海	2004	64.0	中度富营养
西海	2006	61.9	中度富营养
后海	2004	63.4	轻度富营养
后海	2006	59.8	轻度富营养
前海	2004	63.9	中度富营养
前海	2006	59.6	轻度富营养
北海	2004	62.4	中度富营养
北海	2006	59.8	轻度富营养
中南海	2004	59.7	轻度富营养
中海	2004	56.6	轻度富营养
中海	2006	58.6	轻度富营养
南海	2004	57.8	轻度富营养
南海	2006	58.8	轻度富营养
玉渊潭湖	2006	64.2	中度富营养
八一湖	2006	62.7	中度富营养
紫竹院湖	2006	62.7	中度富营养
陶然亭湖	2006	73.5	重度富营养
	2007	68.0	中度富营养
	2008	63.0	中度富营养
	2009	63.0	中度富营养
	2010	62.0	中度富营养
龙潭湖	2006	78.1	重度富营养
青年湖	2006	67.6	中度富营养
红领巾湖	2006	82.2	重度富营养
柳萌公园湖	2006	65.1	中度富营养
筒子河	2006	58.5	轻度富营养
莲花池	2006	71.0	重度富营养
朝阳公园湖	2006	76.9	重度富营养
园博湖	2014	57	轻度富营养
门城湖	2014	61	重度富营养
莲石湖	2014	52	轻度富营养
晓月湖	2014	53	轻度富营养
宛平湖	2014	63	重度富营养

图11 未名湖底泥16S rDNA的PCR-DGGE示意图

Fig. 11 PCR-DGGE analysis of 16S rDNA from the sediments of Weiming Lake

图12 未名湖底泥16S rDNA的PCR-DGGE物种多样性分析Se表示底泥, 下同

Fig. 12 Species diversity analysis based on the PCR-DGGE of 16S rDNA from the sediments of Weiming Lake

表3 各水质指标对Shannon-Weiner指数的显著性

Table 3 Significance of water quality to Shannon-Weiner index

水质指标	p
温度	0.3869
DO	0.3147
COD	0.1628
Chla	0.4629
pH	0.5350
TN(S)	0.9310
TN(B)	0.0240
氨氮(S)	0.4759
氨氮(B)	0.7559
亚硝氮(S)	0.1367
亚硝氮(B)	0.0592
硝氮(S)	0.1209
硝氮(B)	0.9107
TP(S)	0.0988
TP(B)	0.1822

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