1、Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023典型湖泊有机聚集体时空特征及驱动因子谢贵娟1，2，3，龚伊2，朱富成1，刘昌利1，卢宝伟1，邓辉1，汤祥明2，3*(1 皖西学院生物与制药工程学院，六安237012;2 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，南京210008;3 中国科学院大学资源与环境学院，北京100049)摘要:有机聚集体(OA)是水体中物质循环和能量流通的重要枢纽，但在不同营养水平湖泊中的比较研究仍相当匮乏 于2019202
2、1 年间，采集了不同季节贫营养抚仙湖、中营养天目湖、中度富营养太湖和重度富营养星云湖表层水样，利用扫描电镜、表面荧光显微镜和流式细胞仪等研究了 4 个典型湖泊中 OA 及其附着细菌的时空变化特征 结果表明:抚仙湖、天目湖、太湖和星云湖中，OA 丰度的年均值分别为 1.4 104、7.0 104、27.7 104和 16.0 104ind mL1;OA 附着细菌丰度的年均值分别为 0.3 106、1.9 106、4.9 106和 6.2 106cells mL1;附着细菌占总细菌的比值分别为 30%、31%、50%和 38%夏季 OA 丰度显著高于秋冬季;但夏季附着细菌占总细菌的比值为 26%，
3、显著低于其它 3 个季节 湖泊营养状态是影响OA 及其附着细菌丰度的最重要环境因子，可单独解释 OA 及其附着细菌丰度时空变化的 50%和 68%OA 上富含营养盐和有机质，尤其是星云湖，其 OA 中颗粒态磷和氮占比高达 69%和 59%，有机质占比达 79%未来气候变化和湖泊藻类水华扩张背景下，藻源性 OA 在有机质矿化降解及营养盐循环中的作用可能会进一步加大关键词:有机聚集体(OA);附着细菌;湖泊营养状态;藻类水华;沉积物再悬浮;营养盐循环;驱动因子中图分类号:X524文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2052-10DOI:1013227/j hjkx20220
4、6018收稿日期:2022-06-01;修订日期:2022-07-20基金项目:国家自然科学基金项目(41971062)作者简介:谢贵娟(1974 )，女，博士，主要研究方向为水环境微生物，E-mail:xeiguijuan126 com*通信作者，E-mail:xmtang niglas ac cnSpatio-temporal Characteristics of Organic Aggregates and the Driving Factors inTypical LakesXIE Gui-juan1，2，3，GONG Yi2，ZHU Fu-cheng1，LIU Chang-li1，L
5、U Bao-wei1，DENG Hui1，TANG Xiang-ming2，3*(1 College of Biology and Pharmaceutical Engineering，West Anhui University，Luan 237012，China;2 State Key Laboratory of Lake Science and Environment，NanjingInstitute of Geography and Limnology，Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210008，China;3 College of esourc
6、es and Environment，University of Chinese Academy ofSciences，Beijing 100049，China)Abstract:Organic aggregates(OA)are the important circulation hub of matter and energy in aquatic ecosystems However，the comparison studies on OA in lakes withdifferent nutrient levels are limited In this study，spatio-te
7、mporal abundances of OA and OA-attached bacteria(OAB)in oligotrophic Lake Fuxian，mesotrophic LakeTianmu，middle-eutrophic Lake Taihu，and hyper-eutrophic Lake Xingyun were investigated in different seasons during 2019-2021 using a scanning electron microscope，epi-fluorescence microscope，and flow cytom
8、etry The results showed that:the annual average abundances of OA in Lake Fuxian，Lake Tianmu，Lake Taihu，and LakeXingyun were 1.4 104，7.0 104，27.7 104，and 16.0 104ind mL1，whereas the annual average abundances of OAB in the four lakes were 0.3 106，1.9 106，4.9 106，and 6.2 106cells mL1 The ratios of OAB:
9、total bacteria(TB)in the four lakes were 30%，31%，50%，and 38%，respectively OA abundance in summerwas significantly higher than that in autumn and winter;however，the ratio of OAB:TB in summer was approximately 26%，which was significantly lower than that in the otherthree seasons Lake nutrient status w
10、as the most important environmental factor that affected the abundance variations of OA and OAB，accounting for 50%and 68%of thespatio-temporal variations in OA and OAB abundances Nutrient and organic matters were enriched in OA，especially in Lake Xingyun;the proportions of particlephosphorous，partic
11、le nitrogen，and organic matters in this lake were as high as 69%，59%，and 79%，respectively Under the circumstance of future climate change and theexpansion of lake algal blooms，the effects of algal-originated OA in the degradation of organic matters and nutrient recycling would be increasedKey words:
12、organic aggregates(OA);particle-attached bacteria;lake nutrient status;algal blooms;sediment resuspension;nutrient recycling;driving factor有机聚集体(organic aggregates，OA)是水生态系统中的重要组分之一1，2 它主要由浮游生物残体及其代谢产物、各种有机碎屑、无机颗粒、自养和异养微生物等，通过物理、化学或生物过程而粘附在一起的不规则多孔颗粒物3 OA 及其周际会形成一个营养丰富的微环境，吸引大量细菌定殖其中 水体中细菌可分为浮游细菌和颗粒
13、附着细菌，浮游细菌营自由生活，而附着细菌一般在颗粒物表面营附着生活4 有研究表明，OA 附着细菌的数量比同体积水体中浮游细菌的数量高 2 3 个数量级2，5，其代谢活性和生长速率也比浮游细菌高数倍6 8 OA 形成以后，仍和周围水体的微生物、溶解性物质和其他颗粒物进行相互作用9，10 在大量高活性附着微生物的作用下，OA 上的颗粒有机物(POM)能够被快速分解并释放溶解性有机物(DOM)至水体中，供应浮游细菌生长11，12 OA 也会被部分小型食碎屑动物或原生动物牧食，从而将有机质向更高一级的食物链传递 由于其在有机质降解和食物网中的重要作用，OA 被视为水体中营养盐矿化、能量流通、元素生物地
14、球化学循环的热4 期谢贵娟等:典型湖泊有机聚集体时空特征及驱动因子点13 18，和微生物相互作用的枢纽19，20 作为自然水体中最具生物活性的微型“岛屿”20，OA 形状类似不规则多孔性的雪花团，有“海洋雪花”15，21、“湖泊雪花”2 和“河流雪花”22 之称 目前，有关 OA 的研究主要集中在海洋和深水湖泊，因为在这些环境中，由于沉降距离长，容易形成大型 OA(粒径 500 m)，便于收集观测 而水动力扰动强烈的浅水湖泊中主要以小型 OA(粒径范围为 5 500 m)为主，相关研究主要集中在太湖23，24 由于浮游藻类是 OA 的主要来源之一25，影响藻类丰度的因子，如水体营养盐水平和季节
15、变化等，均直接或间接影响水体中 OA 的来源、组成、理化特征及其附着微生物的群落演替26，27 当前在气候变化背景下，水体富营养化对水生态系统的影响加 剧，全 球 尺 度 上 湖 泊 藻 类 水 华 呈 扩 张 趋势28，29，深刻影响着湖泊生态系统的结构和功能随着营养水平的增高，这种源自藻类的有机聚集体“微岛”的丰度，预期也将增高，其生态学作用和环境效应不容忽视 然而，在湖泊生态系统中，目前仍缺乏不同营养水平和不同水深湖泊中 OA 及其附着微生物时空差异的对比研究 鉴于此，本文选择 4 个典型湖泊为研究对象，即贫营养深水湖(云南抚仙湖)、中营养人工水库型湖泊(江苏天目湖)、富营养大型浅水湖泊
16、(江苏太湖)和重度富营养中等水深湖泊(云南星云湖)，通过对典型湖泊中 OA 及其附着细菌 4 个季节的调查分析，探讨营养盐水平和季节变化对 OA 及其附着细菌时空特征的影响，旨在为未来气候变化背景下，以有机聚集体为核心载体的湖泊营养盐循环及其生态环境效应研究提供基础数据和新的视角1材料与方法1.1研究区概况太湖是我国第三大淡水湖泊，水面面积约2 338km2，蓄水量约 44.3 亿 m3，平均水深 1.9 m，最大水深 3 m 太湖水动力扰动强烈，入湖河流多，其中位于湖西的大浦河为入湖水量最大的河流图 1(a)由于地处经济发达的江苏平原河网地区，外源污染负荷长期通过西北部的河流输入，导致太湖富营养化和蓝藻水华问题十分突出30 32 天目湖(沙河水库)水面面积 12 km2图 1(b)，蓄水量约 1.1 亿 m3，平均水深 7 m，最大水深14 m33 天目湖自 1961 年建成蓄水以来，一直是周边溧阳市的饮用水水源地，水体处于中营养水平34，35 抚仙湖是我国最大的高原深水湖，水面面积约216.6 km2 图 1(c)，在水位为1 721 m时，最大水深 155 m，平均水深 89.6