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滇池底泥微生物与富营养化浅析

滇池被列为"九五"国家"三湖"、"三河"重要治理项目之一。为使这颗"高原明珠"尽快恢复其美丽风采,国家和当地政府投入了大量的人力、物力来加以治理。滇池富营养化的主要原因为氮、磷污染超标,但目前研究发现,仅依靠控制外源污染是不够的,内源污染、即底泥的二次污染也是一个不容忽视的问题。为彻底解决湖泊的富营养化问题,为治理提供科学依据和寻找合理有效的途径,对滇池与氮素营养转化相关菌的数量及类群进行调查和分析是非常必要的。这方面的研究国内未见报道。

一、实验方法


1.样品的采集和处理
用取样器在滇池的6个位点钻孔取样,用挖掘机在20个位点,挖掘表层底泥,详情见表:


表一 1998年,国家自然科学基金项目。

钻孔位点 ZK1 ZK3 ZK5 ZK6 ZK7 ZK9
水深(m) 4.6 3.7 5.6 3 6.6 4.8
钻孔深(m) 7 2.6 6.5 6.5 6.6 6.8
土样颜色 黑色 黑色带红棕色 黑色 黑色 黑色 黑色
红棕色 红棕色 黑色 土灰色 土灰色 土灰色
黑色 灰黑色 黑色 黑色 黑色 黑色

 

表二 采集来的样品均用塑料袋保存,置于冰箱备用。

编 号 R1 R2 R3 R4 R6
挖掘地点 D1、D2D3、D4 D5、D6D7 D8、D9D11、D10、D12 D14、D15D13、D16 D17、D18
土样颜色 褐色 褐色 褐色 黄褐色 棕褐色


2.培养基
阿斯贝培养基、硝化菌、亚硝化菌培养液。

3.分离细菌
(1)称5g土样溶于45ml无菌水,振荡,静置后取2ml上清液,其中1ml放入装有49ml硝化菌培养液的三角瓶中,另1ml放入装有49ml亚硝化菌培养液的三角瓶中,摇床培养两周。
(2)取上述清液0.2ml于装有阿斯贝培养基的培养皿中,培养
5天后记数,分离优势菌并鉴定。

二、结果及分析


1.12个样品均发现有硝化菌类,详情见下表:

编号 ZK1 ZK3 ZK5 ZK6 ZK7 ZK9 R1 R2 R3 R4 R5 R6
硝化菌 + + + + + + + + + + + + + + +
亚硝化菌 + + + + + ++ + + + + + + + + + +

+:表示有菌体; + +:表示细菌很多。
硝化菌、亚硝化菌类均为好氧,化能自养的原核生物,从表中可以看出,它们在滇池的分布是非常广泛的,而在草海南端相对集中。有资料报道,昆明市60%的工业废水和生活污水入草海,40%入外海。草海水质为富营养化甚至严重富营养化,外海为富营养化,这个报道,与我们所得的细菌数量分布状况是一致的。

硝化菌类在氮素循环中起了重要作用。亚硝化菌可把NH4+转化为NO2-,NO2-可继续被硝化菌转化为NO3-,成为水生浮游植物可利用的氮盐形式,同时,又可通过反硝化作用还原成N2,释放到大气中,降低水体及底泥中氮素含量。

2.用阿斯贝培养基培养的细菌,除去放线菌及芽胞杆菌属细菌后,其余按《伯杰氏细菌系统分类手册》第八版进行检查,发现固氮菌科所包括的4个属:固氮菌属、固氮单胞菌属、拜叶林克氏菌属、德克斯氏菌属均在样品中找到,见下表:

编 号 固氮菌属 固氮单胞菌属 拜叶林克氏菌属 德克斯氏菌属 总数(个/g)
ZK1 + + + 8.4×104
ZK3 + 1.0×105
ZK5 + + + 1.0×105
ZK6  + + 1.45×105
ZK7 + + 1.45×105
ZK9 + 2.5×105
R1 + 8.15×104
R2 + + + 8.13×104
R3 + 1.44×105
R4 + + 4.95×104
R5 + + 1.32×105
R6 + + 1.84×105
出现率 13.0% 8.7% 47.8% 30.5% 100%


注:+表示该属细菌;空格表示没有发现该属细菌。

固氮菌是一类好氧,化能异养的原核生物,从表中结果看,拜叶林克氏菌属分布最广泛,而固氮单胞菌属分布较窄。

这4个属的细菌均为自生固氮菌,可把N2通过生物固氮作用转化为NH3,NH3是氮素循环中一类重要的中间产物,也是水生浮游植物可利用的氮盐形式。

3.富营养化的典型形式是水华,其限制因子是N、P。滇池的水华主要由微囊藻属和束丝藻属产生②。在上述分析中,NH3、NO3-,可被藻类利用,NO3-还可促进不溶解的Ca3(PO4)2,CaHPO4,Ca(H2PO4)2或磷石灰转化为可溶性的磷酸或磷酸盐。NH3、NO3-、PO43-成了藻类大量繁殖的基本条件。有资料表明:当细菌存在时,藻类细胞数明显增多③。这和我们的分析相吻合。

4.滇池的富营养化是长期作用的结果。滇池地处磷矿区②,流经磷矿的柴河,暴雨期TP浓度高达30mg/L以上,为平时的100倍左右;境内20余条入湖河道,只有一条出口,加剧了营养物质在湖内的滞留和累积,COD、TN、TP在湖内的存积量分别为90%、89%、74%;长期的围湖造田,使得滇池河床变浅,平均水深仅为4.4m,光、温、氧的供给均十分充足,很有利于细菌生长。经我们的调查,除硝化菌类外,还有大量的异养微生物,它们代谢产生的有机酸,也可促进不溶性磷酸盐转化为可溶性磷酸盐,加剧底泥的二次污染,虽然目前采取了疏浚底泥的方式来治理湖泊污染,但在疏浚不彻底的情况下,水质没有发生明显好转,这和底泥中存在着丰富的微生物是密切相关的。

滇池治理是一个长期而艰巨的任务,必须在有效控制外源污染之后,弄清底泥污染的机理,内、外同时治理,才有望恢复其优良水质。

参考文献
①刘玉生等:《环境科学研究》,1999,3 Vol5(2)。
②吴德玲等:《环境科学研究》,1991,9 Vol5(5)。
③Jurgen Overbeck箸,王修坦译:《微生物通报》,1990,Vo17(3)。


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