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厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)过程是近年来生态系统氮循环的研究热点之一,该过程不仅是自然生态系统氮损失的重要途径,同时在含氮废水的脱氮处理中发挥重要作用。海岸带生态系统位于陆海交错带,是受人类活动影响较大的区域,同时也是Anammox过程发生的重要场所。目前针对Anammox的研究主要集中在废水处理工艺和一些低氧和厌氧的自然环境,而有关海岸带Anammox菌及其对环境胁迫的响应研究还鲜有文献记载,特别是针对海南海岸带不同有机污染物对Anammox菌群落结构及其功能的影响研究尚未见文献报道。海南海岸带地处热带、亚热带,生态系统复杂,是研究海洋氮循环的理想场所。本研究选取了海南三个典型的海岸带区域(洋浦湾、东寨港及其潮间带、八门湾)为研究对象,采用痕量/超痕量无靶标化合物筛查技术,对这些区域沉积物中的有机污染物进行了筛查,并利用分子生物学技术研究了三个不同区域沉积物中Anammox菌的群落结构和丰度,同时,采用稳定同位素示踪技术研究了洋浦湾区域沉积物中Anammox菌的脱氮效率及对氮损失的贡献率,通过探究影响沉积物中Anammox菌的生态分布特征及脱氮功能与主要环境因子的相关性,阐明环境胁迫对Anammox菌群落结构和功能的影响。主要研究结果如下:(1)采用无靶标化合物筛查技术,在不同海岸带区域沉积物中检出了不同种类的有机污染物,其中在洋浦湾、东寨港潮间带、东寨港和八门湾分别检出了 114种、84种、75种以及58种有机污染物。这些有机污染物主要为:多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)、有机氯类杀虫剂(bis(chlorophenyl)trichloroethane,DDT)及其代谢产物、有机锡化合物、单芳族化合物及其衍生物以及卤代化合物。不同区域沉积物中的三大类有机污染物浓度(PAHs、DDTs、有机锡化合物)存在较大差异,总浓度分布趋势是PAHs>DDTs>有机锡化合物。PAHs的平均总浓度在洋浦湾的含量最高(1643.4 ng/g),在东寨港潮间带的含量最低(98.3 ng/g);DDTs的平均总浓度在八门湾沉积物中最高(226.0 ng/g),在东寨港最低(1.2 ng/g);总有机锡化合物的平均总浓度在八门湾最高(178.2 ng/g),在东寨港潮间带最低,仅为2.5 ng/g。与国内外其他海岸带区域相比,本研究区域的PAHs和有机锡化合物处于中等污染水平,而DDTs则处于较高污染水平。风险评估结果表明,三个区域都存在PAH单体和总PAHs的生态风险,且对当地生物的危害效应可能经常性发生,其中洋浦湾和八门湾较为严重;三个区域中的p,p’-DDT、p,p’-DDD和p,p’-DDE以及总DDTs的生态风险可能经常发生,其中洋浦湾和八门湾受到该类污染物的生态风险较为严重;洋浦湾部分地区的三丁基锡浓度会对当地生物产生有害影响,其余海域的生物效应相对较小。此外,洋浦湾和八门湾检出的高浓度四苯基锡及其他种类的有机锡化合物,由于缺乏相关生物效应值无法进行生态风险评估,但其潜在的生态风险需要引起重视。(2)采用Anammox菌16S rRNA基因克隆文库方法,在海南三个典型海岸带区域的所有沉积物样品中均检测出Anammox菌的存在,Anammox菌群的多样性较为丰富,其中洋浦湾海域的Anammox菌多样性>八门湾>东寨港>东寨港潮间带。三个区域中检出的已知优势属为Candidatus Scalindua、Candidats Kuenenia和Candidatus Brocadi,东寨港潮间带区域以Kuenenia属为主,其它研究区域均以海洋属Scalindua为主。三个区域中Anammox菌的群落结构存在明显差异,在洋浦湾海域,Scalindua>Brocadia>Kuenenia;在东寨港和八门湾海域,Scalindua>Kuenenia>Brocadia;东寨港潮间带区域,Kuenenia>Scalindua。研究表明,影响不同区域Anammox菌群落结构及分布的主要环境因子不同。在洋浦湾区域,主要受沉积物中的亚硝酸盐氮、总有机碳、PAHs和DDTs含量的影响;在东寨港海域,主要的影响因素是水体的pH、温度、盐度、深度、总磷、活性磷酸盐含量以及沉积物中的pH、总有机碳和PAHs;在东寨港潮间带区域,主要受沉积物中的氨氮、亚硝酸盐氮、总有机碳的影响;在八门湾海域,主要的影响因素是水体的pH、盐度、电导率、深度、扑草净、佳乐麝香及沉积物中的氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐。说明在自然环境中,Anammox菌的群落结构和生态分布受多种环境因子复合影响。(3)通过荧光定量PCR技术研究发现,不同海岸带区域沉积物中Anammox菌的16S rRNA基因和hzsB功能基因丰度存在明显差异,其中Anammox菌的16S rRNA基因平均丰度在八门湾沉积物中最高(60.0×105 copies/g),在东寨港潮间带最低(22.7×105copies/g);Anammox菌的hzsB功能基因平均丰度在八门湾最高(45.4×105copies/g),在洋浦湾最低(32.6×105copies/g)。不同区域影响Anammox菌基因丰度的主要环境因子不同。在洋浦湾区域,沉积物中的亚硝酸盐、PAHs、DDTs是影响Anammox菌基因丰度最主要的因素;在东寨港区域,水体的pH、深度、亚硝酸盐、硝酸盐、沉积物中的亚硝酸盐、总有机碳是最主要的环境因素;在八门湾区域,最主要的环境因素是沉积物中的铵盐、硝酸盐和水体中的扑草净含量。表明海岸带环境中Anammox菌的丰度同样受多种环境因子复合影响。(4)通过稳定同位素活性示踪技术,对有机污染物种类最多且浓度水平相对较高的洋浦湾海域进行厌氧氨氧化反应活性研究。发现仅在洋浦湾部分区域检测到厌氧氨氧化反应活性,且厌氧氨氧化反应平均速率低于反硝化速率,其脱氮贡献率也远低于反硝化过程。厌氧氨氧化反应速率范围为nd-6.21nmol/g/h,平均速率为1.81 nmol/g/h,该反应对总氮损失的贡献率范围为0-34.4%,平均贡献率为8.5%。该区域反硝化反应速率范围为9.62-42.52 nmol/g/h,平均速率为24.04 nmol/g/h,表明了在海岸带浅海区域沉积物中脱氮过程主要以反硝化为主。影响洋浦湾海域厌氧氨氧化反应速率的主要环境因子是水体中的pH,未发现其他环境因子与该反应速率有显著相关性。(5)通过构建结构方程模型,发现不同海岸带区域中Anammox菌对环境因子的响应有所差异。总体上,沉积物中的铵盐、亚硝酸盐和硝酸盐,是影响海岸带Anammox菌最重要的环境因子。有机污染物PAHs、DDTs和佳乐麝香可通过影响Anammox菌的多样性和16S rRNA基因丰度,进而对hzsB功能基因产生直接和间接的影响;此外,深度、pH和水体中的铵盐、亚硝酸盐以及硝酸盐浓度,对沉积物中的pH、溶解氧以及Anammox反应所需底物浓度均有直接影响,这些因素的变化直接影响Anammox菌的多样性及其16S rRNA基因丰度,进而对其功能基因产生影响,最终导致影响其脱氮效率。