全 文 ：太湖沉积物微生物生物量及其与碳、氮、磷的相关性*
王摇 娜1 摇 徐德琳1 摇 郭摇 璇2 摇 吴筱清1 摇 安树青1**
( 1南京大学生命科学学院 /湿地生态研究所, 南京 210093; 2苏州高新区虎丘区林业站, 江苏苏州 215011)
摘摇 要摇 对太湖沉积物中微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP),以及沉积物总有机碳
(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)进行测定并进行相关性分析,揭示太湖沉积物微生物对太湖沉
积物营养盐的响应及反馈特征.结果表明:沉积物微生物生物量(MB)在湖体沿岸地区大于湖
心区,平均值为 184郾 66 mg·kg-1,MBC 在西部沿岸区以及竺山湾和梅梁湾区域较高,平均值
为 127郾 57 mg·kg-1;MBN 在梅梁湾、贡湖部分区域以及靠近梅梁湾和贡湖的湖心区域和东部
沿岸区较高,平均值为 19郾 25 mg·kg-1;MBP 在东部沿岸区及其附近的湖心区最高,平均值为
19郾 09 mg·kg-1;沉积物 TOC 高值区(逸2郾 30 g·kg-1)主要集中在竺山湾、西部沿岸区、梅梁
湾、贡湖地区,平均值为 1郾 59 g·kg-1;沉积物 TN 高值区(逸0郾 30 g·kg-1)主要集中在贡湖、
梅梁湾、竺山湾部分地区以及西部沿岸区,平均值为 0郾 21 g·kg-1;沉积物 TP 高值区(逸1郾 20
g·kg-1 )主要集中在东部沿岸区以及湖心部分区域,平均值为 0郾 55 g·kg-1;太湖沉积物
TOC / TN在 7 ~ 19,平均值为 8郾 97,表明太湖沉积物中的有机质具有明显的双重来源,其中陆
源有机质主要集中在西部沿岸区;太湖沉积物MB与沉积物 TOC和 TN呈显著正相关,与沉积
物 TP相关性不显著;沉积物 MBC / MBN 与沉积物 TOC / TN 显著相关.太湖沉积物微生物主要
受沉积物 TOC、TN影响,且沉积物 TOC / TN的变化显著影响微生物群落结构.
关键词摇 太湖摇 沉积物摇 微生物量
*国家重点基础研究发展计划项目(2008CB418201)和国家国际科技合作专项(S2012GR0149)资助.
**通讯作者. E鄄mail: anshq@ nju.edu.cn
2011鄄09鄄24 收稿,2012鄄05鄄02 接受.
文章编号摇 1001-9332(2012)07-1921-06摇 中图分类号摇 X172摇 文献标识码摇 A
Microbial biomass and its correlations with carbon, nitrogen, and phosphorus in the sedi鄄
ments of Taihu Lake. WANG Na1, XU De鄄lin1, GUO Xuan2, WU Xiao鄄qing1, AN Shu鄄qing1
( 1 Institute of Wetland Ecology / School of Life Science, Nanjing University, Nanjing 210093, China;
2Forestry Station of New District and Huqiu District of Suzhou, Suzhou 215011, Jiangsu, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(7): 1921-1926.
Abstract: To explore the responses and feedbacks of the microbes in the sediments of Taihu Lake to
the sediment nutrients, an investigation was made on the microbial biomass carbon (MBC), micro鄄
bial biomass nitrogen (MBN), microbial biomass phosphorus (MBP), and their correlations with
the total organic carbon (TOC), total nitrogen ( TN), and total phosphorus ( TP) in the sedi鄄
ments. The microbial biomass in the sediments was 184. 66 mg·kg-1, being higher at the lakeside
than in the mid鄄lake region. The MBC was higher in the western coastal region, Zhushan Bay, and
Meiliang Bay, with an average of 127. 57 mg·kg-1, MBN was higher in Meiliang Bay, Gonghu
Bay, mid鄄lake region close to Meiliang Bay and Gonghu Bay, and eastern costal region, with an
average of 19. 25 mg·kg-1, and MBP was higher in the eastern region and parts of the mid鄄lake
region, with an average was 19. 09 mg·kg-1 . The TOC high value zone (逸2. 30 g·kg-1) was
mainly in Zhushan Bay, western coastal region, Meiliang Bay, and Gonghu Bay, with an average of
1. 59 g·kg-1, TN high value zone (逸0. 30 g·kg-1) was mainly in the Gonghu Bay, Meiliang
Bay, Zhushan Bay, and western costal region, with an average of 0. 21 g·kg-1, and TP high value
zone (逸1. 20 g·kg-1) was mainly in the eastern coastal region and parts of the mid鄄lake region,
with an average of 0. 55 g·kg-1 . The TOC / TN ratio in the sediments was 7-19, with an average of
8. 97, which showed that the organic substances in the sediments had obvious dual sources, among
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 7 月摇 第 23 卷摇 第 7 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2012,23(7): 1921-1926
which, terrestrial organisms were mainly in the west side of the lake. The microbial biomass in the
sediments was significantly positively correlated with sediment TOC and TN but had less correlation
with sediment TP, and the MBC / MBN was significantly correlated with sediment TOC / TN, sugges鄄
ting that the microbes in the sediments of Taihu Lake were mainly affected by the sediment TOC and
TN, and the changes of the TOC / TN had significant effects on the microbial community structure.
Key words: Taihu Lake; sediment; microbial biomass.
摇 摇 浅水湖泊富营养化已经成为世界性问题[1],在
富营养化的湖泊中,生物化学计量特征的研究已进
行很多,如水体氮磷比变化导致水体富营养化
等[2] .对沉积物微生物生物量(MB)和沉积物化学
计量关系的研究也为各国生态专家和生物化学家所
热衷[3] .
沉积物微生物对沉积物总污染物的再次释放起
着重要作用,主要表现在两方面:1)微生物降解作
用;2)通过同化、异化、改变环境条件来影响沉积物
的营养盐及金属元素的分布、转化等[4] . 沉积物微
生物量生物碳、氮、磷是沉积物有效营养盐活性库的
主要部分,研究湖泊沉积物 MB大小、分布及其与沉
积物营养盐的相关性,对于了解沉积物中生源要素
的循环、水体富营养化及蓝藻水华爆发机理等具有
重要意义[5] .
国内外对此开展了一系列研究.其中 Mills等[6]
发现 MB与沉积物碳之间明显相关;张东升等[7]在
对东太平洋沉积物研究时发现 MB与沉积物的总叶
绿素含量的水平分布呈显著正相关,而总有机碳与
MB和叶绿素含量的相关性不显著;Dobbs[8]发现深
海 MB与有机碳含量的关系并不非常密切;毛海芳
等[9]发现湖泊沉积物柱芯中的 MB随深度增加而减
少,沉积物 MB与含水率、总氮和活性有机碳呈显著
相关性.这些结果表明 MB 与沉积物营养盐之间存
在一定的相关性.太湖近年来蓝藻频繁爆发,严重影
响当地居民的正常生活,其沉积物污染物二次释放
对蓝藻爆发具有重要作用,针对其底泥微生物的特
性也开展了较多研究,如詹忠等[10]研究了微生物对
太湖沉积物总磷分布的影响,发现微生物活动影响
沉积物氧化还原电位、pH值和磷迁移;王强等[11]对
太湖不同种类微生物的时空分布进行了细致研究.
沉积物中微生物对湖泊环境的影响已成为研究热点
之一,但目前对太湖沉积物 MB 与湖泊沉积物营养
盐的相关性研究还未见报道.
本文采用液态氯仿鄄熏蒸提取法,测定太湖沉积
物微生物生物量碳、氮、磷,获得太湖沉积物微生物
生物量及其空间分布;同时测定太湖沉积物总有机
碳(total organic carbon, TOC)、总氮( total nitrogen,
TN)、总磷( total phosphorous, TP)含量及其空间差
异,进而对微生物生物量与太湖沉积物 TOC、TN、TP
做相关性分析,以期阐明太湖沉积物 MB 与沉积物
营养盐的相互关系.
1摇 研究区域与研究方法
1郾 1摇 研究区域
太湖(30毅56忆—31毅34忆 N,119毅53忆—120毅34忆E)
面积 2338 km2,平均水深 2 m.太湖长期受富营养化
的影响,水体污染严重,尤其是西部和北部地区受到
夏季风向和周边环境污染的影响,较东部和南部地
区污染严重[12] . 此次采样在太湖 8 个湖区设定 23
个采样点(图 1). 2010 年 9 月用彼得逊采泥器采集
表层 0 ~ 30 cm 沉积物,每个采样点采集 3 个重复
样,放入采集袋中,冰箱冷藏待测.
1郾 2摇 测定方法
1郾 2郾 1 微生物生物量的测定摇 广义的微生物生物量
(MB)包括微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷
(MBP)和硫,但通常以 MBC 含量来表示[13] .本文用
MBC、MBN、MBP 之和表示 MB.
1郾 2郾 2 微生物生物量碳、氮、磷的测定 摇 用液态氯
图 1摇 太湖采样点示意图
Fig. 1摇 Sketch of sampling sites in Taihu Lake郾
2291 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
仿熏蒸提取法[14]进行提取.用总有机碳自动分析仪
测定 K2SO4 提取液中的 TOC.根据熏蒸后提取液中
有机碳总量(EC)计算沉积物 MBC .
MBC =EC / KEC
式中:EC =熏蒸样品浸提测定的 TOC 值-未熏蒸样
品浸提测定的 TOC值;KEC为转换系数,取值 0郾 45.
采用哈希 DR2800 分光光度计测定 TN.
MBN =EN / KEN
式中:EN =熏蒸样品浸提测定的 TN-未熏蒸样品浸
提测定的 TN;KEN为转换系数,取值 0郾 45.
沉积 物 MBP 的 测 定 采 用 氯 仿 灭 菌、 0郾 5
mol·L-1 Na2CO3直接提取法[15] .
采用哈希 DR2800 测定 TP,该方法具有较好的
精密度和准确度[16] .
MBP = EP / KEP
式中:EP =熏蒸样品浸提测定的 TP-未熏蒸样品浸
提测定的 TP;KEP 为转换系数,取值 0郾 40.
1郾 2郾 3 沉积物 TOC、TN、TP 的测定 摇 底泥前处理采
用自然风干,研磨后过 100 目筛保存. 沉积物 TOC
用 LY / T 1237—1999 测定[17], 沉积物 TN 用 LY / T
1228—1999[18]测定,沉积物 TP用 LY / T 1232—1999
测定[19] .
1郾 3摇 数据处理
根据实际采样点数据,将采样点空间坐标导入
ArcGIS 9郾 2,生成采样矢量图. 根据每个采样点的
MB、MBC、MBN、MBP 值和沉积物 TOC、TN、TP 值,用
Kriging插值法生成相应的空间分布栅格图.在 SPSS
13郾 0 中,用非参数检验中的 K鄄S 检验,数据均符合
正态分布,用 Pearson法得出 MB与沉积物碳、氮、磷
相关系数以及沉积物微生物生物量碳氮比(MBC /
MBN)与沉积物 TOC / TN 相关系数,并用 SPSS 13郾 0
绘图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 太湖沉积物微生物生物量及微生物生物量碳、
氮、磷
从图 2 可以看出,竺山湾、梅梁湾、贡湖大部分
区域与东部沿岸区、东太湖以及西部沿岸区大部分
图 2摇 太湖沉积物微生物生物量(MB)及微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)分布
Fig. 2摇 Distributions of microbial biomass (MB), and microbial biomass carbon (MBC), nitrogen (MBN) and phosphorus (MBP) in
Taihu Lake sediment郾
32917 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王摇 娜等: 太湖沉积物微生物量及其与碳、氮、磷的相关性摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 太湖沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及碳氮比(TOC / TN)分布
Fig. 3摇 Distributions of TOC, TN, TP and TOC / TN in Taihu Lake sediment郾
区域沉积物 MB 较高,为 48郾 92 ~ 262郾 42 mg·kg-1,
平均值为 184郾 66 mg·kg-1 . 其中,竺山湾、梅梁湾、
西部沿岸区以及东太湖小部分湖区的 MBC 较高,为
16郾 97 ~ 250郾 57 mg · kg-1, 平 均 值 为 127郾 57
mg·kg-1 . MBN 在梅梁湾、东部沿岸区、贡湖、湖心区
的部分区域较高,为 5郾 13 ~ 39郾 15 mg·kg-1,平均值
为 19郾 25 mg·kg-1 . MBP 在贡湖、梅梁湾部分区域以
及湖心区较高,为 1郾 12 ~ 78郾 22 mg·kg-1,平均值为
19郾 09 mg·kg-1 .
2郾 2摇 太湖沉积物碳氮磷及 TOC / TN的分布
从图 3 可以看出,沉积物 TOC 的高值区
(逸2郾 30 g·kg-1)主要集中在竺山湾、西部沿岸区、
梅梁湾以及贡湖部分地区,为 0郾 54 ~ 3郾 12 g·kg-1,
平均值为 1郾 59 g · kg-1 . 沉积物 TN 的高值区
(逸0郾 30 g·kg-1)主要集中在贡湖、竺山湾、梅梁湾
以及西部沿岸区,为 0郾 06 ~ 0郾 46 g·kg-1,平均值为
0郾 21 g · kg-1 . 沉积物 TP 的高值区 ( 逸 1郾 20
g·kg-1)主要集中在东部沿岸区以及湖心部分区
域,为 0郾 37 ~ 1郾 03 g·kg-1,平均值为 0郾 55 g·kg-1 .
沉积物中 TOC / TN在 7 ~ 19,平均值为 8郾 97.
2郾 3摇 太湖沉积物微生物生物量与沉积物碳、氮、磷
的关系
从图 4 可以看出,沉积物MB与沉积物 TOC、TN
的相关性指数平方(R2)分别为 0郾 687 和 0郾 703,相
关性系数( r)分别为 0郾 829(P<0郾 05)和 0郾 838(P<
0郾 05 ) ,沉积物MB与沉积物TOC、TN呈显著正相
图 4摇 太湖沉积物微生物生物量与沉积物总有机碳、总氮的
相关性
Fig. 4 摇 Corrections between MB with TOC and TN in Taihu
Lake sediment郾
4291 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 5摇 太湖沉积物微生物生物量碳氮比与沉积物 TOC / TN
的相关性
Fig. 5 摇 Correction between MBC / MBN and TOC / TN in Taihu
Lake sediment郾
关. 沉积物 MB 与沉积物磷的相关性不显著 (图
略).沉积物MBC / BMN 与沉积物 C / N相关系数平方
(R2)为 0郾 702,相关系数为 0郾 836(P<0郾 05),两者显
著相关(图 5).
3摇 讨摇 摇 论
MBC 受到沉积物 TOC、微生物群落代谢活性等
多种因素的调控[3] .太湖水体整体处于中度富营养
状态,其中东太湖和南部沿岸区呈中营养状态,竺山
湾、梅梁湾、五里湖、贡湖以及西部沿岸区和东部沿
岸区都为富营养状态[20],丰富的有机质为微生物提
供了基本生活能量,使微生物活动加剧,MB 及 BMC
含量较大. MBN 的影响因素较复杂,受到土壤 TOC、
TN、MBC、土壤 C / N、MBC / MBN 的综合调控[21] .东部
沿岸区水生植被较多,在有机质供应充足的情况下,
有机氮含量相对较高,MBN 含量也相对较高. MBP
对环境条件极敏感,pH、溶解氧、温度、风浪、水生生
物活动、清淤等各种活动都会产生很大影响[22-23],
具体原因还需进一步研究.
摇 摇 竺山湾、梅梁湾、贡湖湾以及西部沿岸区受武进
港、太滆运河、漕桥河、殷村港、南溪、长兴港、小溪港
等不达标入湖河流的影响,有机污染比较严重,沉积
物 TOC含量较高;南部沿岸区受到东苕溪和西苕溪
等入湖河流的影响,TOC 含量也较高;东部沿岸区
由于是太湖的出水口,有机污染较低.沉积物 TN 在
贡湖湾地区、竺山湾、梅梁湾、西部沿岸区以及南部
沿岸区的东、西苕溪进口处含量较高,这同样与太湖
入湖河流携带大量含氮污染物有关. 沉积物 TP 的
分布可能与 21 世纪以来的几次“引江济太冶工程有
关,“引江济太冶工程经望亭立交枢纽由贡湖进入贡
湖湾进而进入全太湖,同时开启太浦闸排水,以维持
水量平衡和改变太湖的水动力条件,长江水 TP 含
量本身较太湖高[24],其中可能有大量的营养盐沉
积,引起贡湖湾及部分湖心地区 TP 含量较高. 1996
年之前大量含磷洗衣粉的使用,也大大增加了水体
磷化合物含量[25] .
沉积物的 TOC / TN 可有效指示有机质的来
源[12,26-27], 湖泊水生植物含有较多的蛋白质, 其
TOC / TN值一般小于 10,陆源有机质含有腐殖质,其
TOC / TN通常为 20 ~ 30,同时有机质的降解也将改
变 TOC / TN,一般认为水体有机质降解将使 TOC / TN
升高[27-28] .太湖沉积物 C / N 在 7 ~ 19,表明太湖沉
积物存在陆源有机质和湖泊水生植物双重来源,其
中陆源有机质主要集中在西部沿岸区. 微生物主要
利用有机物中的有机质作为碳源,因此微生物生物
量与沉积物中的有机质呈显著正相关. 这与 Boud鄄
reau[3]的研究结果一致. 微生物生物量与沉积物氮
也呈明显正相关,与冯峰等[5]的研究结果一致,而
微生物生物量与沉积物磷的相关性不显著. 微生物
生物量碳氮比可反映微生物群落结构信息,其显著
的变化暗示着微生物群落结构变化[29-31],太湖沉积
物微生物生物量碳氮比与沉积物 TOC / TN呈显著正
相关性,进一步表明微生物群落与沉积物碳氮比之
间关系紧密,可以通过调节微生物群落结构改变沉
积物碳氮比,但还需进一步深入研究微生物群落和
多样性.
4摇 结摇 摇 论
太湖沉积物 MB 在湖体沿岸地区高于湖心区;
MBC 在西部沿岸区以及竺山湾和梅梁湾区域较高;
MBN 在梅梁湾、贡湖部分区域以及靠近梅梁湾和贡
湖的湖心区域和东部沿岸区较高;MBP 在东部沿岸
区及其靠近的湖心区最高;沉积物 TOC 主要集中在
竺山湾、西部沿岸区、梅梁湾、贡湖地区;沉积物 TN
主要集中在贡湖、梅梁湾、竺山湾部分地区以及西部
沿岸区;沉积物 TP 主要集中在东部沿岸区以及湖
心部分区域;沉积物中的有机质具有明显的双重来
源,西部沿岸区主要是外来有机质;太湖沉积物微生
物受沉积物 TOC、TN 影响显著,而沉积物 TOC / TN
的变化会显著影响沉积物微生物群落结构.
致谢摇 衷心感谢安徽大学孙庆业老师等在试验过程中给予
的指导.
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作者简介摇 王摇 娜,女,1987 年生,硕士研究生.主要从事太
湖沉积物微生物研究. E鄄mail: wangna1987@ 126. com
责任编辑摇 肖摇 红
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