摘要
城市河流是水生态的重要载体，城市化进程不断弱化着城市河流原有的生态功能，而河流自净功能是城市水资源环境承载的重要基础，自净能力的提升能够促进城市绿色可持续发展，亟需对城市河流自净能力及影响因素进行针对性研究。本研究以典型城市河流贾鲁河郑州段为例，开展河流水生态调查，同时采用水团示踪法对不同水期不同河段的污染物降解系数进行测定，分析污染物降解系数的时空差异性;筛选降解系数的主要影响因子，开展实验室模拟实验，探究温度、初始浓度和微生物对污染物降解系数的影响;并基于微生物和浮游生物分布现状，探究河流自净能力与微生物和浮游生物的关联性。主要研究结果如下: (1)通过现场水团示踪实验，发现贾鲁河郑州段各污染物降解系数具有时空差异性。研究区域COD降解系数在0.0788-0.3198d-1之间，氨氮降解系数在0.1000-0.6978d-1之间，TP降解系数在0.0879-0.5181d-1之间。基于所处地理位置，将河段划分为城区河段和农村河段，对比不同水期不同类型河段污染物降解系数，发现COD和氨氮降解系数均呈现出平水期＞丰水期、农村河段＞城区河段的特征，而TP降解系数则表现为平水期＞丰水期、城区河段＞农村河段。 (2)通过偏最小二乘回归模型、皮尔逊相关性分析及冗余分析，发现影响污染物降解系数的主要非生物因素为温度和污染物初始浓度。开展实验室静态模拟实验发现污染物降解系数随温度的升高而增大，且相较于COD和氨氮，TP的降解受温度的影响较大;污染物降解系数随着污染物初始浓度的升高而增大,且相较于COD和TP,氨氮的降解受初始浓度的影响较大;同时，开展了微生物对降解系数影响模拟实验,发现微生物能够促进污染物的降解,且相较于COD,氨氮和TP的降解受微生物作用影响较大。 (3)通过皮尔逊相关性分析和冗余分析，发现微生物群落主要组成相似,但影响污染物降解的关键微生物菌群不同。相关性分析结果表明TP降解系数与水体微生物Ace指数显著正相关(p＜0.05)。冗余分析结果表明:水体微生物中，COD的降解与Luteolibacter属和多核杆菌属(Polynucleobacter)相关，氨氮的降解与新鞘脂菌属(Novosphingobium)和芽殖杆菌属(Gemmobacter)等相关,TP的降解与芽殖杆菌属和噬氢菌属(Hydrogenophaga)等相关;底泥微生物中，COD的降解与Limnohabitan属与多核杆菌属等相关，氨氮的降解主要与Limnohabitans属和Luteolibacter属等相关,TP的降解主要与不动杆菌属等相关;其中，Luteolibacter属、Limnohabitans属和多核杆菌属为有机物利用菌属，Limnohabitans属、不动杆菌属、芽殖杆菌属、硅藻门属为脱氮除磷菌属，增加此类菌属的相对丰度有利于河流自净能力的提高。 (4)通过皮尔逊相关性分析和冗余分析，发现浮游生物群落主要组成相似,但影响污染物降解的关键浮游生物类群不同。相关性分析结果表明TP降解系数与浮游植物丰富度指数D显著正相关(p＜0.05)。冗余分析结果表明:浮游植物中，COD的降解与绿藻门(Chlorophyta)相关,氨氮和TP的降解主要与绿藻门和蓝藻门(Cyanophyta)等相关;浮游动物中，氨氮的降解与浮游动物各类群无明显相关性，这可能与其多间接参与污染物的降解相关，TP的降解与原生动物(Protozoa)和枝角类相关;其中，绿藻门和裸藻门偏好利用氨氮;原生动物分泌物能促进TP絮凝沉淀，轮虫分泌物能提高细菌活性，增加相关类群的相对丰度有利于河流自净能力的提高。
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