Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giải mã phản ứng của chất lượng nước và cộng đồng vi sinh vật đối với nước hồ bị ngược dòng tại một cửa sông điển hình của hồ Taihu, Trung Quốc
Tóm tắt
Để điều tra tác động của nước hồ bị ngược dòng lên hệ sinh thái thủy sinh tại cửa sông, các mẫu nước bề mặt ở các khu vực có nước bị ngược dòng và không bị ngược dòng đã được thu thập từ một cửa sông điển hình của hồ Taihu, sông Xitiaoxi. Phân tích phạm vi 16S rRNA và phân tích dư thừa đã được thực hiện để làm rõ mối quan hệ định lượng giữa cộng đồng vi sinh vật và các tham số chất lượng nước. Kết quả cho thấy nước hồ bị ngược dòng sẽ ảnh hưởng đến phân bố tương đối của các dạng nitơ và tăng nồng độ của tổng nitơ (TN) và nitrat, đặc biệt tại các điểm xả nước thải đô thị và thoát nước nông nghiệp. Đối với các khu vực có nước bị ngược dòng, việc trao đổi nước diễn ra thường xuyên hơn có thể làm giảm sự biến động theo mùa về độ phong phú và đa dạng của cộng đồng vi sinh vật. Kết quả phân tích dư thừa cho thấy các tham số chất lượng nước quan trọng ảnh hưởng lớn đến cộng đồng vi khuẩn ở các khu vực có nước bị ngược dòng là carbon hữu cơ tổng (TOC), tổng chất rắn hòa tan (TDS), độ mặn (SAL), amoni, nitrat và TN, còn ở các khu vực không có nước bị ngược dòng là TOC, TDS, SAL, amoni, TN mà không có nitrat. Verrucomicrobia, Proteobacteria, Microcystis và Arcobacter là các nhóm vi sinh vật chiếm ưu thế với tỷ lệ lần lượt là 27.7%, 15.7%, 30.5% và 25.7% trong tổng chất lượng nước ở các khu vực có nước bị ngược dòng. Chloroflexi, Verrucomicrobia, Flavobacterium và Nostocaceae chiếm ưu thế với tỷ lệ lần lượt là 25.0%, 18.4%, 22.3% và 11.4% trong tổng chất lượng nước ở các khu vực không bị ngược dòng. Nước hồ bị ngược dòng có thể chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa acid amin và carbohydrate dựa trên dự đoán chức năng trao đổi chất. Nghiên cứu này đã cung cấp một cái nhìn sâu hơn về những thay đổi không gian-thời gian trong các tham số chất lượng nước và cộng đồng vi sinh vật để đánh giá toàn diện tác động của nước hồ bị ngược dòng đến hệ sinh thái cửa sông.
Từ khóa
#hồ Taihu #nước hồ bị ngược dòng #hệ sinh thái cửa sông #cộng đồng vi sinh vật #chất lượng nước #phân tích 16S rRNA #nitơ #tổng nitơ #sinh học nước.Tài liệu tham khảo
Dai, J., Wu, S., Wu, X., Lv, X., Sivakumar, B., Wang, F., Zhang, Y., Yang, Q., Gao, A., Zhao, Y., Yu, L., & Zhu, S. (2020). Impacts of a large river-to-lake water diversion project on lacustrine phytoplankton communities. Journal of Hydrology, 587, 124938. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124938
Deng, L., Chen, K., Liu, Z., Wu, B., Chen, Z., & He, S. (2022). Spatiotemporal variation evaluation of water quality in middle and lower Han River, China. Scientific Reports, 12(1), 14125. https://doi.org/10.1038/s41598-022-16808-w
Echeverría-Vega, A., Chong, G., Serrano, A. E., Guajardo, M., Encalada, O., Parro, V., Blanco, Y., Rivas, L., Rose, K. C., Moreno-Paz, M., Luque, J. A., Cabrol, N. A., & Demergasso, C. S. (2018). Watershed-induced limnological and microbial status in two oligotrophic Andean Lakes exposed to the same climatic scenario. Frontiers in Microbiology. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00357
Fu, H., Gaüzère, P., García, M. J., Zhang, P., Zhang, H., Zhang, M., Niu, Y., Yu, H., Brown, L. E., & Xu, J. (2021). Mitigation of urbanization effects on aquatic ecosystems by synchronous ecological restoration. Water Research, 204, 117587. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117587
García-Armisen, T., İnceoğlu, Ö., Ouattara, N. K., Anzil, A., Verbanck, M. A., Brion, N., Servais, P., & Woo, P. C. Y. (2014). Seasonal variations and resilience of bacterial communities in a sewage polluted urban river. PLoS ONE, 9(3), e92579. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0092579
Gülay, A., Musovic, S., Albrechtsen, H., Al-Soud, W. A., Sørensen, S. J., & Smets, B. F. (2016). Ecological patterns, diversity and core taxa of microbial communities in groundwater-fed rapid gravity filters. The ISME Journal, 10(9), 2209–2222. https://doi.org/10.1038/ismej.2016.16
Guo, J., Wang, L., Yang, L., Deng, J., Zhao, G., & Guo, X. (2020). Spatial-temporal characteristics of nitrogen degradation in typical Rivers of Taihu Lake Basin, China. Science of the Total Environment, 713, 136456. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136456
Hui, C., Li, Y., Zhang, W., Zhang, C., Niu, L., Wang, L., & Zhang, H. (2022). Modelling structure and dynamics of microbial community in aquatic ecosystems: The importance of hydrodynamic processes. Journal of Hydrology, 605, 127351. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.127351
Huishu, L., Qiuliang, L., Xinyu, Z., Haw, Y., Hongyuan, W., Limei, Z., Hongbin, L., Huang, J., Tianzhi, R., Jiaogen, Z., & Weiwen, Q. (2018). Effects of anthropogenic activities on long-term changes of nitrogen budget in a plain river network region: A case study in the Taihu Basin. Science of the Total Environment, 645, 1212–1220. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.354
Kandel, P. P., Pasternak, Z., van Rijn, J., Nahum, O., & Jurkevitch, E. (2014). Abundance, diversity and seasonal dynamics of predatory bacteria in aquaculture zero discharge systems. FEMS Microbiology Ecology, 89(1), 149–161. https://doi.org/10.1111/1574-6941.12342
Klase, G., Lee, S., Liang, S., Kim, J., Zo, Y., & Lee, J. (2019). The microbiome and antibiotic resistance in integrated fishfarm water: Implications of environmental public health. Science of the Total Environment, 649, 1491–1501. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.288
Li, H., Barber, M., Lu, J., & Goel, R. (2020). Microbial community successions and their dynamic functions during harmful cyanobacterial blooms in a freshwater lake. Water Research., 185, 116292. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116292
Li, Y., Zhou, S., Zhu, Q., Li, B., Wang, J., Wang, C., Chen, L., & Wu, S. (2018). One-century sedimentary record of heavy metal pollution in western Taihu Lake, China. Environmental Pollution, 240, 709–716. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.05.006
Liao, K., Bai, Y., Huo, Y., Jian, Z., Hu, W., Zhao, C., & Qu, J. (2018). Integrating microbial biomass, composition and function to discern the level of anthropogenic activity in a river ecosystem. Environment International, 116, 147–155. https://doi.org/10.1016/j.envint.2018.04.003
Liu, G., Zhang, G., Jin, Z., & Li, J. (2009). Sedimentary record of hydrophobic organic compounds in relation to regional economic development: A study of Taihu Lake, East China. Environmental Pollution, 157(11), 2994–3000. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.05.056
Liu, J., Liang, X., Yang, J., Ye, Y., Su, M., Nie, Z., & Chen, Y. (2011). Size distribution and co-mposition of phosphorus in the East Tiao River, China: The significant role of colloids. Journal of Environmental Monitoring, 13(10), 2844–2850. https://doi.org/10.1039/C1EM10482A
Lotze, H. K., Lenihan, H. S., Bourque, B. J., Bradbury, R. H., Cooke, R. G., Kay, M. C., Kid-well, S. M., Kirby, M. X., Peterson, C. H., & Jackson, J. B. C. (2006). Depletion, degradation, and recovery potential of estuaries and coastal seas. Science, 312(5781), 1806–1809. https://doi.org/10.1126/science.1128035
Mai, Y., Lai, Z., Li, X., Peng, S., & Wang, C. (2018). Structural and functional shifts of bacterioplankton communities associated with spatiotemporal gradients in river outlet-s of the subtropical Pearl River Estuary, South China. Marine Pollution Bulletin, 136, 309–321. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.09.013
Meng, L., Zuo, R., Wang, J., Yang, J., Li, Q., & Chen, M. (2020). The spatial variations of correlation between microbial diversity and groundwater quality derived from a riverbank filtration site, northeast China. Science of the Total Environment, 706, 135855. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135855
Mykrä, H., Tolkkinen, M., & Heino, J. (2017). Environmental degradation results in contrasting changes in the assembly processes of stream bacterial and fungal communities. Oikos, 126(9), 1291–1298. https://doi.org/10.1111/oik.04133
Olsen, R. L., Chappell, R. W., & Loftis, J. C. (2012). Water quality sample collection, data treatment and results presentation for principal components analysis – Literature review and Illinois River watershed case study. Water Research, 46(9), 3110–3122. https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.03.028
Otten, T. G., Xu, H., Qin, B., Zhu, G., & Paerl, H. W. (2012). Spatiotemporal patterns and ecophysiology of toxigenic microcystis blooms in Lake Taihu, China: Implications for water quality management. Environmental Science and Technology, 46(6), 3480–3488. https://doi.org/10.1021/es2041288
Rathour, R., Gupta, J., Mishra, A., Rajeev, A. C., Dupont, C. L., & Thakur, I. S. (2020). A comparative metagenomic study reveals microbial diversity and their role in the biogeochemical cycling of Pangong lake. Science of the Total Environment, 731, 139074. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139074
Teeling, H., Fuchs, B. M., Becher, D., Klockow, C., Gardebrecht, A., Bennke, C. M., Kassabgy, M., Huang, S., Mann, A. J., Waldmann, J., Weber, M., Klindworth, A., Otto, A., Lange, J., Bernhardt, J., Reinsch, C., Hecker, M., Peplies, J., Bockelmann, F. D., … & Amann, R. (2012). Substrate-controlled succession of marine bacterioplankton populations induced by a phytoplankton bloom. Science, 336(6081), 608–611. https://doi.org/10.3354/ame01963
Vadde, K. K., Feng, Q., Wang, J., McCarthy, A. J., & Sekar, R. (2019). Next-generation sequencing reveals fecal contamination and potentially pathogenic bacteria in a major inflow river of Taihu Lake. Environmental Pollution, 254, 113108. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113108
Wang, H., Liu, X., Wang, Y., Zhang, S., Zhang, G., Han, Y., Li, M., & Liu, L. (2023). Spatial and temporal dynamics of microbial community composition and factors influencing the surface water and sediments of urban rivers. Journal of Environmental Sciences-China, 124, 187–197. https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.10.016
Wang, J., Fu, Z., Qiao, H., & Liu, F. (2019). Assessment of eutrophication and water quality in the estuarine area of Lake Wuli, Lake Taihu, China. Science of the Total Environment, 650, 1392–1402. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.137
Wang, M., Zhang, H., Du, C., Zhang, W., Shen, J., Yang, S., & Yang, L. (2021). Spatiotemporal differences in phosphorus release potential of bloom-forming cyanobacteria in Lake Taihu. Environmental Pollution, 271, 116294. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.116294
Wang, X., Lu, Y., Han, J., He, G., & Wang, T. (2007). Identification of anthropogenic influences on water quality of rivers in Taihu watershed. Journal of Environmental Sciences-China, 19(4), 475–481. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(07)60080-1
Wu, H., Huang, Q., Fu, C., Song, F., Liu, J., & Li, J. (2021). Stable isotope signatures of river and lake water from Poyang Lake, China: Implications for river–lake interaction-ns. Journal of Hydrology, 592, 125619. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125619
Wu, Q. L., Zwart, G., Wu, J., Kamst-van Agterveld, M. P., Liu, S., & Hahn, M. W. (2007). Submersed macrophytes play a key role in structuring bacterioplankton community composition in the large, shallow, subtropical Taihu Lake, China. Environmental Microbiology, 9(11), 2765–2774. https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2007.01388.x
Wu, Z., Wang, X., Chen, Y., Cai, Y., & Deng, J. (2018). Assessing river water quality using water quality index in Lake Taihu Basin, China. Science of the Total Environment, 612, 914–922. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.293
Yang, L., Han, J., Xue, J., Zeng, L., Shi, J., Wu, L., & Jiang, Y. (2013). Nitrate source apportionment in a subtropical watershed using Bayesian model. Science of the Total Environment, 463–464, 340–347. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.06.021
Yang, Z., Wei, C., Liu, D., Lin, Q., Huang, Y., Wang, C., Ji, D., Ma, J., & Yang, H. (2022). The influence of hydraulic characteristics on algal bloom in three gorges reservoir, China: A combination of cultural experiments and field monitoring. Water Research, 211, 118030. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.118030
Zeinalzadeh, K., & Rezaei, E. (2017). Determining spatial and temporal changes of surface water quality using principal component analysis. Journal of Hydrology: Regional Studies, 13, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2017.07.002
Zeng, J., Lin, Y., Zhao, D., Huang, R., Xu, H., & Jiao, C. (2019). Seasonality overwhelms aquacultural activity in determining the composition and assembly of the bacterial community in Lake Taihu, China. Science of the Total Environment, 683, 427–435. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.256
Zhang, H., Yang, L., Li, Y., Wang, C., Zhang, W., Wang, L., & Niu, L. (2022b). Pollution gradients shape the co-occurrence networks and interactions of sedimentary bacterial communities in Taihu Lake, a shallow eutrophic lake. Journal of Environmental Management, 305, 114380. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114380
Zhang, T., Xu, S., Yan, R., Wang, R., Gao, Y., Kong, M., Yi, Q., & Zhang, Y. (2022a). Similar geographic patterns but distinct assembly processes of abundant and rare bacterioplankton communities in river networks of the Taihu Basin. Water Research, 211, 118057. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118057
Zhou, Q., Takenaka, S., Murakami, S., Seesuriyachan, P., Kuntiya, A., & Aoki, K. (2007). Screening and characterization of bacteria that can utilize ammonium and nitrate io-ns simultaneously under controlled cultural conditions. Journal of Bioscience and Bioengineering, 103(2), 185–191. https://doi.org/10.1263/jbb.103.185
Zhu, C., Zhang, J., Nawaz, M. Z., Mahboob, S., Al-Ghanim, K. A., Khan, I. A., Lu, Z., & Chen, T. (2019). Seasonal succession and spatial distribution of bacterial community structure in a eutrophic freshwater Lake, Lake Taihu. Science of the Total Environment, 669, 29–40. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.087
Zhu, Y. G., Zhao, Y., Li, B., Huang, C. L., Zhang, S. Y., Yu, S., Chen, Y. S., Zhang, T., Gillings, M. R., & Su, J. Q. (2017). Continental-scale pollution of estuaries with antibiotic resistance genes. Nature Microbiology. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.270