Распределение азота и растворённого органического вещества в крупном мелководном деградирующем озере

Аномальный климат, урбанизация и деятельность человека приводят к длительному поддержанию высокого уровня азотсодержащих питательных веществ во многих продуктивных или функциональных озёрах. Транспорт и трансформация азота — ключевого элемента, влияющего на эвтрофикацию озёр, — в водной толще тесно связаны со структурой и составом растворённого органического вещества (DOM).

DOM в водной среде включает экзогенное DOM от деятельности человека, в то время как большое количество разлагающихся водных растений в деградирующих озёрах вносит значительный вклад в эндогенное DOM, что приводит к сложности и неоднородности его распределения. Более того, DOM может служить источником углерода и питательных веществ, влияющих на активность микроорганизмов. Разные источники и пропорции DOM определяют его биодоступность. Однако взаимодействия между азотом, DOM и микроорганизмами в деградирующих озёрах неясны, а механизмы их связи изучены слабо.

Исследовательская группа под руководством профессора У Чжэньбиня из Института гидробиологии Китайской академии наук выявила внутренние причины накопления азота на микроинтерфейсе донных отложений озера Хунху, типичного крупного мелководного озера в среднем и нижнем течении реки Янцзы. Исследование опубликовано в Journal of Cleaner Production.

В ходе исследования учёные обнаружили, что распределение различных форм неорганического азота в озере Хунху демонстрирует пространственную неоднородность в направлении потока. Физико-химический анализ отложений показал, что характеристики осадков с сильной полярностью и высокой способностью к адсорбции питательных веществ (высокая доля илистой фракции) привели к высокому содержанию общего азота и аммонийного азота в юго-западном регионе.

Кроме того, исследователи выяснили, что массовая гибель водных растений увеличила накопление азота в донных отложениях юго-западного региона. Результаты высокопроизводительного секвенирования микробов показали, что низкая численность бактерий, связанных с циклом азота в отложениях, влияет на биодоступность и трансформацию азота и в конечном итоге приводит к увеличению его содержания в осадках.

Из-за совокупного влияния экзогенного и эндогенного загрязнения DOM распределение и трансформация гумусовых компонентов DOM показали значительные пространственные различия. С помощью анализа модели структурных уравнений исследователи подтвердили, что связь азота, DOM и физико-химических свойств в донных отложениях прямо или косвенно влияет на численность и разнообразие бактериальных сообществ. Микробный экологический ответ в конечном счёте влияет на миграцию органического вещества и накопление питательных веществ.

В целом, выявленная в этом исследовании внутренняя экологическая регуляция связи между азотом, DOM и микроорганизмами прояснила взаимосвязь между обогащением питательными веществами и их биодоступностью. Это имеет большое значение для прогнозирования динамических изменений механизма обратной связи в системе деградирующего озера и обеспечит поддержку для разработки комплексных стратегий управления экологическим восстановлением вод таких озёр.