沿海养殖水体中悬浮颗粒物粒径差异对nirS型反硝化细菌群落结构及脱氮机制的影响研究

本研究针对沿海网箱养殖尾水中硝酸盐污染问题，通过分级采集0.22-5μm悬浮颗粒物(SPM)，首次系统揭示了不同粒径SPM上nirS型反硝化细菌的分布规律。研究发现5μm颗粒具有最高nirS基因丰度(106 copies·L-1)和群落多样性，Roseobacter和Acidithiobacillales为优势菌属。研究阐明了NO3--N、pH等环境因子对脱氮微生物的调控机制，为养殖水体生物修复提供了新思路。

　　

在沿海网箱养殖业快速发展的背后，隐藏着一个严峻的环境挑战——高密度养殖产生的残饵和代谢废物导致水体硝酸盐(NO₃^--N)浓度升高，这些富含氮素的尾水排入海洋后引发赤潮等生态问题。传统认知中，水体反硝化主要发生在沉积物中，但近年研究发现，悬浮颗粒物(SPM)作为"流动的微反应器"，可能承担着更活跃的氮去除功能。然而，关于不同粒径SPM如何影响反硝化细菌群落结构及其脱氮效率，仍是未被揭示的科学盲区。

广东石油化工学院联合广州大学等机构的研究团队在《BMC Microbiology》发表的研究，首次系统解析了沿海网箱养殖水体中SPM粒径差异对nirS型反硝化细菌的调控机制。研究团队在茂名市博贺和上垌两处养殖区采集水样，通过0.22、1和5μm分级过滤获取SPM样本，结合荧光定量PCR(qPCR)、高通量测序和冗余分析(RDA)等技术，揭示了粒径效应与环境因子的交互作用。

研究方法上，研究选取6个代表性网箱采样点，测定温度、pH等12项水质参数；通过分级过滤获取不同粒径SPM样本；采用qPCR定量nirS基因拷贝数；通过Illumina HiSeq平台测序分析菌群结构；运用Pearson相关分析和RDA解析环境驱动因子。

研究结果部分，在"环境参数"中发现两处养殖场水质存在空间异质性，上垌站点总悬浮固体(TSS)显著高于博贺(6.20 vs 1.43 mg·L^-1)。"nirS基因丰度"显示5μm SPM的基因拷贝数比小粒径高1-2个数量级，其中B3_5样本达1.08×10⁷ copies·L^-1。"群落多样性"分析表明5μm SPM拥有最高OTU数(87-96)和Shannon指数(3.76-3.85)，PCoA分析显示菌群按粒径显著聚类。"群落组成"揭示：Roseobacter在0.22μm SPM占比高达84.02%；Pseudomonas和Pelomonas主导1μm SPM(合计64.22%)；Acidithiobacillales特异富集于5μm SPM(15.94%)。"环境因子"分析确定NO₃^--N、pH和粒径是影响菌群结构的关键因素，其中pH与多样性呈显著正相关(r=0.686)。

讨论部分深入阐释了生态机制：大粒径SPM形成的低氧微环境促进厌氧反硝化；Roseobacter通过与浮游植物共生获取二甲基磺基丙酸酯(DMSP)营养；Acidithiobacillales的耐UV特性使其能在表层水体存活。研究创新性地提出"粒径分区"理论：不同呼吸类型的反硝化菌通过选择特定粒径SPM实现生态位分化。

该研究首次建立了SPM粒径-菌群结构-脱氮效率的关联模型，为优化养殖尾水处理提供了理论依据。特别是发现Acidithiobacillales在5μm SPM的富集现象，为开发硫自养脱氮工艺提供了新思路。研究建议在养殖区投放适宜粒径的生物载体，定向富集高效脱氮菌群，这对实现"双碳"目标下的绿色养殖具有重要实践价值。