韓一萱，李 彪，荀 凡，高培鑫，毛振鍍，陶 曄，邢 鵬

(1：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室，南京 210008)

(2：中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

作為淡水生態(tài)系統(tǒng)中有機碳的主要載體，溶解性有機碳(DOC)占湖泊、水庫等內(nèi)陸水體總有機碳的80%以上，對水體的理化性質(zhì)和微生物的生化反應(yīng)有著重要作用[1]. DOC按照來源可以分為兩類，一類是內(nèi)源性DOC，主要來自水體初級生產(chǎn)者(浮游藻類、水生植物以及附著藻類)光合作用產(chǎn)物的釋放以及內(nèi)源性碎屑物質(zhì)的分解；另一類是外源性DOC，主要來自以C3植物為主的陸地初級生產(chǎn)者以及土壤滲濾液中的可溶解部分[2-3]. 有的研究表明，以浮游細菌為主的微生物是有機碳代謝過程的主要參與者，在其代謝過程中不僅能夠利用水體中的內(nèi)源性DOC還能夠利用外源性DOC[4-5]. 在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，DOC的代謝主要是通過細菌的生產(chǎn)和呼吸作用進行的，降解消耗DOC的過程驅(qū)動著水生食物網(wǎng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流通[6-7]. 大量研究結(jié)果表明，浮游細菌會根據(jù)有機碳底物的化學(xué)性質(zhì)和代謝的難易程度，選擇性地利用內(nèi)外源碳以用于生產(chǎn)和呼吸代謝[8-9]. 在瑞典中東部的淺水型湖泊中，Sundh[8]發(fā)現(xiàn)與高分子量(>10000)的DOC相比，細菌對低分子量(<1000)的DOC利用率更高. 但是，以往研究主要針對的是中高緯地區(qū)寡營養(yǎng)型湖泊中細菌的代謝特征[5,10]，缺乏對中低緯地區(qū)較高營養(yǎng)水平的淡水系統(tǒng)中細菌碳代謝策略的探究.

水庫具有獨特的水力學(xué)特征，諸如水力停留時間長、水體流動性差以及自凈功能較差等特性[11]. 致使近年來，水庫的富營養(yǎng)化問題日益嚴重，藻類周期性繁殖現(xiàn)象時有發(fā)生[12-13]. 在長江中下游地區(qū)，水庫分布眾多，受藻類繁殖和外源有機碳輸入的共同影響，水庫DOC的來源與構(gòu)成日趨復(fù)雜[5,14]. 浮游細菌在碳代謝過程中，是否對水庫中內(nèi)外源DOC的利用存在偏好，能否對細菌利用內(nèi)外源DOC進行生產(chǎn)和呼吸過程做準確的定量分析，是本研究擬解決的問題. 對這些問題的探究，將有助于揭示浮游細菌分配內(nèi)外源碳以進行代謝的生物學(xué)機制，推動水庫生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣品采集

1.1.1 研究區(qū)概況 南京市位于我國東部長江下游地區(qū)，屬寧鎮(zhèn)揚丘陵地區(qū)，受亞熱帶濕潤氣候影響，四季分明，雨水充沛，水域面積達11%以上，擁有眾多水庫，其中中小型水庫多達250座[12]. 陳美軍等[12]對南京市37座水庫進行了水質(zhì)評價，發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)和中營養(yǎng)水庫占比分別為55%和45%，均處于較高的營養(yǎng)水平. 因此，本研究于2019年秋季至2020年夏季期間對南京市11座水庫(碾坨壩、泥橋、河王壩、黃山、山湖、傅灣、平山、海王莊、方便、姚家以及老鴨壩水庫)進行了現(xiàn)場調(diào)研與采樣(圖1).

圖1 本研究中水庫的地理位置分布

1.1.2 表層水樣采集 根據(jù)水庫面積的大小均勻布置2～3個采樣點，利用Niskin采水器(General Oceanic, USA)在水面以下0.5 m處采集20 L水樣，置于提前洗凈的聚乙烯采樣瓶中，于4℃冷藏箱內(nèi)保存，并于2 h內(nèi)運回實驗室，用于水體理化性質(zhì)的分析與浮游細菌的分離培養(yǎng).

1.1.3 內(nèi)源DOC樣品采集 在采樣船行進過程中，利用25#浮游植物網(wǎng)收集水體中的藻類，拖行約15 min，將采集到的浮游藻類轉(zhuǎn)移至提前洗凈的500 mL聚乙烯采樣瓶中，于4℃冷藏箱內(nèi)保存，并于2 h內(nèi)運回實驗室，用于水體內(nèi)源DOC的分析.

1.1.4 外源DOC樣品采集 在水庫沿岸10 m范圍內(nèi)，利用鐵鏟與鑷子采集沿岸表層土壤樣品以及優(yōu)勢植物的枯葉殘體等陸源輸入的有機碳樣品，置于干凈的聚乙烯密封袋中，用于水體外源DOC的分析.

1.2 水庫理化指標的測定

1.3 水體DOC以及內(nèi)外碳源中碳穩(wěn)定同位素的測定

1.3.1 水體DOC碳穩(wěn)定同位素的測定 取250 mL水樣，經(jīng)0.22 μm聚碳酸酯濾膜(Waterman, USA)過濾，在-70℃下凍干后，將殘留的渣體置于底部放有5 mol/L濃鹽酸的干燥器中酸熏48 h，在45℃下烘干，稱量約2 mg樣品置于錫杯中，利用同位素質(zhì)譜儀(Delta Plus, Finnigan, USA)測定水體DOC的碳穩(wěn)定同位素(δ13C)特征值[18].

1.3.2 內(nèi)源DOC碳穩(wěn)定同位素的測定 利用過濾裝置將采集的內(nèi)源DOC樣品中的浮游藻類轉(zhuǎn)移至0.7 μm GF/F濾膜(Waterman, USA)上，隨后將濾膜置于一次性培養(yǎng)皿中凍干. 與上述方法類似，將凍干后的內(nèi)源碳樣品酸熏并烘干后，稱量約0.2 mg樣品置于錫杯中，利用同位素質(zhì)譜儀(Delta Plus, Finnigan, USA)測定水庫內(nèi)源DOC的碳穩(wěn)定同位素特征值[18].

1.3.3 外源DOC碳穩(wěn)定同位素的測定 利用去離子水將采集的植物樣品洗凈，在-70℃下凍干，經(jīng)過均勻研磨后，在3 mol/L的鹽酸中浸泡14 h，利用純水沖洗至中性，轉(zhuǎn)移至一次性培養(yǎng)皿中烘干，稱量約0.5 mg樣品置于錫杯中；稱取約50 g低溫烘干的土壤放入盛有250 mL蒸餾水的三角瓶中，常溫下震蕩浸提30 min，高速離心10 min，上清液用0. 22 μm 濾膜過濾[19]，后續(xù)測定方法與水體DOC碳穩(wěn)定同位素相同，利用同位素質(zhì)譜儀(Delta Plus, Finnigan, USA)測定水庫外源DOC的碳穩(wěn)定同位素特征值.

1.4 浮游細菌的分離培養(yǎng)與代謝產(chǎn)物中碳穩(wěn)定同位素的測定

1.4.1 浮游細菌的生產(chǎn)和呼吸過程觀測 取800 mL水樣，經(jīng)0.7 μm GF/F濾膜(Waterman, USA)過濾后，作為浮游細菌樣本，置于自制的浮游細菌代謝裝置中(專利號：ZL202020314401.5)，用3 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH至2.5以下，待水體中溶解性無機碳(DIC)基本排盡，加入堿液調(diào)節(jié)pH至初始水平. 隨后通入氮氣，排凈裝置中的CO2后，向裝置中通入不含CO2的空氣30 min，密封裝置瓶，在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，溫度設(shè)定與采樣時的水庫溫度一致.

1.4.2 細菌DOC代謝速率的測定 在細菌培養(yǎng)的初始和結(jié)束階段，分別從培養(yǎng)裝置中抽取30 mL水樣，利用總有機碳分析儀(TOC-V CPN, Shimadzu, Japan)測定細菌代謝初始和結(jié)束階段水體的DOC與DIC濃度. 浮游細菌DOC代謝速率(μg/(L·h))的計算公式為：

DOC代謝速率=(DOC初-DOC末)V×1000/t

(1)

式中，DOC初和DOC末分別為實驗初始和結(jié)束時溶解性有機碳濃度(mg/L)，V為細菌培養(yǎng)體系中液體體積(L)，t為培養(yǎng)時間(h).

1.4.3 細菌呼吸代謝速率與產(chǎn)物中碳穩(wěn)定同位素的測定 在細菌培養(yǎng)的初始和結(jié)束階段，分別從培養(yǎng)裝置的取氣口抽取25 mL氣體樣品，利用氣相色譜-溫室氣體儀(7890B, Agilent, USA)測定代謝初始和結(jié)束階段裝置中的CO2濃度(mg/L). 呼吸碳代謝速率(μg/(L·h))的計算公式為：

呼吸代謝速率=[(DIC末-DIC初)+(dCO2末-dCO2初)]V×1000/t

(2)

式中，dCO2初和dCO2末分別為實驗初始和結(jié)束時水體溶解性CO2的濃度(mg/L)，DIC初和DIC末分別為實驗初始和結(jié)束時溶解性無機碳濃度(mg/L)[20].

基于細菌培養(yǎng)結(jié)束階段抽取的氣體樣品，利用碳穩(wěn)定同位素儀(G2201-i, Picarro, USA)測定浮游細菌呼吸代謝產(chǎn)物中的碳穩(wěn)定同位素特征值.

1.4.4 細菌生產(chǎn)代謝速率與生物體碳穩(wěn)定同位素的測定 通常認為，浮游細菌的代謝主要由呼吸代謝和生產(chǎn)代謝構(gòu)成[14]. 因此，在本研究中利用質(zhì)量守恒法來測定浮游細菌的生產(chǎn)代謝速率計算公式為：

生產(chǎn)代謝速率=DOC代謝速率-呼吸代謝速率

(3)

在細菌培養(yǎng)結(jié)束后，取反應(yīng)裝置中約600 mL水樣，經(jīng)0.7 μm GF/F濾膜(Waterman, USA)和0.2 μm純無機AnodiscTM47氧化鋁濾膜(Waterman, USA)依次過濾，對浮游細菌進行富集. 隨后，將附有浮游細菌的濾膜置于一次性培養(yǎng)皿中凍干，并使用瑪瑙研缽研磨，使樣品通過孔徑為0.075 mm的篩網(wǎng). 稱量約10 mg樣品置于錫杯中，利用同位素質(zhì)譜儀(Delta Plus, Finnigan, USA)測定細菌生產(chǎn)代謝產(chǎn)物中的碳穩(wěn)定同位素特征值.

1.5 水體DOC以及浮游細菌代謝產(chǎn)物中的內(nèi)外碳源貢獻率

為研究水庫內(nèi)外碳源對水體DOC和浮游細菌代謝產(chǎn)物的貢獻率，本研究利用雙元混合模型計算了水體DOC中內(nèi)外碳源的占比，以及浮游細菌在生產(chǎn)和呼吸代謝過程中對兩種碳源的利用率[21]. 計算公式為：

δ13C組分=f1·δ13C外+f2·δ13C內(nèi)

(4)

f1+f2=1

(5)

式中，δ13C組分代表給定組分(水體DOC、細菌呼吸以及生產(chǎn)代謝產(chǎn)物)的碳穩(wěn)定同位素特征值；f1和f2分別代表內(nèi)外碳源對δ13C組分特征值的相對貢獻率.

1.6 數(shù)據(jù)分析方法

運用Excel 2007、Origin 9.0等軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理、圖形繪制. 采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析. 此外，采用ArcGIS 10.2軟件繪制水庫的地理位置圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 水體基本理化環(huán)境特征及碳源類型

本研究中11座水庫的位置及基礎(chǔ)理化指標如表1所示. 選取的研究區(qū)多為淺水型水庫，各個采樣點水深不超過5 m. 采樣期間，11座水庫的水溫在8.85～27.35℃之間，季節(jié)性差異較大(表1). 水體的pH值在7.87～8.90之間，均為弱堿性水庫. 水庫溶解氧濃度在(6.74±0.56)～(12.35±0.19) mg/L之間變化. 浮游細菌細菌豐度在105～106數(shù)量級之間(表1).

表1 本研究中11座水庫的水體理化性質(zhì)

在11座水庫中，內(nèi)外源有機碳穩(wěn)定同位素的端元值在不同水庫中呈現(xiàn)出較大的差異(表2)，藻類等內(nèi)源碳同位素的特征值范圍為-34.24‰～-23.59‰，外源DOC碳同位素特征值最小值為-27.93‰ (碾坨壩水庫)，最大值為-19.59‰ (海王莊水庫). 測定結(jié)果顯示水體DOC碳穩(wěn)定同位素的特征值范圍為-28.96‰～-24.04‰. 以上3種有機碳碳穩(wěn)定同位素的特征值在大多數(shù)水庫中均呈現(xiàn)出以下大小關(guān)系：δ13C外> δ13CDOC> δ13C內(nèi). 雙元混合模型的計算結(jié)果表明，內(nèi)源碳對水體DOC的貢獻率在14.94%～91.67%之間，不同水庫之間存在較大的差異；相應(yīng)地，以植物凋落物和岸邊土壤為主的外源碳對DOC的貢獻率范圍為8.33%～85.06%. 根據(jù)內(nèi)、外源有機碳的貢獻率，將11座水庫劃分為兩種類型，即內(nèi)源碳占據(jù)主導(dǎo)(內(nèi)源碳貢獻率>50%)的水庫——內(nèi)源型水庫，包括海王莊、傅灣、泥橋、平山、碾坨壩5座水庫，以及外源碳占據(jù)主導(dǎo)(外源碳貢獻率>50%)的水庫——外源型水庫，包括山湖、老鴨壩、河王壩、黃山、姚家以及方便6座水庫(表2). 基于指數(shù)模型Exponential的擬合結(jié)果，隨著水庫Chl.a濃度升高，內(nèi)源碳對水體DOC的貢獻率顯著增加，擬合方程為y=-0.59 + 0.90807-0.08045-0.03373x(R2= 0.55,P<0.01, 圖2).

表2 水庫水體DOC以及內(nèi)外碳源穩(wěn)定同位素的特征值和貢獻率*

圖2 水庫DOC內(nèi)源碳占比與Chl.a濃度的關(guān)系

*DOC內(nèi)表示水體DOC中內(nèi)源碳的占比.

圖3 內(nèi)外源水庫中以及DOC/TN的差異(*表示顯著性水平<0.05;**表示顯著性水平<0.01)

2.2 浮游細菌生產(chǎn)和呼吸過程碳代謝特征

11座水庫浮游細菌培養(yǎng)48 h后，細菌生物體中碳穩(wěn)定同位素特征值(δ13C生產(chǎn))的范圍為-29.83‰～-22.39‰，其中，方便水庫最低而平山水庫最高，與內(nèi)外碳源穩(wěn)定同位素端元值相比變化范圍較小(表3). 雙端元混合模型計算顯示，外源型水庫中，內(nèi)源碳對生產(chǎn)過程的貢獻率為24.96%～78.31%；內(nèi)源型水庫中，內(nèi)源碳對生產(chǎn)過程的貢獻率為10.55%～90.50%. 外源型水庫中，方便水庫浮游細菌生產(chǎn)代謝碳速率最高，為(12.53±0.10) μg/(L·h)，同時細菌生產(chǎn)代謝內(nèi)源碳速率也是最高((0.58±0.16)μg/(L·h))(圖4a). 內(nèi)源型水庫中，海王莊水庫浮游細菌生產(chǎn)代謝碳速率最高，為(15.63±1.06) μg/(L·h). 平山水庫與海王莊水庫浮游細菌生產(chǎn)代謝外源碳速率顯著高于其他水庫(P<0.01)，分別為(11.25±0.22)和(8.96±0.71) μg/(L·h)(圖4a).

浮游細菌的呼吸代謝速率在內(nèi)外源水庫中也存在著較大差異(圖5). 在外源型水庫中，黃山水庫浮游細菌的呼吸代謝碳速率最高為(30.46±1.82) μg/(L·h)，方便水庫中浮游細菌的呼吸代謝碳速率最低為(2.86±0.03) μg/(L·h). 在內(nèi)源型水庫中，浮游細菌呼吸代謝碳速率的范圍為3.91～32.29 μg/(L·h)(圖 5 a). 呼吸代謝產(chǎn)物CO2中碳穩(wěn)定同位素特征值(δ13C呼吸)的范圍為-31.48‰～-22.72‰(表3). 雙元混合模型的計算結(jié)果表示，內(nèi)外碳源對不同水庫浮游細菌呼吸代謝的貢獻率存在差異. 外源型水庫中，內(nèi)源碳對呼吸代謝的貢獻率為12.72%～83.80%；內(nèi)源型水庫中，內(nèi)源碳對呼吸代謝的貢獻率為34.94%～81.70%.

表3 浮游細菌代謝產(chǎn)物中碳穩(wěn)定同位素的特征值以及內(nèi)外源貢獻分析*

在浮游細菌生產(chǎn)和呼吸代謝基礎(chǔ)上，分析了細菌轉(zhuǎn)化DOC的總體代謝速率. 外源型水庫河王壩浮游細菌代謝DOC總速率最高，為(49.48±1.56) μg/(L·h), 代謝外源碳和內(nèi)源碳速率分別為(27.86±2.60)和(21.61±0.52) μg/(L·h)，其次為海王莊、黃山和泥橋水庫(圖6a). 山湖水庫中浮游細菌代謝外源碳速率最低，為(0.78±0.26) μg/(L·h)；在傅灣水庫中細菌代謝內(nèi)源碳速率最低，為(3.13±0.26) μg/(L·h).

圖6 水庫浮游細菌的代謝速率(a)、Chl.a濃度與內(nèi)源型水庫(b)以及外源型水庫(c)中細菌代謝速率的關(guān)系

2.3 浮游細菌碳代謝過程影響因素分析

對浮游細菌生產(chǎn)和呼吸代謝過程的分析顯示，內(nèi)源型水庫中，隨著Chl.a濃度的增加，浮游細菌生產(chǎn)代謝內(nèi)源碳速率顯著增加(P<0.05)，但總生產(chǎn)代謝速率及生產(chǎn)代謝外源碳速率與Chl.a濃度無顯著相關(guān)性(P>0.05)(圖4b)；而在外源型水庫中，Chl.a濃度與生產(chǎn)代謝速率及不同來源碳的生產(chǎn)代謝速率的關(guān)系弱(P>0.05)(圖4c). 隨著Chl.a濃度的升高，內(nèi)源型水庫浮游細菌總呼吸代謝速率及呼吸內(nèi)外源碳速率無明顯變化特征(圖5b). 而外源型水庫中細菌呼吸代謝速率與呼吸內(nèi)源碳速率均隨Chl.a濃度的升高而顯著增加(P<0.01)(圖5c). 上述結(jié)果顯示，不同類型的水庫中，初級生產(chǎn)力增加對系統(tǒng)中浮游細菌生產(chǎn)和呼吸過程產(chǎn)生的影響不同. 特別是外源型水庫中，初級生產(chǎn)力增加顯著促進了呼吸代謝過程.

圖4 水庫浮游細菌的生產(chǎn)代謝速率(a)、Chl.a濃度與內(nèi)源型水庫(b)以及外源型水庫中細菌生產(chǎn)代謝速率(c)的關(guān)系

圖5 水庫浮游細菌的呼吸代謝速率(a)、Chl.a濃度與內(nèi)源型水庫(b)以及外源型水庫(c)中細菌呼吸代謝速率的關(guān)系

在內(nèi)源型水庫中，水體Chl.a濃度與浮游細菌代謝內(nèi)源DOC速率存在著顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)(圖6b)，而在外源型水庫中，Chl.a濃度不僅與代謝內(nèi)源碳速率而且與浮游細菌代謝DOC速率均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)(圖6c). 總體上，隨著水體Chl.a濃度增加，細菌代謝內(nèi)源DOC的速率顯著升高(圖6).

圖和與內(nèi)源型水庫(a)和外源型水庫(b)中細菌呼吸代謝速率的關(guān)系

表4 浮游細菌呼吸速率與水庫理化因子的關(guān)系*

3 討論

3.1 水體初級生產(chǎn)力的提高對浮游細菌代謝過程的影響

本研究中，11座水庫DOC中的內(nèi)源碳占比從16.17%到91.67%不等，碳的來源呈現(xiàn)出明顯的異質(zhì)性與復(fù)雜性，對探究水庫浮游細菌兩種代謝過程中對內(nèi)外源碳的利用規(guī)律無疑是個挑戰(zhàn)[22]. 在11座水庫中，隨著水庫初級生產(chǎn)力(Chl.a濃度)升高，內(nèi)源碳的占比顯著升高，表明藻類是水庫生態(tài)系統(tǒng)中內(nèi)源型DOC的重要補給(圖2). 這與曾慶飛等[23]在太湖的研究結(jié)果類似，以浮游藻類為代表的內(nèi)源碳對太湖湖心區(qū)域DOC的貢獻率高達58.80%～92.90%. 自然水體中DOC濃度的升高往往伴隨著氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的增多，有助于提高浮游細菌的碳代謝過程[24]. Karlsson等[25]發(fā)現(xiàn)在瑞典北部的9座貧營養(yǎng)型湖泊中(DOC濃度小于4 mg/L)，浮游細菌的呼吸代謝碳速率為3.1～9.8 μg/(L·h)，生產(chǎn)代謝碳速率為0.7～6.7 μg/(L·h). 本研究中水庫營養(yǎng)類型為中營養(yǎng)型和富營養(yǎng)型(碾坨壩和海王莊水庫為富營養(yǎng))，DOC平均濃度超過10 mg/L，而本研究中浮游細菌呼吸代謝碳速率為2.86～30.46 μg/(L·h), 生產(chǎn)代謝碳速率為5.72～25 μg/(L·h). 與這些北半球高緯度地區(qū)的貧營養(yǎng)湖泊相比，本研究水庫中浮游細菌生產(chǎn)及呼吸代謝速率更高.

無論是在內(nèi)源碳主導(dǎo)類型(內(nèi)源型)還是外源碳主導(dǎo)類型(外源型)水庫中，隨著水體初級生產(chǎn)力的增加，浮游細菌總代謝過程中對內(nèi)源碳的利用速率均顯著上升(圖4b，c)，說明水體初級生產(chǎn)力增加對浮游細菌代謝內(nèi)源DOC具有一定程度的促進作用. 研究者普遍認為，水體初級生產(chǎn)者釋放的藻源性碳(內(nèi)源DOC)的生物可利用性更高[26]，比起芳香化程度較高的外源DOC，內(nèi)源DOC存在更多的氨基酸和碳水化合物. Amon等[27]利用北極水體中的藻類DOC(內(nèi)源DOC)進行了10天的浮游細菌降解實驗，發(fā)現(xiàn)浮游細菌選擇性地利用DOC中容易被其降解的中性糖和氨基酸組分，留下難降解組分. Brett等[28]學(xué)者通過大量文獻調(diào)查，發(fā)現(xiàn)流入淡水生態(tài)系統(tǒng)中的外源性有機碳由80%～90%的難以生物化學(xué)降解的木質(zhì)纖維素組成，這無疑增加了細菌代謝陸源碳的難度. 在本研究選取的11座水庫中，外源型有機碳的來源主要為樹葉和土壤(表2)，在水體中不易分解[29]. 不過Logue等通過對加拿大數(shù)百個湖泊、河流和濕地的分析表明，外源DOC中可生物降解的DOC的比例仍然存在[30]. 這也在一定程度上解釋了本實驗中所觀察到的外源碳在兩種水庫細菌代謝過程中保持一定當(dāng)量的現(xiàn)象.

在本研究中的外源型水庫中隨Chl.a濃度的增加，呼吸速率及呼吸內(nèi)源碳速率均顯著增加，這與Guillemette等[5]對加拿大魁北克省12座寡營養(yǎng)型湖泊的研究結(jié)果一致，外源碳主導(dǎo)的水體浮游細菌優(yōu)先利用內(nèi)源DOC完成呼吸作用. 而本研究中的內(nèi)源型水庫中，未發(fā)現(xiàn)細菌呼吸代謝與初級生產(chǎn)存在顯著的相關(guān)關(guān)系，我們推測內(nèi)源DOC不是浮游細菌呼吸作用的限制因子. 兩種類型水庫浮游細菌呼吸速率對水體初級生產(chǎn)力升高的響應(yīng)不同，反映了不同水體細菌碳代謝特征的差異. 而浮游細菌呼吸作用是整個水域生態(tài)系統(tǒng)異養(yǎng)呼吸作用的主體[31]，特別是一些初級生產(chǎn)力水平較低的寡營養(yǎng)水體，浮游細菌呼吸強度遠遠超過水體初級生產(chǎn)力，使得湖庫水體成為大氣CO2的重要釋放源[32]，因此，關(guān)注不同營養(yǎng)水平和不同碳源環(huán)境下浮游細菌呼吸速率對了解區(qū)域CO2釋放具有重要意義.

3.2 水體營養(yǎng)水平與浮游細菌呼吸作用的聯(lián)系

氮、磷一直被認為是淡水生態(tài)系統(tǒng)中限制細菌生長的主要營養(yǎng)成分，其生物可利用性在很大程度上影響著DOC的累積和細菌的代謝[33]. 呼吸作用強弱是評價浮游細菌分解代謝活性的重要指標，更是水體DOC分解促使CO2排放的重要環(huán)節(jié). 異養(yǎng)浮游細菌的呼吸作用與有機底物濃度、碳源類型、溫度、營養(yǎng)條件等因素有著密切的聯(lián)系[31,34]. Sánchez 等[35]利用廢水處理的光呼吸反應(yīng)器進行了浮游細菌的光呼吸實驗，發(fā)現(xiàn)細菌的呼吸代謝速率與水體藻源性有機碳的濃度存在著顯著相關(guān)性，并且受光強、溫度、pH、營養(yǎng)鹽離子以及溶解氧等環(huán)境條件的共同影響.

4 結(jié)論

本研究選取了南京市11座中小型水庫，利用碳穩(wěn)定同位素技術(shù)和雙端元混合模型定量分析浮游細菌在生產(chǎn)和呼吸代謝過程中對內(nèi)外碳源的利用. 通過對比內(nèi)源型和外源型水庫，獲得的主要結(jié)論：

1)不同類型的水庫隨初級生產(chǎn)力提高，浮游細菌生產(chǎn)和呼吸過程的響應(yīng)不同. 對于內(nèi)源型水庫，Chl.a濃度升高促進了浮游細菌生產(chǎn)過程對內(nèi)源碳的利用，而對外源型水庫，Chl.a濃度升高顯著促進了浮游細菌呼吸作用對內(nèi)源碳的利用.

2)不同類型的水庫水體營養(yǎng)鹽濃度對呼吸作用的影響不同. 內(nèi)源型水庫隨著氮、磷營養(yǎng)鹽濃度升高，呼吸作用顯著減弱，而外源型水庫的規(guī)律完全相反.