池塘养殖是我国重要的淡水养殖模式之一,随着集约化养殖的发展,高蛋白饲料的过量投喂已成为常态。池塘水体和沉积物中过量的氮元素积累,导致池塘氮负荷加重。池塘氮形态变化主要是通过硝化和反硝化作用进行,硝化反硝化细菌能够专一性的转变池塘中氮的存在形式。本研究以混合硝化和反硝化细菌为研究对象,探究添加混合硝化和反硝化细菌后对池塘水体和沉积物中氮与微生物群落变化。1.本研究通过在草鱼池塘中架设直径0.5 m,高2 m,厚度7 mm的亚克力透明管来搭建小型围格实验环境。在管内添加0、0.15、0.30、0.60 mg/L四个浓度的混合硝化和反硝化菌,通过15 d实验,探究亚克力透明管内池塘水体和沉积物氮素变化情况和亚克力管内沉积物中硝化反硝化细菌群落变化情况。实验结果如下:不同浓度混合硝化和反硝化菌添加后对池塘亚克力管内氮素变化产生显著影响,在第4-7 d,各浓度组硝化和反硝化细菌对氮素的去除速率最快,第10-15d对池塘氮素去除效果不明显。0.15和0.30 mg/L浓度组NO3--N在第7-10天存在上升趋势,此时池塘硝化作用速率大于反硝化作用速率;0.60mg/L浓度组NO3--N在第7-15天保持稳定,此时硝化作用速率等于反硝化作用速率。硝化反硝化细菌的最佳相对浓度为0.60 mg/L;0.60 mg/L浓度组池塘水体水质指标氨氮（NH4+-N）降低了75.83%,亚硝酸盐（NO2--N）降低了93.09%,硝酸盐（NO3--N）降低了38.02%,总氮（TN）降低了45.16%。在15 d内,水体和底泥的碳氮比（C/N）均显著增加,但池塘水体的C/N比增加更显著。0.60 mg/L浓度组水体C/N比增加76.00%,沉积物C/N比增加51.96%。池塘亚克力管沉积物扩增子测序结果显示,沉积物中硝化和反硝化细菌丰度的变化情况与水质变化存在相关性。在属水平上,不同浓度组硝化细菌物种组成相似,亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）,亚硝化弧菌属（Nitrosovibrio）,亚硝化螺菌属（Nitrosospira）占比较高,且在各处理组中占比差异显著;不同浓度组反硝化细菌物种组成相似,优势反硝化菌陶厄氏菌属（Thauera）、固氮弓菌属（Azoarcus）、磁螺菌属（Magnetospirillum）、固氮螺菌属（Azospira）和海原杆菌（Idiomarina）占比不高,不同菌浓度添加组间差异不显著。相关性分析表明,池塘沉积物具有好氧硝化作用和兼性厌氧反硝化作用。属水平物种组成和种水平热图分析表明,硝化和反硝化细菌的物种组成在属水平上没有显著变化,但在种水平上有显著变化,随着硝化和反硝化细菌的加入,优势标志性物种在沉积物净化中起着关键作用。2.本研究以获得的0.60 mg/L浓度混合硝化反硝化细菌为外源添加物,在池塘大环境中添加混合硝化和反硝化细菌,通过15 d实验,探究池塘水体和沉积物中氮素与塘微生物群落变化情况。实验结果如下:实验组0.6 mg/L浓度的硝化反硝化细菌对池塘水体和沉积物都有明显的净化效果,第4-7 d池塘氮去除速率最快,第10-15 d对池塘氮素去除效果不明显。该浓度组池塘水体NH4+-N降低78.29%,NO2--N分别降低了89.29%,NO3--N降低46.24%,TN降低46.27%。在一个循环中,池塘水体和沉积物的C/N比均显著增加。池塘水体C/N比增加67.41%,沉积物C/N增加66.67%。对池塘水体和沉积物第15 d的样品进行16S rRNA测序,结果发现池塘沉积物中微生物多样性显著高于水体微生物。在属水平上,池塘水体优势物种组成相似,优势物种双色藻属（Cyanobium）＿PCC-6307,hgc I＿clade,CL500-29＿marine＿group占比较高。池塘沉积物优势物种组成相似,优势物种Thiobacillus,SC-I-84,Sva0485,Candidatus＿Competibacter,Desulfatiglans占比不高。池塘水体和沉积物中物种变化相似,添加硝化反硝化细菌后,池塘的优势物种占比有明显的转变,池塘水体hgc I＿clade占比增加,Cyanobium＿PCC-6307占比减少,沉积物Thiobacillus和SC-I-84占比增加,Candidatus＿Competibacter占比减少。属水平物种组成和种水平热图分析表明,池塘微生物在属水平上群落结构没有明显变化,但在种水平上有变化明显,混合硝化和反硝化细菌的加入,促使池塘微生物优势物种发生转变。综上所述研究表明,外源硝化和反硝化细菌的投入可以有效降低池塘水体和沉积物的氮负荷。硝化和反硝化细菌丰度,硝化和反硝化细菌优势标志性物种以及池塘优势标志性物种共同作用来净化池塘中的氮素,提高池塘碳氮比。本实验研究表明,当浓度为0.6 mg/L时,池塘水体和沉积物氮负荷下降最为明显,对池塘净化效果良好。