再生水補(bǔ)水對(duì)河道底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

馬棟山, 郭羿宏, 張瓊瓊, 郭逍宇,*

1 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院, 北京 100048 2 北京市城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 北京 100048

再生水補(bǔ)水對(duì)河道底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響

馬棟山1,2, 郭羿宏1,2, 張瓊瓊1,2, 郭逍宇1,2,*

1 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院, 北京 100048 2 北京市城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 北京 100048

以北京市永定河麻峪濕地再生水補(bǔ)水口附近河道底泥為研究對(duì)象，應(yīng)用末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism, T-RFLP)技術(shù)探究再生水補(bǔ)水口附近底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的空間差異特征以及環(huán)境因子所產(chǎn)生的影響，并借助典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis, CCA)方法分析麻峪濕地底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)空間差異特征的形成原因。分析結(jié)果表明：河道底泥微生物群落對(duì)再生水的凈化主要發(fā)生在距補(bǔ)水口1200m的范圍內(nèi)，隨著再生水與上游來水徑向混合凈化漸變過程，在補(bǔ)水口2000m處河道底泥微生物群落結(jié)構(gòu)與河道再生水補(bǔ)水口上游趨于相似?；跇狱c(diǎn)聚類結(jié)果的群落結(jié)構(gòu)多樣性分析表明隨著再生水凈化過程的實(shí)現(xiàn)微生物綜合多樣性指數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，從均勻度指數(shù)的變化趨勢(shì)看，再生水補(bǔ)水口具有最高均勻度指數(shù)，補(bǔ)水口下游1200米處由于非優(yōu)勢(shì)菌群所占相對(duì)豐度最低以及偶見菌群缺失，導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)比較單一、群落多樣性和均勻度指數(shù)都最低。CCA方面分析結(jié)果表明再生水補(bǔ)水口上游細(xì)菌群落與因累積效應(yīng)形成的重金屬有密切關(guān)系，補(bǔ)水口出口底泥細(xì)菌群落則主要受到總磷和總有機(jī)碳的影響較大，而再生水補(bǔ)水與上游來水匯水徑向漸變過程可能與氨氮凈化具密切關(guān)系。研究區(qū)的主要優(yōu)勢(shì)菌種為假單胞菌屬、貪食菌屬和芽孢桿菌屬，是與再生水中有機(jī)碳、氮降解具有密切關(guān)系的菌屬。

再生水; 細(xì)菌群落多樣性; 末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性分析; 典范對(duì)應(yīng)分析

再生水作為一種穩(wěn)定的再生水源，在緩解北京市水資源供需矛盾、減輕水環(huán)境污染方面發(fā)揮重要作用。然而再生水水質(zhì)特性決定了其必然會(huì)改變河道生態(tài)水文過程和污染物遷移運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過河道垂向滲漏過程影響周邊地下水水質(zhì)特性和污染物遷移運(yùn)轉(zhuǎn)。城市河道具有良好的環(huán)境污染修復(fù)能力，能有效消除水體氮、磷、各種有機(jī)物質(zhì)[1-2]。河道水質(zhì)特別是營(yíng)養(yǎng)物和污染物的變化將顯著影響濕地生態(tài)系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)與功能[3]。外源污染物稀釋、遷移、轉(zhuǎn)化和降解過程伴隨著適應(yīng)性微生物激活及非適應(yīng)性微生物抑制的過程[4]，尤其是水域生態(tài)系統(tǒng)的硝化和反硝化空間耦合關(guān)系通常發(fā)生在河道中能提供不同氧濃度梯度的底水-飽水沉積物中好氧和厭氧界面[5]，因而在河道水質(zhì)凈化及其河道-地下水滲漏系統(tǒng)中污染物修復(fù)方面發(fā)揮重要作用?；诖朔治鲈偕芗{河道中底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的空間變異，解析導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)空間變異的主要環(huán)境要素，揭示對(duì)關(guān)鍵環(huán)境要素起降解作用的優(yōu)勢(shì)菌屬，為北京市河道再生水補(bǔ)水的利用提供科學(xué)合理的依據(jù)。

圖1 北京市麻峪濕地采樣點(diǎn)分布圖 Fig.1 The distribution map of sample sites in Beijing Ma Yu wetlandMB、MP1、MP2為再生水補(bǔ)水口，MK、MK1和MK2為再生水補(bǔ)水口上游300m樣點(diǎn)，MH為補(bǔ)水口下游800m處樣點(diǎn)，MJ為再生水補(bǔ)水口下游2000m采樣點(diǎn)

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

麻峪濕地凈化系統(tǒng)地處北京市西部，屬于門頭溝永定河段，于2011年建成。該地段位于五里坨和廣寧村之間，研究全長(zhǎng)2600m。麻峪濕地段有門城污水處理廠，位于北京市門頭溝區(qū)永定河門城鎮(zhèn)段西側(cè)，占地10500m2。該污水處理廠日處理能力為40000m3。污水處理工藝主要包括預(yù)處理、生物處理、污泥處理和除臭工藝四部分，確保處理后的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。除臭工藝是在北京市污水處理領(lǐng)域中首次采取，較好地解決了廠區(qū)附近區(qū)域內(nèi)大氣受到污染的問題，其出水排入麻峪濕地。

1.2 樣品采集及理化指標(biāo)分析

本研究于2012年10月采集麻峪濕地河道河岸帶底泥樣品，依據(jù)《永定河生態(tài)功能區(qū)劃》，采樣點(diǎn)分別布設(shè)在中門寺溝和高井排洪渠補(bǔ)水口附近濕地、補(bǔ)水口上游濕地以及補(bǔ)水口下游濕地。具體采樣點(diǎn)包括：取補(bǔ)水口上游300m處點(diǎn)位MK、MK1、MK2，補(bǔ)水?dāng)嗝嬗兄虚T寺溝補(bǔ)水口MB、MP1，高井溝排洪渠補(bǔ)水口MP2，MH為距離補(bǔ)水口下游1200m處混合斷面，MJ為距補(bǔ)水口下游2000m處凈化斷面。具體位置見圖1。每一個(gè)采樣點(diǎn)沿河道橫斷面從中間到兩岸均勻采集5個(gè)平行樣，采樣深度距離河底20cm處，每個(gè)樣點(diǎn)采集約500g底泥，置于干凈密封的聚四氟乙烯塑料袋中，低溫儲(chǔ)藏帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析處理，并對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)。每個(gè)樣點(diǎn)5個(gè)平行樣共計(jì)2500g土壤攪拌混勻提取約500g作為一個(gè)樣方并重新編號(hào)。編號(hào)后的樣品分兩部分，其中一部分進(jìn)行常規(guī)理化指標(biāo)分析，總氮(TN)的測(cè)定采用凱氏定氮法(GB/T11894-1989)，總磷(TP)的測(cè)定采用堿熔-鉬銻抗分光光度法 (HJ632-2011)、總有機(jī)碳(TOC)采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法(HJ615/2011)測(cè)定，銨態(tài)氮采用2mol/L KCl浸提—靛酚藍(lán)比色法測(cè)，ORP(Oxidation-Reduction Potential)采用ORP儀直接測(cè)量，重金屬采用原子吸收光譜法來測(cè)定，具體測(cè)定結(jié)果見表1。剩余底泥樣品于-4℃下保存，用于微生物群落結(jié)構(gòu)分析。

表1 麻峪濕地底泥的理化性質(zhì)

1.3 基于T-RFLP的微生物群落結(jié)構(gòu)分析

1.3.1 DNA提取

采用土壤樣品提取試劑盒(天根生化科技北京有限公司)提取底泥樣品總DNA，操作步驟按照使用說明書進(jìn)行。提取總DNA經(jīng)0.8%(質(zhì)量/體積)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)鑒定，提取的DNA放置于-20℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 PCR擴(kuò)增

PCR技術(shù)依據(jù)史青應(yīng)用T-RFLP 技術(shù)分析滇池污染水體的細(xì)菌群落技術(shù)[6]進(jìn)行擴(kuò)增。

1.3.3 末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(T-RFLP)分析

分別采用MspⅠ、AfaⅠ、HaeⅢ對(duì)熒光PCR 產(chǎn)物進(jìn)行酶切。在37℃下放置3—5 h。然后在65℃條件下溫浴15 min使酶失活。隨后將酶切產(chǎn)物送至天根生物技術(shù)有限公司進(jìn)行基因掃描(GeneScan) ，得到T-RFLP圖譜。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與分析

T-RFLP譜圖用Peak Scanner進(jìn)行分析。舍去小于50 bp和大于500 bp的片段。對(duì)于細(xì)菌，由于相對(duì)數(shù)量過小的限制性末端片段(T-RFs)不會(huì)對(duì)群落的特性產(chǎn)生明顯的影響[7-9]。故在本分析中舍去了相對(duì)數(shù)量<1%的T-RFs，然后分別計(jì)算圖譜中每一個(gè)峰的峰面積與所有峰總面積的比值，將每個(gè)T-RF所占的百分比作為權(quán)重導(dǎo)入Primer軟件，聚類方法選擇組間平均距離法，距離選擇平方歐氏距離，做出聚類分析圖。借助PRIMER和Excel2007軟件，以麻峪濕地的8個(gè)底泥樣品的111個(gè)T-RFs類型的相對(duì)峰面積為原始矩陣，借助PRIMER軟件實(shí)現(xiàn)樣點(diǎn)的聚類，同時(shí)計(jì)算細(xì)菌群落物種的綜合多樣性指數(shù)(Shannon-weaver index)、物種豐富度指數(shù)(Margale index)和均勻度指數(shù)(evenness index)，分析底泥細(xì)菌群落多樣性的空間差異。借助CanoDraw for Windows和Excel2007軟件對(duì)環(huán)境因子和樣方進(jìn)行排序分析。以8個(gè)樣本中細(xì)菌菌群的相對(duì)豐度組成的物種矩陣和15種環(huán)境參數(shù)組成的環(huán)境變量矩陣為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行DCA(Detrended correspondence analysisi)排序，在DCA分析環(huán)境梯度軸長(zhǎng)大于4. 0的前提下，進(jìn)而運(yùn)用非線性的單峰排序方法CCA(Canonical correspondence analysis)，得到樣方、物種、環(huán)境因子相互關(guān)系的二維排序圖[10]。Mica對(duì)比是將HaeⅢ、MspⅠ、AfaⅠ3種內(nèi)切酶消化的T-RFLP圖譜屬性數(shù)據(jù)上傳到Phylogenetic AssignmentTool(PAT，https://secure.Limnology.wisc.edu/trflp/newuser.jsp) 網(wǎng)站，并結(jié)合Mica (http://mica.ibest.uidaho. edu/pat.php) 網(wǎng)站通過Virtual Digest(ISPaR)模塊產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫對(duì)起主要作用T-RFs類型的系統(tǒng)發(fā)育分類進(jìn)行推測(cè)，最終得出可能對(duì)應(yīng)的種屬。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同內(nèi)切酶消化多樣性比較

圖2是對(duì)8個(gè)樣品細(xì)菌16S r DNA的熒光引物PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)限制性內(nèi)切酶MspⅠ、HaeIII和AfaⅠ消化后的掃描圖譜，該圖譜總體呈現(xiàn)了降噪后不同T-RFs類型在不同酶切作用下細(xì)菌群落的整體分布情況。同一個(gè)樣品經(jīng)MspⅠ、HaeIII及AfaⅠ等3個(gè)不同的內(nèi)切酶消化后，反映出的總T-RFs數(shù)和總峰面積具一定的差異，即MspⅠ和HaeIII消化結(jié)果的多樣性明顯優(yōu)于AfaⅠ，即利用內(nèi)切酶MspⅠ和HaeIII能夠揭示更高的豐富度，但AfaⅠ酶切掃描圖譜多樣性較低?；诖?，后續(xù)的多元統(tǒng)計(jì)分析均以經(jīng)內(nèi)切酶MspⅠ和HaeIII消化的T-RFLP圖譜文件進(jìn)行分析。

圖2 麻峪濕地底泥細(xì)菌經(jīng)MspⅠ、HaeIII及AfaⅠ酶切的T-RFsFig.2 T-RFs of Sediment bacteria with MspⅠ、HaeIII and AfaⅠdigestion in Ma Yu wetlandTRF: 端粒長(zhǎng)度Terminal Restriction Fragment

2.2 基于T-RFLP譜圖的聚類分析

把采集樣品基于T-RFLP微生物群落結(jié)構(gòu)分析的譜圖進(jìn)行預(yù)處理之后，采用Primer進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖3所示。從圖可以看出微生物群落結(jié)構(gòu)在再生水河道補(bǔ)水口和上下游均發(fā)生較明顯的變化。以相似性53%為標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分為四大類，第Ⅰ類：再生水河道補(bǔ)水口上游300m處MK、MK1、MK2樣點(diǎn)和補(bǔ)水口下游2000m處的MJ樣點(diǎn)；第Ⅱ類：再生水補(bǔ)水口河道底泥MP1、MP2兩個(gè)樣點(diǎn)；第Ⅲ類：距離再生水補(bǔ)水口河道底泥1200m的混合樣點(diǎn)MH；第Ⅳ類：再生水補(bǔ)水口底泥MB樣點(diǎn)。從聚類結(jié)果可以看出，在距補(bǔ)水口下游1200m的范圍內(nèi)，河道底泥微生物群落組成發(fā)生了較大的改變，隨著再生水與上游來水徑向混合漸變凈化過程，在補(bǔ)水口2000m處，河道底泥微生物群落結(jié)構(gòu)與河道再生水補(bǔ)水口上游趨于相似。其次，位于再生水補(bǔ)水口底泥微生物群落結(jié)構(gòu)與其他樣點(diǎn)間變化存在較大差異，說明補(bǔ)水口附近底泥的生物物理化學(xué)過程顯著區(qū)別于主河道底泥，需進(jìn)一步結(jié)合微生物組成成分解析。為了分析基于MspⅠ酶切T-RFLP的穩(wěn)定性，將HaeⅢ酶切分析結(jié)果同樣進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖3，從分析結(jié)果可以看出兩個(gè)酶切結(jié)果具有相似的結(jié)論。

圖3 基于 T-RFLP 圖譜的底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)聚類分析Fig.3 Dendrogram of hierarchical cluster analysis of Sediment bacteria based on the T-RFLP profiles

2.3 基于聚類群落多樣性結(jié)果的分析

根據(jù)聚類結(jié)果，計(jì)算了以MspⅠ為酶切的不同聚類中各片段的豐度，并定義T-RFs片段豐度值>4%的類型為優(yōu)勢(shì)菌群，而片段豐度值<1%的類型為偶見菌群，其余為非優(yōu)勢(shì)菌群[11]。從表2可以看出，第Ⅳ類物種豐富度及綜合多樣性指數(shù)顯著高于其他類，第Ⅳ類在群落結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為最高偶見菌群豐度值及最高非優(yōu)勢(shì)菌群豐度值，以及優(yōu)勢(shì)菌群比其他類稍低的豐度值。究其原因細(xì)菌偶見菌群一般是伴隨著環(huán)境擾動(dòng)導(dǎo)致新物種的產(chǎn)生或者已存物種的消亡而出現(xiàn)，細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌群則是由于適應(yīng)環(huán)境變化后在群落中發(fā)揮重要凈化作用而存在的物種菌群，細(xì)菌群落在不斷出現(xiàn)新物種和逐步適應(yīng)新環(huán)境這兩個(gè)過程中交替演變，從而使底泥能夠更準(zhǔn)確的反應(yīng)長(zhǎng)期富集于再生水補(bǔ)水口附近各類準(zhǔn)持久性有機(jī)污染物和消毒副產(chǎn)物。除第Ⅳ類外，其它類綜合多樣性指數(shù)則呈現(xiàn)第Ⅱ類>第Ⅲ類>第Ⅰ類的變化趨勢(shì)，綜合多樣性指數(shù)的這種變化趨勢(shì)表現(xiàn)為，再生水補(bǔ)水和上游來水匯水過程水質(zhì)凈化微生物生態(tài)過程相一致，即隨著再生水凈化過程的實(shí)現(xiàn)，微生物綜合多樣性指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從均勻度指數(shù)的變化趨勢(shì)看，第Ⅱ類具有最高均勻度指數(shù)，原因是第Ⅱ類的優(yōu)勢(shì)菌群、非優(yōu)勢(shì)菌群和偶見菌群的T-RFs數(shù)和相對(duì)豐度分布較為均勻，群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，在再生水水質(zhì)凈化過程中發(fā)揮重要作用。而第Ⅲ類則由于其具最高優(yōu)勢(shì)菌群數(shù)和最優(yōu)勢(shì)菌群相對(duì)豐度值，偶見菌群缺失，導(dǎo)致其群落結(jié)構(gòu)比較單一，群落多樣性和均勻度指數(shù)都最低。

2.4 基于CCA排序的群落結(jié)構(gòu)變異的環(huán)境解釋

運(yùn)用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)排序法，分析再生水補(bǔ)水對(duì)城市河道底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征及其成因。在CCA排序圖中，各劃分因子用箭頭表示，箭頭連線的長(zhǎng)短表示樣方與因子相關(guān)性的大小，線越長(zhǎng)，說明相關(guān)性越大，反之則小。連線與排序軸的角度表明功能群劃分因子與該排序軸相關(guān)性的大小(Pearson相關(guān)) ，夾角越小，相關(guān)性越大。箭頭所在象限表示功能群劃分因子與排序軸的正負(fù)相關(guān)關(guān)系[12]，各橢圓形為所劃分的各類功能群，圈內(nèi)的字母為樣方。根據(jù)各采樣點(diǎn)分布特點(diǎn)，以MspⅠ酶切的8個(gè)樣點(diǎn)和環(huán)境因子進(jìn)行趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(CCA)，排序結(jié)果表明，CCA排序圖第一軸AX1和第二軸AX2的特征值累計(jì)占總特征值的65.83%，置信度P=0.03，排序圖包含了大部分的信息，排序效果良好(圖4)。

表2 以MspⅠ為酶切的不同底泥細(xì)菌群落多樣性分析

第Ⅳ類、第Ⅱ類、第Ⅲ類和第Ⅰ類按照河道位置排序，其中，第Ⅰ類中包括再生水補(bǔ)水口下游和上游點(diǎn)位

麻峪濕地的8個(gè)采樣點(diǎn)四大類在CCA軸上得到了很好的分化。總的來看與第一排序軸相關(guān)性最高的環(huán)境因子是TN(0.9987)，基于分類的各類型樣點(diǎn)在x軸方向上從左到右表現(xiàn)為第Ⅱ類>第Ⅲ類>第Ⅰ類的變化趨勢(shì)，這種變化趨勢(shì)與綜合多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)一致，同時(shí)與再生水補(bǔ)水上游來水徑向匯流過程相一致，環(huán)境因子及群落分布趨勢(shì)聯(lián)合分析表征再生水與上游來水水質(zhì)凈化過程中微生物凈化主要體現(xiàn)在TN的變化過程。與第二排序軸相關(guān)性高的的環(huán)境因子是TP(0.9961)、ORP(0.72888)、TOC(0.6342)，而在y軸方向上則表現(xiàn)為第Ⅳ類與其他群落類型之間的差異，指示第Ⅳ類底泥微生物凈化過程主要以磷微生物地球化學(xué)過程為主，其次是TOC相關(guān)的生物化學(xué)過程為主，而氧化還原電位的改變是與磷、TOC微生物地球化學(xué)過程緊密聯(lián)系的重要環(huán)境因子。結(jié)合圖4可知第Ⅳ類獨(dú)立于其他菌群位于圖右上方，表明其具獨(dú)特的微生物生態(tài)特征。第Ⅰ類與Pb、Fe、V、Ni、Ti、Zn、Cd等重金屬具有較高相關(guān)性的結(jié)果則說明上游河流沿岸的生活污水、工業(yè)廢水點(diǎn)源排放及農(nóng)田徑流非點(diǎn)源排放引發(fā)的重金屬污染在自然營(yíng)力作用下從水中沉淀下來[13]，進(jìn)而對(duì)底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和種群數(shù)量的影響較大。對(duì)于第Ⅱ類和第Ⅲ類則與銨態(tài)氮有密切關(guān)系，說明再生水補(bǔ)水口與上游來水徑向漸變過程可能與氨氮降解過程有關(guān)。對(duì)于第Ⅱ類和第Ⅲ類的細(xì)菌群落由于是處在補(bǔ)水口以及其混合斷面內(nèi)，按照Drury等人的研究理論，銨態(tài)氮不會(huì)隨著水流被沖向下游而逐步降解，反而是緩慢沉積在底泥中通過被吸附和固定的方式在土壤膠體表面和膠體晶格中保存下來[14]，因此在第Ⅱ和Ⅲ底泥樣點(diǎn)中的菌群表現(xiàn)為與銨態(tài)氮存在著密切的關(guān)系。綜合以上，再生水補(bǔ)水口出口底泥細(xì)菌群落則主要受到總磷的影響較大，相對(duì)再生水補(bǔ)水與上游來水匯水過程細(xì)菌群落則主要與氨氮的凈化具密切關(guān)系。以HaeⅢ酶切的CCA聚類圖見圖4，由圖可知，以HaeⅢ酶切CCA聚類圖和以MspⅠ酶切CCA聚類圖具有相似的結(jié)果，在此不再贅述。

圖4 再生水補(bǔ)水河道地底泥采樣點(diǎn)與環(huán)境因子的CCA排序圖Fig.4 CCA sequence diagram of the sample point and environmental factors on Reclaimed water in river sediment

2.5 基于Mica對(duì)比的群落結(jié)構(gòu)分析

通過Virtual Digest(ISPAR)模塊產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫對(duì)起主要作用T-RFs類型的系統(tǒng)發(fā)育分類進(jìn)行推測(cè)，其中有將近20%暫不能確定，顯示為非培養(yǎng)。另外，有個(gè)別的T-RFs類型在數(shù)據(jù)中無匹配。之后通過計(jì)算其細(xì)菌T-RFs的比例，以占據(jù)整個(gè)T-RF的10%以上為優(yōu)勢(shì)菌種，篩選后結(jié)果見表3。由表可知，第Ⅰ類中主要優(yōu)勢(shì)菌群為貪食菌屬、芽孢桿菌屬和鏈霉菌屬。第Ⅱ中主要優(yōu)勢(shì)菌群為貪食菌屬、芽孢桿菌屬、葡萄球菌、腸桿菌、假單胞菌屬和Geitlerinemasp.；第Ⅲ類中主要優(yōu)勢(shì)菌群為假單胞菌屬和Geitlerinemasp.；第Ⅳ類主要優(yōu)勢(shì)菌群為芽孢桿菌屬和氣單胞菌屬。而貪食菌屬和芽孢桿菌屬是第Ⅰ類和第Ⅱ類共有的菌屬，葡萄球菌和腸桿菌是第Ⅱ類特有的菌屬，氣單胞菌屬為第Ⅳ類獨(dú)有的菌屬，假單胞菌屬和Geitlerinemasp.屬于第Ⅱ類和第Ⅲ類。

表3 四大優(yōu)勢(shì)類對(duì)應(yīng)的可能種屬

“√”有細(xì)菌；“—”無細(xì)菌

3 結(jié)論

(1)污水處理廠的再生水直接影響到麻峪濕地微生物群落結(jié)構(gòu)的變化以及微生物群落組成，再生水補(bǔ)水口下游1200米內(nèi)河道底泥微生物群落對(duì)再生水產(chǎn)生凈化作用，在補(bǔ)水口2000m處，河道底泥微生物群落結(jié)構(gòu)與河道再生水補(bǔ)水口上游趨于相似。

(2)再生水補(bǔ)水口出口底泥細(xì)菌群落則主要受到立地生境中總磷濃度的影響較大，相對(duì)再生水補(bǔ)水與上游來水匯水過程中細(xì)菌群落則主要與氨氮的凈化過程具密切關(guān)系。

(3)假單胞菌屬和Geitlerinema作為河道底泥凈化過程中的優(yōu)勢(shì)菌屬表明再生水補(bǔ)水與上游來水混合的徑向漸變過程中菌群主要與有機(jī)物和氮的降解具密切關(guān)系；氣單胞菌出現(xiàn)在中門寺補(bǔ)水口說明其附近底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化受到磷濃度的影響較大；Variovoraxparadoxus可能在降低環(huán)境中的重金屬毒性方面發(fā)揮重要作用。

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Influence of reclaimed water on the bacterial community structure of sediment from an urban river

MA Dongshan1,2, GUO Yihong1,2, ZHANG Qiongqiong1,2, GUO Xiaoyu1,2,*

1CollegeofResourcesEnvironmentandTourism,CapitalNormalUniversity,Beijing100048,China2BeijingMunicipalKeyLaboratoryofResourcesEnvironmentandGIS,Beijing100048,China

We investigated changes in bacterial community structure and diversity in urban river sediment in a Mayu wetland upon addition of reclaimed water. We employed a range of analytic procedures, including terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP), hierarchical clustering, the diversity index, and canonical correspondence analysis (CCA), to provide a general framework for the estimation and statistical testing of effects on local biological communities. As expected, our results showed that water purification occurred over the 1200 m range downstream of the reclaimed water outfall. The bacterial community structure found in sediment beyond 2000 m downstream of the outfall was similar to that of sediment found upstream. Shannon-Wiener index values declined from the outfall to 1200 m downstream, along the area of reclaimed water purification. This was consistent with the observed decline in the evenness index, which was at a maximum at the outfall and reached its minimum value at the 1200 m point, a section characterized by the lowest proportions of non-dominant bacteria and a lack of rare bacteria. In contrast, CCA results revealed a close relationship between the bacterial community in the upstream sample and the accumulation of heavy metals. The bacterial community at the outfall was mainly influenced by total phosphorus and organic carbon, suggesting a crucial role for the biological purification of ammonia during mixing of reclaimed water and upstream river water. In addition, we found that the major genera occurring in the studied areas (Pseudomonas,Variovorax,Streptomyces, andBacillus) were implicated in the biodegradation of organic carbon and nitrogen in reclaimed water.

reclaimed water; bacterial community diversity; T-RFLP(terminal restriction fragment length polymorphism); CCA(canonical correspondence analysis)

國(guó)家自然科學(xué)基金(40901281); 北京市教育委員會(huì)科技計(jì)劃面上項(xiàng)目(KM201310028012); 中國(guó)科技國(guó)際合作項(xiàng)目 (2014DFA21620)

2014-04-21; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2014-12-18

10.5846/stxb201404210791

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xiaoyucnu@126.com

馬棟山, 郭羿宏, 張瓊瓊, 郭逍宇.再生水補(bǔ)水對(duì)河道底泥細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(20):6742-6749.

Ma D S, Guo Y H, Zhang Q Q, Guo X Y.Influence of reclaimed water on the bacterial community structure of sediment from an urban river.Acta Ecologica Sinica,2015,35(20):6742-6749.