大神堂海域人工魚(yú)礁投放對(duì)底泥細(xì)菌的影響

王 宇，徐曉甫,2，于 瑩，郭 彪，高 燕，張 雪，張博倫，張晶偉

( 1.天津市水產(chǎn)研究所 漁業(yè)資源科，天津市海洋牧場(chǎng)技術(shù)工程中心，天津 300457；2.自然資源部海洋信息技術(shù)創(chuàng)新中心，國(guó)家海洋信息中心，天津 300171 )

渤海灣是中國(guó)最大的半封閉淺海，曾經(jīng)是魚(yú)蝦蟹重要的產(chǎn)卵場(chǎng)和育幼場(chǎng)[1]。近年來(lái)，由于填海造陸、過(guò)度捕撈和環(huán)境污染等原因，渤海灣的環(huán)境和資源受到了極大的破壞[2-3]。為恢復(fù)海洋資源環(huán)境，天津市實(shí)施了一系列資源修復(fù)及環(huán)境治理措施，主要是增殖放流、伏季休漁和人工魚(yú)礁建設(shè)。2009年來(lái)，天津市根據(jù)海域特點(diǎn)，在漢沽大神堂海域進(jìn)行了人工魚(yú)礁投放，截至2018年底，共投放鋼筋混凝土礁體29 308塊，形成礁區(qū)8.465 km2[4]。

人工魚(yú)礁造成海域水流、聲、光的變化從而引起一系列水化(如營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解氧、葉綠素等)和生物的變化(多樣性、生物量、食物網(wǎng)等)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可形成獨(dú)特的人工魚(yú)礁生態(tài)系統(tǒng)[5-6]，起到改善海洋環(huán)境和誘集海洋生物的作用，是修復(fù)海洋生態(tài)和增殖漁業(yè)資源的重要手段[7-9]。相關(guān)研究也表明，天津人工魚(yú)礁建設(shè)對(duì)資源增殖和環(huán)境修復(fù)起到了一定的作用，然而，關(guān)于人工魚(yú)礁的研究主要集中在水化、漁業(yè)資源等方面[10-12]，關(guān)于人工魚(yú)礁投放對(duì)微生物的影響和機(jī)理的研究尚未開(kāi)展。細(xì)菌作為海洋生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，發(fā)揮著能量流動(dòng)、信息傳導(dǎo)和物質(zhì)代謝的作用，是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，對(duì)海洋環(huán)境的平衡和穩(wěn)定起重要作用。而且，海洋微生物對(duì)環(huán)境的變化和人類(lèi)的活動(dòng)最為敏感，是環(huán)境狀態(tài)的指示者[13-14]。因此，人工魚(yú)礁區(qū)微生物的群落特征和影響因子分析是人工魚(yú)礁建設(shè)效果評(píng)估必不可少的重要內(nèi)容之一。筆者開(kāi)展天津大神堂海域人工魚(yú)礁區(qū)、對(duì)照區(qū)及新投礁區(qū)表層底泥細(xì)菌的種類(lèi)、多樣性、功能基因及影響因子的相關(guān)研究，旨在為探明人工魚(yú)礁對(duì)海域的影響機(jī)理和效果的研究奠定基礎(chǔ)，為優(yōu)化海洋牧場(chǎng)微生物群落結(jié)構(gòu)和功能提供科學(xué)依據(jù)，為海洋牧場(chǎng)的科學(xué)建設(shè)指明方向。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)

天津大神堂海域國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)位于渤海灣西部，緊鄰天津大神堂國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)，受天津海岸大規(guī)模圍填海工程和過(guò)度捕撈的影響，牡蠣礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)壓力逐年增大，為保護(hù)牡蠣礁區(qū)的生物資源和環(huán)境，天津市于2009年開(kāi)展了人工魚(yú)礁建設(shè)工作，截至2018年底已投放鋼筋混凝土礁體29 308塊，共計(jì)10.87萬(wàn)m3，面積達(dá)8.465 km2，海域海水深度基本在10 m以?xún)?nèi)，形成淺堤型魚(yú)礁生態(tài)系統(tǒng)。由于2014年礁區(qū)與新投礁區(qū)位置較近且礁型一致，更具代表性和可比性，故對(duì)大神堂國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)的2014年人工魚(yú)礁投放區(qū)、2018年6月投礁區(qū)和對(duì)照區(qū)分別設(shè)置5個(gè)采樣地點(diǎn)，具體位置見(jiàn)圖1。于2018年9月中旬用采泥器對(duì)表層底泥進(jìn)行無(wú)菌采樣，同時(shí)對(duì)底泥理化因子進(jìn)行測(cè)量。

圖1 2018年9月人工魚(yú)礁區(qū)、新投礁區(qū)及對(duì)照區(qū)底泥細(xì)菌采樣站位Fig.1 Sampling site of sediment bacteria in artificial reef area,newly built reef area and control area in September 2018

每個(gè)站位用采泥器采集3 kg樣本，用15 mL無(wú)菌EP管收集3～5 g表層底泥(0～5 cm)用于16S rRNA基因分析，每個(gè)站位3個(gè)平行。用溫度計(jì)測(cè)量底泥溫度。剩余底泥樣本用于環(huán)境因子測(cè)定，所有樣品置于冷藏箱中保存后置于-80 ℃冷凍室保存待測(cè)。

1.2 環(huán)境因子檢測(cè)

環(huán)境因子均按照GB 17378.5—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》中的方法測(cè)定[15]。底泥重金屬采用ICP-MS測(cè)定，硫化物用碘量法測(cè)定，總有機(jī)碳用重鉻酸鉀氧化—還原容量法測(cè)定，粒徑用粒徑分析儀測(cè)定，總磷用分光光度法測(cè)定，總氮用凱氏滴定法測(cè)定。

1.3 16S rRNA基因測(cè)序

使用CTAB法提取細(xì)菌總DNA，并使用NanoPhotometer分光光度計(jì)測(cè)定DNA濃度以及純度，然后將DNA溶于TE溶液中-80 ℃保存。

將上述方法提取的各樣本細(xì)菌總DNA，采用兩步PCR擴(kuò)增方法進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建，將純化的DNA作為模板，擴(kuò)增16S rRNA基因序列的V4～V5可變區(qū)，通用引物序列為515F(5′-GTGCCAGCMGC CGCGGTAA-3′)和926R(5′-CCGTCAATTCMTT TGAGTTT-3′)。

第一次PCR反應(yīng)體系：5×Buffer 10 μL，dNTP(10 mmol)1 μL，Phusion 超保真DNA聚合酶1 U，正、反向引物(10 mmol)各1 μL，模板DNA 20～50 ng，補(bǔ)充超純水至50 μL。PCR反應(yīng)條件為：94 ℃ 2 min；94 ℃ 30 s，56 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，72 ℃ 5 min，25個(gè)循環(huán)。第二次PCR反應(yīng)體系：5×Buffer 8 μL，dNTP(10 mmol)1 μL，Phusion 超保真DNA聚合酶0.8 U，正、反向引物(10 mmol)各1 μL，模板DNA 5 μL，補(bǔ)充超純水至40 μL。PCR反應(yīng)條件為：94 ℃ 2 min；94 ℃ 30 s，56 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，72 ℃ 5 min，10 ℃保溫，8個(gè)循環(huán)。

用1.2%瓊脂糖凝膠電泳對(duì)PCR結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)效果較好的樣本用體積分?jǐn)?shù)2%瓊脂糖凝膠電泳切膠回收，以回收產(chǎn)物為模板進(jìn)行一次8循環(huán)的PCR擴(kuò)增，將Illumina平臺(tái)測(cè)序所需要的接頭、測(cè)序引物、標(biāo)簽序列添加到目的片段兩端。全部PCR產(chǎn)物采用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN公司)進(jìn)行回收，并用FTC-3000TM Real-Time PCR儀進(jìn)行熒光定量，均一化混勻后完成文庫(kù)構(gòu)建，在Illumina MiSeq 2×300 bp平臺(tái)上完成測(cè)序。

1.4 生物信息學(xué)分析

測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)，存在一定比例的干擾數(shù)據(jù)，為使信息分析的結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、過(guò)濾，得到有效數(shù)據(jù)。

基于有效數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分類(lèi)單元聚類(lèi)和物種分類(lèi)分析，根據(jù)運(yùn)算分類(lèi)單元聚類(lèi)結(jié)果，一方面對(duì)每個(gè)運(yùn)算分類(lèi)單元的代表序列做物種注釋?zhuān)玫綄?duì)應(yīng)的物種信息和基于物種的豐度分布情況。同時(shí)，對(duì)運(yùn)算分類(lèi)單元進(jìn)行豐度、多樣性、韋恩圖和花瓣圖等分析[16-21]，以得到樣品內(nèi)物種豐富度和均勻度信息、不同樣品或分組間的共有和特有運(yùn)算分類(lèi)單元信息等。另一方面，可以對(duì)運(yùn)算分類(lèi)單元進(jìn)行多序列比對(duì)并構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)，進(jìn)一步得到不同樣品和分組的群落結(jié)構(gòu)差異，通過(guò)主坐標(biāo)分析、主成分分析、非度量多維尺度分析等降維圖和樣品聚類(lèi)樹(shù)進(jìn)行展示[22-24]。為進(jìn)一步挖掘分組樣品間的群落結(jié)構(gòu)差異，選用t檢驗(yàn)、組間差異分析、線性判別分析、相似性分析和多重響應(yīng)排列程序分析等統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)分組樣品的物種組成和群落結(jié)果進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)[25-28]。同時(shí)，也可結(jié)合環(huán)境因素進(jìn)行主成分分析、冗余分析和多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析，得到顯著影響組間群落變化的環(huán)境影響因子[29]。利用PICRUSt軟件基于Greengenes數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)每組最大豐度排名前10位的菌群進(jìn)行功能注釋[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 運(yùn)算分類(lèi)單元分析

測(cè)序比對(duì)表明：調(diào)查海域9月表層底泥樣品共檢測(cè)到8736個(gè)運(yùn)算分類(lèi)單元，其中鑒定到種的細(xì)菌為360種；魚(yú)礁區(qū)底泥細(xì)菌聚類(lèi)到8307個(gè)運(yùn)算分類(lèi)單元，新投礁區(qū)底泥樣品讀到8164個(gè)運(yùn)算分類(lèi)單元，對(duì)照區(qū)底泥讀到7405個(gè)運(yùn)算分類(lèi)單元，3個(gè)區(qū)域細(xì)菌平均運(yùn)算分類(lèi)單元為7959個(gè)。魚(yú)礁區(qū)運(yùn)算分類(lèi)單元個(gè)數(shù)>2018年新投礁區(qū)運(yùn)算分類(lèi)單元個(gè)數(shù)>對(duì)照區(qū)運(yùn)算分類(lèi)單元個(gè)數(shù)，魚(yú)礁區(qū)及新投礁區(qū)細(xì)菌相同運(yùn)算分類(lèi)單元為1044個(gè)，魚(yú)礁區(qū)及新投礁區(qū)細(xì)菌種類(lèi)相似性更高(圖2)。

圖2 各區(qū)域細(xì)菌運(yùn)算分類(lèi)單元韋恩圖Fig.2 Venn plot of bacterial operational taxonomic unit (OTU) in each area

2.2 物種相對(duì)豐度

變形菌門(mén)是渤海灣中豐富最高的菌種，對(duì)照區(qū)變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、浮霉菌門(mén)和芽單胞菌門(mén)豐度低于其他2個(gè)區(qū)域，只有厚壁菌門(mén)在對(duì)照區(qū)豐度高于其他2個(gè)區(qū)域。從屬上看，對(duì)照區(qū)細(xì)菌種類(lèi)明顯多于其他2個(gè)區(qū)域，硫氧化菌(Sulfurovum)豐度顯著高于其他2個(gè)區(qū)域；魚(yú)礁區(qū)和新投礁區(qū)海洋伍斯菌(Woeseia)和脫硫細(xì)菌豐度顯著高于對(duì)照區(qū)?？傮w來(lái)說(shuō)，對(duì)照區(qū)排名前10位的細(xì)菌種類(lèi)豐度總和顯著高于其他2個(gè)區(qū)域(圖3、圖4)。

圖3 人工魚(yú)礁區(qū)、新投礁區(qū)、對(duì)照區(qū)細(xì)菌種類(lèi)門(mén)水平相對(duì)豐度Fig.3 Relative abundance map of bacterial species (phylum level) in artificial reef area,newly built artificial reef area and control area

圖4 人工魚(yú)礁區(qū)、新投礁區(qū)、對(duì)照區(qū)細(xì)菌種類(lèi)屬水平相對(duì)豐度Fig.4 Relative abundance map of bacterial species (genus level) in artificial reef area,newly built artificial reef area and control area

2.3 多樣性指數(shù)組間差異性分析

3個(gè)取樣區(qū)域底泥細(xì)菌物種平均數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)及組間差異見(jiàn)圖5、表2、表3。

表2 3個(gè)區(qū)域的物種平均數(shù)及alpha多樣性指數(shù)Tab.2 Average number of species and alpha-diversity index in three sampling areas

表3 兩兩區(qū)域的P值Tab.3 P-value between every two areas

3個(gè)區(qū)域中，底泥細(xì)菌物種平均數(shù)及組內(nèi)平均alpha多樣性指數(shù)(香農(nóng)指數(shù)、辛普森指數(shù)、chao1指數(shù)、ACE指數(shù))均為：魚(yú)礁區(qū)>2018年新投礁區(qū)>對(duì)照區(qū)，對(duì)照區(qū)與其他2個(gè)區(qū)域底泥細(xì)菌組內(nèi)alpha多樣性指數(shù)具有顯著差異。2018年新投礁區(qū)各站位alpha多樣性指數(shù)范圍較大(圖5)，可能由于人工魚(yú)礁的投放改變了礁區(qū)的水文環(huán)境，對(duì)各站位底泥微生物影響較大，造成明顯的組間差異。魚(yú)礁區(qū)細(xì)菌豐度和種類(lèi)較其他2個(gè)區(qū)域均較大。

圖5 人工魚(yú)礁區(qū)、新投礁區(qū)和對(duì)照區(qū)底泥細(xì)菌比對(duì)物種數(shù)和beta多樣性指數(shù)指數(shù)組間差異箱形圖Fig.5 Box plot of observed species and beta diversity index in three different groups in artificial reef area,newly built artificial reef area and control area

3個(gè)區(qū)域細(xì)菌群落beta多樣性指數(shù)的均值、最大值及最小值為：對(duì)照區(qū)>魚(yú)礁區(qū)>2018年新投礁區(qū)。這說(shuō)明新投礁區(qū)各站位細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異更小。

2.4 非度量多維尺度分析

非度量多維尺度分析(圖6)顯示，魚(yú)礁區(qū)和新投礁區(qū)各站位樣品聚集在一起，對(duì)照區(qū)各站位樣品獨(dú)立聚集在一起。說(shuō)明樣品組內(nèi)相似性高，魚(yú)礁區(qū)和新投礁區(qū)樣品相似性高，與對(duì)照區(qū)差異明顯。

圖6 非度量多維尺度分析Fig.6 NMDS analysis diagram

2.5 組間差異物種分析

線性判別分析值(圖7)顯示，各區(qū)域的特異性細(xì)菌種類(lèi)明顯不同，2018年新投礁區(qū)差異最顯著的細(xì)菌種類(lèi)為厚壁菌門(mén)、芽孢桿菌、假單胞菌，魚(yú)礁區(qū)標(biāo)志性細(xì)菌種類(lèi)為δ-變形菌門(mén)、γ-變形菌門(mén)、脫硫桿菌目及海洋伍斯菌屬，對(duì)照區(qū)標(biāo)志性細(xì)菌為彎曲菌目、交替單胞菌目、冷單胞菌科、硫氧化菌屬、發(fā)光桿菌屬、弧菌和科爾韋爾氏菌。

2.6 功能基因分析

原核分類(lèi)群功能注釋適用于對(duì)環(huán)境樣本的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程(特別是碳、氫、氮、磷、硫等元素循環(huán))進(jìn)行功能注釋預(yù)測(cè)。

原核分類(lèi)群功能注釋分析結(jié)果(圖8a)顯示，對(duì)照區(qū)底泥細(xì)菌群落化能異養(yǎng)及有氧化能異養(yǎng)的功能分組顯著高于其他2個(gè)區(qū)域，發(fā)酵功能基因稍高于其他2個(gè)區(qū)域，而硫酸鹽代謝相關(guān)功能基因較其他2個(gè)區(qū)域豐度低。可能是人工魚(yú)礁的投放加快了底泥中硫酸鹽的循環(huán)，增加了相關(guān)功能基因的豐度。

功能基因熱圖(圖8b)顯示，3個(gè)區(qū)域功能基因組成和特異種存在差異。2018年新投礁區(qū)主要為人類(lèi)腸道、人類(lèi)病原體和硝酸鹽代謝等基因。魚(yú)礁區(qū)為硫化物代謝功能基因、光能自養(yǎng)型基因，對(duì)照區(qū)主要為發(fā)酵、化能異養(yǎng)、有氧化能異養(yǎng)等基因。2018年新投礁區(qū)主要是桿菌，魚(yú)礁區(qū)主要是耗氧硫細(xì)菌，對(duì)照區(qū)主要是彎曲菌和弧菌等。

圖8 各區(qū)域功能基因組成及熱圖Fig.8 Functional gene composition map and heat map in each region

2.7 環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析

環(huán)境檢測(cè)表明，新投礁區(qū)粒徑較其他2個(gè)區(qū)域大，而硫化物、總磷、總氮含量相對(duì)其他2個(gè)區(qū)域小(表4)。典型相關(guān)分析表明，對(duì)3個(gè)區(qū)域影響最主要的因素為粒徑和硫化物，影響?hù)~(yú)礁區(qū)細(xì)菌群落組成的環(huán)境因子主要為總磷，影響新投礁區(qū)細(xì)菌群落組成的環(huán)境因子主要為硫化物(圖9)。

表4 各區(qū)域沉積物環(huán)境因子數(shù)據(jù)Tab.4 Environment factors of sediment in each site

圖9 各站位細(xì)菌豐度與環(huán)境因子的關(guān)系Fig.9 Relationship between bacterial abundance and environmental factors in each site

3 討 論

細(xì)菌在海洋物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起到重要的作用，且對(duì)海洋環(huán)境的變化最為敏感，因此，沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能的研究可作為人工魚(yú)礁建設(shè)效果評(píng)估的重要內(nèi)容和指標(biāo)之一。根據(jù)文獻(xiàn)記載，渤海灣春季和秋季表層底泥細(xì)菌豐度高于其他季節(jié)，且根據(jù)細(xì)菌的垂直分布特點(diǎn)，表層10 cm環(huán)境微生物豐度和多樣性最高，占海洋微生物總量的70%[31]，且相對(duì)海水，表層底泥對(duì)魚(yú)礁投放的響應(yīng)更加敏感，因此，選擇秋季人工魚(yú)礁系統(tǒng)底泥作為研究對(duì)象[32]。

3.1 運(yùn)算分類(lèi)單元分析

測(cè)序注釋分析結(jié)果顯示，魚(yú)礁區(qū)細(xì)菌的種類(lèi)數(shù)量最多，其次是新投礁區(qū)，可能由于魚(yú)礁的投放促進(jìn)了礁區(qū)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，形成了特定的環(huán)境，增多了細(xì)菌的種類(lèi)。9月份沉積物細(xì)菌種類(lèi)多于同一海域7月份(運(yùn)算分類(lèi)單元為4380個(gè))，且較其他季節(jié)多，與文獻(xiàn)記載的渤海灣表層沉積物調(diào)查結(jié)果一致，也說(shuō)明樣品具有代表性。

3.2 物種相對(duì)豐度

物種豐度結(jié)果顯示，渤海灣沉積物優(yōu)勢(shì)菌群主要有變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、放線菌門(mén)和浮霉菌門(mén)，跟劉鵬遠(yuǎn)等[33]研究一致。與對(duì)照區(qū)相比，新投礁區(qū)和魚(yú)礁區(qū)細(xì)菌豐度較高的細(xì)菌種類(lèi)更為集中，可能是因?yàn)轸~(yú)礁的投放造成了特定的環(huán)境改變了特定細(xì)菌的生長(zhǎng)，造成了底泥細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的差異。

3.3 多樣性指數(shù)組間差異性分析

魚(yú)礁區(qū)的細(xì)菌多樣性高于新投礁區(qū)且顯著高于對(duì)照區(qū)，可能是魚(yú)礁投放改變了水域的環(huán)境，增加了礁區(qū)水體的流量，改變了礁區(qū)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)[7]，為細(xì)菌的生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)，從而影響了細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)。新投礁區(qū)的beta多樣性指數(shù)最小，對(duì)照區(qū)最大，說(shuō)明新投礁區(qū)各站位礁體間微生物群落趨于一致，魚(yú)礁投放對(duì)底泥微生物種類(lèi)有很大的影響。

3.4 非度量多維尺度分析

聚類(lèi)分析結(jié)果表明，投礁前，新投礁區(qū)細(xì)菌群落特征與對(duì)照區(qū)相似性更高[34]，投礁兩個(gè)月后，新投礁區(qū)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與已投礁區(qū)趨于一致，相同的運(yùn)算分類(lèi)單元數(shù)量也更多?？赡苁囚~(yú)礁投放改變底質(zhì)環(huán)境，隨著時(shí)間推移形成特定的功能微生物群落。

3.5 組間差異物種分析

魚(yú)礁區(qū)標(biāo)志性細(xì)菌種類(lèi)為δ-變形菌門(mén)、γ-變形菌門(mén)、脫硫桿菌目及海洋伍斯菌屬。其中γ-變形菌在水體沉積環(huán)境中分布廣泛，參與許多物質(zhì)的代謝過(guò)程，如厭氧情況下氨、硫的代謝[35-36]。δ-變形菌主要作為在厭氧條件下還原硫酸鹽的硫酸鹽還原菌，參與硫酸鹽還原代謝，并且硫酸鹽還原菌是參與有機(jī)物礦化與污染物降解的重要物質(zhì)[37]。魚(yú)礁區(qū)豐富的變形菌門(mén)分布可能暗示了此處含有豐富的硫化合物。新投礁區(qū)菌群主要為厚壁菌門(mén)和芽孢桿菌，均為好氧異養(yǎng)細(xì)菌，一般存在于有機(jī)質(zhì)豐富的環(huán)境中。對(duì)照區(qū)差異物種彎曲菌為易引起人體腹瀉的有害細(xì)菌，弧菌則是海洋生物體表和腸道的優(yōu)勢(shì)菌群，其中一些菌類(lèi)也可能是致病菌。而對(duì)照區(qū)的科爾韋爾氏菌為嗜油菌，說(shuō)明對(duì)照區(qū)環(huán)境有一定的污染。交替單胞菌是異養(yǎng)細(xì)菌，在物質(zhì)代謝中起重要作用。新投礁區(qū)差異菌群為假單胞菌，主要為化能有機(jī)異養(yǎng)型細(xì)菌，有極強(qiáng)的有機(jī)物分解能力。而新投礁區(qū)差異菌群芽孢桿菌也屬于厚壁菌，具有快速降解有機(jī)物，減少氨氮、亞硝態(tài)氮和硫化氫等有害物質(zhì)，起到優(yōu)化環(huán)境的作用，為有益菌。

3.6 功能基因分析

環(huán)境因子檢測(cè)表明，新投礁區(qū)的硫化物含量最低，說(shuō)明魚(yú)礁區(qū)底質(zhì)環(huán)境良好[38]，可能跟硫酸鹽還原細(xì)菌含量高有一定關(guān)系。調(diào)查表明，人工魚(yú)礁的投放導(dǎo)致大量的牡蠣在此附著繁殖，產(chǎn)生了大量的有機(jī)物，加快了海域的沉積速率，提高了底泥中硫酸鹽的含量，可能使魚(yú)礁區(qū)硫酸鹽還原菌富集，通過(guò)呼吸作用消耗硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫，致使新投礁區(qū)及魚(yú)礁區(qū)的硫化物的含量比對(duì)照區(qū)低，也可能導(dǎo)致魚(yú)礁區(qū)溶解氧含量較低。新投礁區(qū)細(xì)菌功能基因則主要為人類(lèi)腸道、人類(lèi)病原體和硝酸鹽代謝基因，可能會(huì)導(dǎo)致該區(qū)硝酸鹽含量增加，這與底泥檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)。

3.7 環(huán)境因子關(guān)聯(lián)分析

典型相關(guān)分析表明，海域底泥細(xì)菌豐度主要受粒徑和硫化物影響。沉積物粒徑是沉積環(huán)境的基本參數(shù)，影響著細(xì)菌豐度和群落組成。人工魚(yú)礁投放為牡蠣的附著提供了場(chǎng)所，牡蠣的代謝會(huì)在礁區(qū)產(chǎn)生大量的細(xì)顆粒沉積物，細(xì)顆粒沉積物為細(xì)菌附著提供了更大的表面積和更多的有機(jī)質(zhì)，為微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供更多的碳源[39]。研究結(jié)果表明，人工魚(yú)礁投放起到水質(zhì)化學(xué)物質(zhì)和微生物雙向調(diào)節(jié)的作用，與Sun等[40]的研究結(jié)果一致。本研究探明了人工魚(yú)礁對(duì)底泥細(xì)菌群落和功能的影響及相關(guān)機(jī)理，可為人工魚(yú)礁的效果評(píng)估及合理建設(shè)提供參考。