生態(tài)修復河流微生物群落組成及影響因素研究

王革林，于魯冀，王莉，范鵬宇，劉萌碩，黎亞輝，谷立坤

1.鄭州大學

2.河南工程學院

3.鄭州大學綜合設計研究院有限公司

城市河流中水體、沉積物的理化性質(zhì)受人類排放廢物的影響會發(fā)生較大變化。河流水體中的微生物與水環(huán)境存在較為復雜的相互作用，其生物總量與群落多樣性的變化是水環(huán)境變化的一種反映[1-2]。沉積物是河流生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，也為水生生物的生存提供了棲息地[3-5]，微生物生存過程中可通過同化、異化作用去除沉積物中的污染物，同時還可通過對生境的重塑改變沉積物中營養(yǎng)鹽及金屬的結構和分布[6]。已有較多研究[7-11]表明，河流水質(zhì)空間分布與周圍環(huán)境狀況密切相關，并造成河流中微生物群落結構的差異，如河流中氮素污染嚴重且碳氮比（C/N）較低的河段，起反硝化作用類的微生物豐度較低[12-14]；也有研究表明，沉積物中微生物群落只受到物理指標（pH、溫度等）的影響[15-16]，袁瑞強等[17]得出引水更易導致河流沉積物中硫桿菌屬（Thiobacillus）、芽孢桿菌（Bacillus）和乳球菌（Lactococcus）的變化，且引起這種變化的主要因素是有機質(zhì)、總氮和總鉀濃度。目前河流微生物研究較多集中于不同區(qū)域、不同水質(zhì)及不同季節(jié)河流微生物群落組成和功能的分析，對河流生態(tài)修復工程中河流微生物的差異研究較少，筆者以具備生態(tài)修復工程措施的清潩河為例，研究微生物在生態(tài)修復工程措施中的群落組成差異及影響因素。

清潩河是淮河流域沙潁河水系的河流，地處河南省中部，干流全長149 km，流域總面積2 362 km2，流域幾乎無天然徑流匯入，其支流主要有西（東）小洪河、石梁河、新溝河、盛太河等。清潩河為許昌市的主要水體，擔負著流域內(nèi)長葛、許昌市城區(qū)大部分的納污和防汛排澇任務，水體內(nèi)污染物成分復雜，由于長期缺少天然徑流匯入，自凈能力不足，造成清潩河的水生態(tài)系統(tǒng)被破壞，治理難度較大。為了保障清潩河流域水系水質(zhì)改善，常規(guī)的水質(zhì)凈化技術和生態(tài)修復技術難以滿足要求，因此根據(jù)清潩河流域的特點，采取生態(tài)強化凈化集成技術進行生態(tài)修復。

筆者對2021年夏季（6 月）清潩河上、下游關鍵采樣點的水體（樣品以W 標識）、沉積物（樣品以S 標識）理化性質(zhì)、微生物空間分布進行總結分析，并對微生物高通量測序進行檢測，研究不同類型水體中微生物群落組成及不同生態(tài)修復措施下微生物的差異，以期為研判清潩河微生物生態(tài)修復工程對各種污染物的降解效果和開展保護清潩河流域水生態(tài)修復提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 采樣點情況及樣品采集

根據(jù)清潩河生態(tài)修復工程措施的不同及周邊環(huán)境狀況和歷年水質(zhì)調(diào)查分析總結，在清潩河流域共選取17 個采樣點，其中Q1 采樣點處為增福廟水庫，Q1～Q3 河段人為干擾較少，水體較為清潔；Q4 為自然河道與清潩河交匯口，主要接納生活污水和農(nóng)業(yè)廢水，Q2、Q4、Q7、Q10 和Q15 采樣點處建有生態(tài)濾壩，濾壩由格賓籠填卵石組成，依靠礫石上附著的微生物凈化水質(zhì)，濾壩還起著提高水位、減緩流速和增加匯水面積的作用，壩后跌水復氧，也能提高水體的自凈能力。Q6 和Q8 采樣點處有生態(tài)浮島，浮島由挺水植物搭配而成，挺水植物根區(qū)泌氧給微生物載體提供充足的掛膜條件，形成好氧區(qū)，有利于硝化作用的進行。Q11 采樣點處設有生物飄帶和“植物+微生物協(xié)調(diào)凈化”修復工程，同時也是河岸帶修復的起點，生物飄帶利用基質(zhì)掛膜能力強的作用，形成可觀的微生物膜，凈化水體中的NH4+-N 和TP，“植物+微生物協(xié)同凈化技術”依靠植物根系的吸收、吸附作用，根系微生物分解作用和物種競爭相克作用，可有效削減水體中氮、磷污染物。Q12 為生態(tài)河床的起點，Q14 為生態(tài)河床終點，生態(tài)河床沿河道在河底鋪設，采用格賓籠填卵石型，生態(tài)河床具有調(diào)節(jié)河道徑流、蓄水量以及為水生生物提供棲息地的功能。Q16 為沉水植物恢復的起點，Q17 為沉水植物恢復的終點，沉水植物主要由金魚藻、篦齒眼子菜、輪葉黑藻等組成，起著凈化水質(zhì)、抑制水體富營養(yǎng)化的作用。由于部分點位河段底部采用格賓籠鋪設，未能采集到沉積物樣本，因此本次沉積物樣本僅有7 個。各采樣點分布如圖1 所示。

圖1 采樣點分布示意Fig.1 Distribution of sampling points

樣品采集工作于清潩河平水期進行，大部分采樣點河段水深不超過4 m，使用有機玻璃采水器采集水面下0.5～1 m 處水樣于玻璃采樣瓶內(nèi)，帶回實驗室儲存于4 ℃冰箱內(nèi)，并在48 h 內(nèi)完成理化指標的檢測。使用鐵鍬或抓泥斗采集3 個不同位置的沉積物樣品，混合后放入已滅菌的聚乙烯自封袋內(nèi)，一部分儲存于4 ℃冰箱內(nèi)用于檢測理化指標，另一部分置于-20 ℃冰箱內(nèi)用于微生物檢測分析。

1.2 分析檢測方法

采集的水樣在實驗室過濾后采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》測定其理化指標。溶解氧（DO）濃度和溫度（T）在現(xiàn)場采用便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀（HACHDS5，美國）進行測定；采用pH 計（哈納HI-8424，美國）測定pH 和電導率（ORP）。水樣中總氮（TN）濃度采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；總磷（TP）濃度采用過硫酸鉀消解鉬銻鈧比色法測定；氨氮濃度（NH4+-N）采用納氏試劑分光光度法測定；亞硝態(tài)氮（NO2--N）濃度采樣N-乙二胺光度法測定；硝態(tài)氮（-N）濃度采用酚二磺酸法測定；化學需氧量（COD）用重鉻酸鉀法測定。沉積物中TN 濃度采用過硫酸鉀消解法測定；TP 濃度在馬弗爐中以450 ℃煅燒后，采用鉬銻抗比色法測定；氨氮濃度經(jīng)KCl 浸提后再以可見分光光度法測定；采用灼燒法測定有機質(zhì)（OM）占比。

1.3 高通量測序分析

水體經(jīng)過0.22 μm 濾膜抽濾后得到水體微生物樣本，沉積物樣本冷凍干燥后稱取2.5 g 于5 mL 滅菌的離心管中。根據(jù)各類樣本對應的DNA 提取試劑盒進行基因組DNA 抽提后，利用1% 瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA 的完整性和純度。PCR 擴增及產(chǎn)物電泳檢測則以基因組DNA 為模板，根據(jù)測序區(qū)域的選擇，使用帶barcode 的引物及PremixTaq（TaKaRa）進行PCR 擴增。利用GeneToolsAnalysis-Software（Version 4.03.05.0，SynGene）對PCR 產(chǎn)物進行濃度對比后，按照等質(zhì)量原則計算各樣品所需體積，將各PCR 產(chǎn)物進行混合。使用E.Z.N.A.GelExtractionkit 凝膠回收試劑盒回收PCR 混合產(chǎn)物，用TE 緩沖液洗脫回收目標DNA 片段。后續(xù)按照NEBNext ULtraTM DNAlibrary PrepKitforIllumina 標準流程進行建庫操作，完成后以高通量測序平臺Hiseq 或Miseq 進行上機測序。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用R 軟件繪制熱圖描述微生物群落物種組成和物種的豐度?；赽ray-curtis 距離算法對beta 多樣性進行層次聚類分析，以等級樹的形式展示樣本間的相似度。通過主坐標分析（principle coordinates analysis，PCoA）和非度量多維尺度分析（non-metric multidimensional scaling analysis，NMDS）探討不同樣本間的群落結構差異性并進行可視化。多組物種間的差異顯著性采用單因素方差（one-way ANOVA）分析，其他檢驗方法采用SPSS 20 軟件進行，并利用R 軟件進行冗余分析（RDA）及可視化，其他統(tǒng)計分析和作圖由Origin 2018 軟件完成。

2 結果與討論

2.1 水體和沉積物理化性質(zhì)

由清潩河流域水體理化性質(zhì)（表1）可見，Q1～Q3 段河流人為干擾較少，水環(huán)境質(zhì)量較好，稱該段為清潔段；Q4～Q12 段河流位于城區(qū)，且Q4 點位有自然河道匯入，造成該段河流水體中COD、NH4+-N 和TN 濃度顯著升高；Q13～Q17 段河流位于城郊，人為排放的廢水較少，在水體自凈能力作用下水質(zhì)又逐漸得到改善。整體而言，清潩河各采樣點TN 濃度為3.07～11.54 mg/L，平均值為8.61 mg/L，整體處于劣Ⅴ類水質(zhì)；TP 濃度為0.005 ～0.230 mg/L，平均值為0.046 mg/L，保持在Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)；COD 在城區(qū)段最高值達到61.12 mg/L（劣Ⅴ類）。目前清潩河仍需關注COD 和TN 的治理。

表1 清潩河流域水體理化指標Table 1 Physical and chemical indexes of water bodies in Qingyi River basin

清潩河各采樣點沉積物理化指標變化如圖2 所示。沉積物中TN 和TP 濃度整體較高。沉積物中OM 占比為3.3%～10.1%，其中Q6～Q11 河段受城區(qū)人類活動影響OM 占比較高；Q8 采樣點受周圍居民區(qū)生活污水的影響，OM 占比最高。Q6 采樣點處為硬質(zhì)化河段，水體流速緩慢且渾濁，水體中硝化作用受阻，造成該點位沉積物中NH4+-N 濃度較高（29.32 mg/kg）。受周邊環(huán)境和人類生活的影響，沉積物中TN、TP 濃度變化幾乎一致，其中流經(jīng)市區(qū)段（Q6～Q11）時TN 和TP 濃度較高，經(jīng)過水體的自凈作用下游采樣點沉積物中TN 和TP 濃度顯著降低。

圖2 清潩河沉積物理化指標Fig.2 Physical and chemical properties of sediments in the Qingyi River

2.2 微生物群落組成

在清潩河水體中，變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia ） 、 厚壁菌門（Firmicutes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、酸桿菌門（Acidobacteria）等25 個優(yōu)勢菌門的菌群數(shù)占總菌群數(shù)的97.5%以上。多項研究表明，變形菌門、擬桿菌門和酸桿菌門是河流水生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢微生物，它們是厭氧氨氧化、硫酸鹽還原等生物地球化學過程的重要貢獻者，該類菌門在水體中相對豐度表現(xiàn)為城郊段＞清潔段，在沉積物中相對豐度表現(xiàn)為城郊段＞城區(qū)段，說明城郊段是脫氮和硫還原的主要場所。綠彎菌門和酸桿菌門是已知指示污染物的微生物，其在城郊段Q14 點位水體中的相對豐度最高，分別達到1.5% 和0.9%，而在沉積物中相對豐度表現(xiàn)為城區(qū)段＞城郊段，說明城區(qū)段污染最為嚴重。

在屬水平上對清潩河水體和沉積物中的微生物進行分析，結果如圖3 所示。由圖3（a）可知，清潩河水體中不動桿菌屬（Acinetobacter）、hgcl_clade、Candidatus_Aquiluna、Limnohabitans和Polynucleobacter等屬類微生物占總體屬水平微生物的0.6%。不動桿菌屬是污水細菌群落的核心類群，有指示水體污染的作用，其在Q14 點位水體中相對豐度高達0.61%，表明城區(qū)段水體污染物濃度較高。另外，hgcl_clade 和CL500-29_marine_group 與藍藻密切相關，在增福廟水庫Q1 點位水體中相對豐度分別達到了0.19% 和0.02%，說明水庫水體存在藍藻異常增殖的風險。此外，Limnohabitans屬細菌在富營養(yǎng)化水體和磷循環(huán)中起重要作用，在城郊段各點位相對豐度皆達到0.04%以上，說明城郊段是磷循環(huán)的主要場所。清潩河沉積物中微生物多樣性指數(shù)較大，但各物種相對豐度較低，如圖3（b）所示，通過對前23 的優(yōu)勢物種進行分析發(fā)現(xiàn)，豐度較高的Smithella、硫桿菌屬（Thiobacillus）、RBG-16-49-21、厭氧繩菌屬（Anaerolinea）和Leptolinea，相對豐度僅為0.08%。硫桿菌屬具有反硝化作用，其相對豐度在上下游分別為0.01% 和0.11%，表明下游反硝化能力比上游更強。

圖3 水體和沉積物屬水平群落組成分析Fig.3 Analysis of genus level community composition in water and sediment

2.3 水體和沉積物中微生物多樣性與差異性

2.3.1 細菌群落豐富度和多樣性

對清潩河清潔段、城區(qū)段和城郊段微生物多樣性指數(shù)進行研究及OUT 聚類分析，結果顯示，清潩河水體和沉積物中OTU 數(shù)目分別為2 626 和8 619 個，Coverage 指數(shù)均高于0.99，說明清潩河水質(zhì)狀況由差轉(zhuǎn)好的過程可以通過微生物多樣性指數(shù)的變化來反映[18]。根據(jù)表2 可知，Q16 采樣點的Chao 指數(shù)最高（2 530.4），Shannon-Wninner 指數(shù)較低（5.13），表明該采樣點微生物多樣性較低，但豐富度較高；相比之下，Q2 采樣點的Shannon-Wninner 指數(shù)最高（6.99），Chao 指數(shù)較低（1 386.8），說明該采樣點物種多樣性較高，但豐富度較低。Pearson 相關分析顯示，Shannon-Wninner 指數(shù)與pH 呈顯著正相關（R=0.915，P＜0.05），與總溶解性固體物質(zhì)（TDS）（R=-0.970，P＜0.01）、-N（R=-0.936，P＜0.01）呈極顯著負相關，而Chao 指數(shù)與Shannon-Wninner 多樣性指數(shù)呈顯著正相關（R=0.738，P＜0.05）。

表2 水體和沉積物樣品在97%水平下的豐富度和多樣性指數(shù)Table 2 Richness and diversity index of water and sediment samples at 97% level

沉積物中微生物的豐度和多樣性在Q6 采樣點處最低，而在Q10～Q12 的城區(qū)段較高，表明微生物受到人類生活的影響較大。Q17 采樣點的微生物豐度較高，但多樣性有所下降，這可能是由于對污染物有降解作用的微生物大量繁殖，阻礙了其他細菌的生長，從而導致微生物多樣性的降低。Pearson 相關分析表明，沉積物中Chao 指數(shù)與OM 占比和NH4+-N 濃度呈顯著負相關，與Shannon-Wninner 指數(shù)呈正相關。說明水體污染物濃度的增加造成沉積物中微生物多樣性下降。

2.3.2 細菌群落差異性分析

基于屬水平的河流12 個采樣點PCoA 分析〔圖4（a）〕結果表明，不同采樣點之間存在明顯差異，2 個主要成分被提取，解釋了62.8%的微生物組成變化，其中PCoA1 軸能解釋50.5%的微生物群落組成差異，PCoA2 軸解釋了12.3%的微生物群落組成差異。在主坐標軸PCoA1 上，水體樣品和沉積物樣品明顯分開，說明水體和沉積物微生物群落存在明顯差異；在副坐標軸PCoA2 上，水體清潔段點位與城郊段點位也有分開，說明清潔段與城郊段水體微生物存在差異性；城區(qū)段沉積物點位較為分散，可能是由于城區(qū)段河流受人類活動影響，水環(huán)境狀況不同，水體主要功能菌群發(fā)生了變化，進而造成了微生物群落特異性差異。

圖4 水體和沉積物的 PCoA 及細菌群落結構聚類分析Fig.4 Cluster analysis of PCoA and bacterial community structure in water and sediment

層次聚類是常用的beta 多樣性分析手段。Bray-Curtis 相似度結果〔圖4（b）〕顯示，水體和沉積物樣品各自聚類；清潔段水體Q1-W、Q2-W、Q16-W 歸為一類，其中hgcl_clade 和不動桿菌屬的相對豐度較高；城郊段Q14-W、Q17-W 聚類，不動桿菌屬相對豐度最高；沉積物城區(qū)段Q6-S、Q10-S 歸為一類，其中Smithella菌屬的相對豐度較高（分別為0.06%和0.04%），城區(qū)段Q7-S、Q11-S、Q12-S 和城郊段Q14-S、Q17-S 聚類，優(yōu)勢菌類的相對豐度較為均勻，結合2.1 節(jié)沉積物理化性質(zhì)，分析其原因可能是沉積物中污染物濃度較高，為功能菌繁殖提供了良好的條件。

2.4 微生物群落結構與環(huán)境因子關系

以清潩河微生物群落結構與環(huán)境因子的響應關系為研究對象，選取清潩河微生物屬水平前15 的優(yōu)勢物種，利用Spearman 相關系數(shù)計算環(huán)境因子與物種豐富度之間的相關性，揭示微生物與環(huán)境因子的關聯(lián)性，并以熱圖的形式展示出其顯著性（P），結果如圖5 所示。

圖5 清潩河微生物群落結構與環(huán)境因子相關性分析Fig.5 Correlation analysis of microbial community structure and environmental factors in the Qingyi River

由圖5（a）可見，在屬水平上，水體中的鞘氨醇單胞菌（Sphingorhabdus）與TN 和-N 呈顯著負相關，與NO2--N 呈極顯著負相關，說明該物種在清潩河中受氮素影響較大，且對NO2--N 濃度極為敏感，可將該物種作為判斷清潩河氮素污染情況的指示物種。由圖3（a）可知，城區(qū)段鞘氨醇單胞菌相對豐度顯著低于城郊段和清潔段，說明城區(qū)段河流氮素污染較為嚴重。NH4+-N 與念珠菌（Candidatus_Aquiluna）、hgcl_clade 和氧化硫檸檬酸桿菌（Limnobacter）呈顯著負相關，而DO 與hgcl_clade和氧化硫檸檬酸桿菌呈顯著正相關；TP 與不動桿菌屬（Acinetobacter）呈極顯著正相關；ORP 與多核桿菌屬（Polynucleobacter）和嗜冷菌屬（Algoriphagus）呈顯著正相關。由左側聚類樹可知，鞘氨醇單胞菌和念珠藻、hgcl_clade 和氧化硫檸檬酸桿菌、假單胞菌（Pseudomonas）和Limnohabitans、多核桿菌屬和Algoriphagus對水體環(huán)境T、pH、DO、ORP、TDS、EC 和COD 等指標的響應程度幾乎相同，說明該類生物的生存條件相近。由圖5（b）可知，清潩河沉積物中TN 和NH4+-N 與硫桿菌呈顯著負相關，而OM 和TP 對微生物群落結構影響不大。

2.5 清潩河微生物群落主要功能類群

2.5.1 清潩河沉積物中微生物主要功能類群

研究清潩河沉積物中對碳氮硫起循環(huán)作用的微生物（硝化菌、反硝化菌、硫酸鹽還原菌和甲烷氧化菌）空間分布特征，結果如圖6 所示。清潩河下游沉積物中硝化菌和硫酸鹽還原菌的相對豐度高于上游，說明下游氮硝化和硫還原能力強于上游，與2.2 節(jié)結論一致。其中硝化螺旋菌綱（Nitrospira,0.002%）是起硝化作用的主要功能菌，亞硝化菌科（Nitrosomonadaceae）是主要的亞硝化功能菌；脫硫菌科在硫還原菌中相對豐度最高，脫硫菌科是主要的硫循環(huán)菌，其下游相對豐度（0.006%）是上游循環(huán)菌（0.003%）的2 倍，其次是脫硫盒菌科（Desulfarculaceae,0.001%），在整個清潩河流域均有一定的豐度，且脫硫線菌屬（Desulfonema）、脫硫球菌屬（Desulfococcus、Desulfobacterium）、脫硫葉菌屬（Desulfobulbus）、脫硫單胞菌屬（Desulfuromonas）、和脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）皆是下游相對豐度高于上游，可見下游是硫循環(huán)的主要場所。

圖6 沉積物微生物群落主要功能類群Fig.6 Main functional groups of sediment microbial communities

反硝化細菌和甲烷氧化菌在清潩河上游沉積物中的相對豐度高于下游。在整個清潩河流域硫桿菌（Thiobacillus）是主要的反硝化菌，尤其在Q10 采樣點，硫桿菌相對豐度（0.05%）遠遠高于其他采樣點；甲基球菌屬（Methylococcaceae）和甲基單胞菌屬（Methylomonas）是清潩河主要的甲烷氧化菌，其相對豐度分別為0.10%和0.03%。

2.5.2 清潩河水體和沉積物中致病菌群分析

依據(jù)對清潩河水體和沉積物中的微生物群落調(diào)查，篩選出對人類具有致病作用的幾種優(yōu)勢菌群進行分析。由圖7（a）可知，不動桿菌屬為第一優(yōu)勢物種，在Q14 采樣點相對豐度達到0.61%，可能是該采樣點地勢低且建筑較多造成的潮濕環(huán)境提供了良好的生存環(huán)境。沉積物〔圖7（b）〕中豐度較高的致病菌為梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium）和黃桿菌屬（Flavobacterium）。梭狀芽孢桿菌屬主要存在于腐敗物種中，Q10 采樣點梭狀芽孢桿菌屬相對豐度最高（0.02%），可能是該采樣點較高的COD 促進了梭狀芽孢桿菌屬的生長；黃桿菌屬廣泛存在于淡水體系中，在Q6（0.02%）和Q10（0.02%）采樣點相對豐度較高，該菌具有感染性，可導致免疫能力下降。總體而言，河流致病風險呈現(xiàn)出城區(qū)段＞城郊段＞清潔段。

圖7 清潩河水體和沉積物致病菌群豐度Fig.7 Abundance of pathogenic bacterial communities in water bodies and sediments of the Qingyi River

3 討論

清潩河上游承接五虎趙水庫、唐寨水庫和增福廟水庫，水質(zhì)較好，整體達到地表水Ⅱ類標準。清潩河清潔段（Q1～Q3）河道設有近自然河岸帶，并在Q2 點位設有生態(tài)濾壩，該河段水體受到人類干擾活動的影響較小，除TN 和TP 濃度有些許增加外，其他指標幾乎沒有變化。當清潩河進入城區(qū)段（Q4 ～Q12）時，受人類活動的影響，水體COD、TDS、TN 和TP 的濃度急劇升高，其中Q7 和Q10 采樣點受周圍醫(yī)藥企業(yè)、重金屬行業(yè)制造廠和污水處理廠廢水的影響，水質(zhì)尤其差；而在城郊段（Q13～Q17），水體中污染物濃度顯著下降，這表明關莊閘生態(tài)浮島及生態(tài)濾壩等設施在水質(zhì)凈化方面發(fā)揮了一定的作用。沉積物污染物濃度的變化趨勢與水體基本一致，在城區(qū)段OM 占比、TP、TN 和NH4+-N 濃度顯著增加，表明城區(qū)生活污水的排放對河流水質(zhì)產(chǎn)生了很大的影響，并在水-沉積物界面吸附沉降。

清潩河微生物多樣性在空間上分布具有差異性，有研究表明微生物多樣性受COD、pH 和溫度的影響[19-20]，與本文結論一致。Q1 采樣點水質(zhì)較好，微生物多樣性和豐度較為均勻。Q2～Q3 點位受周邊農(nóng)田影響，微生物多樣性急劇升高；近自然河岸帶和生態(tài)濾壩等設施對陸源污染物的截留，使得該段水質(zhì)變化不大，微生物豐度無明顯上升。Q11 和Q12點位受上游污水處理廠尾水的匯入和生態(tài)濾壩的攔截效果，沉積物中微生物的多樣性和豐度均高于其他采樣點。Q15 點位多樣性有所下降，但物種豐富度仍然較高，說明該段特殊菌群的富集可能限制了其他物種的生長。

大量文獻表明，變形菌門、擬桿菌門和放線菌門是常見的淡水菌門[21]。變形菌門和放線菌門在河流中有機物降解方面起著重要作用，上游水體中變形菌門的相對豐度高于下游，而下游放線菌門的相對豐度比上游高，這可能是由于有機物濃度低的水體中變形菌門的降解作用大于放線菌門，而有機物濃度高的水體更適合放線菌門降解有機物，在沉積物中也可得出相同的結論。擬桿菌門下黃桿菌屬能降解藻類有機物或生物聚合物，伯克氏菌科下的unclasified_f_Burkholderiaceae和Limnohabitams菌屬能降解有機農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯，該類菌屬在城郊段豐度高于城區(qū)段；新鞘脂菌屬可降解有機物和多環(huán)芳烴，在城區(qū)Q5～Q6 段菌群豐度較高；藍藻門是一類能通過產(chǎn)氧光合作用獲取能量的細菌，在清潔段相對豐度高于城區(qū)段，說明功能菌群分布受人類活動對水質(zhì)干擾的影響。綠彎菌門是一種光合作用產(chǎn)生能量的細菌[22]，屬于兼性厭氧菌，不產(chǎn)生氧氣且不固氮[23]，清潩河城區(qū)段氮濃度高于城郊段，可能與綠彎菌門豐度的變化有關。硝酸鹽在地表水中可以被硫桿菌通過反硝化作用去除，而在硝態(tài)氮高的采樣點沉積物中也檢測到了硫桿菌，這可能是因為清潩河水體流速較慢，為沉積物中的硫桿菌提供了缺氧環(huán)境，有利于反硝化反應的進行。

清潩河水體微生物群落結構受DO、pH、NH4+-N、TN 和TP 等環(huán)境指標的影響。黃桿菌屬是淡水中常見的反硝化功能菌，對pH 較為敏感[24]，城區(qū)段的pH 較高，促進了黃桿菌屬的活性，增加了其豐度。異養(yǎng)菌屬（Limnobacter）、氨氧化古菌（Candidatus_Aquiluna）與DO、NH4+-N 呈正相關，表明它們對河流中NH4+-N、OM 變化具有較好的適應性。黃海鞘氨醇桿狀菌（Sphingorhabdus）、噬氫菌屬與TN、NH4+-N 和TP 呈正相關，匯入的污水會導致NH4+-N、TN和TP 濃度升高，從而增加黃海鞘氨醇桿狀菌和噬氫菌屬的豐度。

4 結論

（1）清潩河水環(huán)境受周圍環(huán)境影響較大，水體和沉積物各污染物指標沿程均呈現(xiàn)先惡化后好轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。生態(tài)修復工程措施在清潔段可以有效攔截污染物，而在人類干擾較強的城區(qū)段，其作用則較為有限。但在城郊段，通過增強水體自凈能力，可以迅速改善水環(huán)境質(zhì)量。

（2）在清潩河生態(tài)修復工程措施中，微生物的豐富度和多樣性按照城區(qū)段＞城郊段＞清潔段的順序排列，城區(qū)段污染物濃度較高，這促進了微生物的大量繁殖。城區(qū)段致病菌豐度也最高，水體中主要的致病菌為不動桿菌屬，而沉積物中致病菌豐度較高的則是梭狀芽孢桿菌屬和黃桿菌屬。

（3）經(jīng)過對碳氮硫功能菌群分析，發(fā)現(xiàn)城郊段是氮硝化和硫循環(huán)的主要場所。其中，硝化螺旋菌綱是起硝化作用的主要功能菌，而亞硝化菌科則是主要的亞硝化功能菌；脫硫菌科是主要的硫循環(huán)菌，而甲基球菌屬和甲基單胞菌屬則是主要的甲烷氧化菌。