海(咸)水入侵對(duì)萊州灣南岸含水層微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

摘要： 為了探究海（咸）水入侵對(duì)含水層微生物群落結(jié)構(gòu)影響及微生物豐度與環(huán)境因素關(guān)系，在萊州灣南岸白浪河下游沿岸3眼監(jiān)測(cè)井內(nèi)，采集各含水層中地下水和沉積物樣品；根據(jù)高通量測(cè)序結(jié)果，研究海（咸）水入侵對(duì)含水層微生物群落結(jié)構(gòu)影響。結(jié)果表明： 地下水中微生物豐富度和多樣性均高于沉積物中的； 隨著海（咸）水入侵的加劇，地下水中微生物的豐富度和多樣性降低，沉積物中微生物的豐富度和多樣性則呈現(xiàn)波動(dòng)變化并有升高的趨勢(shì)；地下水中微生物以變形菌門、 擬桿菌門為主，而沉積物中以變形菌門、 放線菌門為主，在門以下微生物群落結(jié)構(gòu)差異性較大，涅斯特連科氏菌屬可作為識(shí)別海（咸）水入侵的標(biāo)志微生物； 地下水的Cl-、 HCO-3含量和酸堿度對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)影響顯著，溶解性總固體、 化學(xué)需氧量、 全鹽量對(duì)沉積物中微生物群落結(jié)構(gòu)影響顯著。

關(guān)鍵詞： 海（咸）水入侵; 地下水； 微生物群落結(jié)構(gòu)； 萊州灣

中圖分類號(hào)： X523

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

開放科學(xué)識(shí)別碼（OSID碼）：

Influence of Sea（Salt） Water Invasion on Microbial Community

Structure in Aquifer on the South Bank of Laizhou Bay

CHEN Hongfan， ZHI Chuanshun， HU Xiaonong， HUANG Xianrui， CHEN Gen

（School of Water Conservancy and Environment， University of Jinan， Jinan 250022）

Abstract： To investigate the influence of sea（salt） water intrusion on the structure of microbial communities in aquifers and the relationship between microbial abundance and environmental factors，groundwaterandsedimentsamplesfromvarious aquifers were collected in 3 monitoring wells along the downstream of the Bailang River on the south bank of Laizhou Bay. Sequencing analysis was conducted using high-throughput sequencingmethodsto studytheimpactofsea（salt） water intrusion on the microbial community structure in aquifers. The results show the microbial richness and diversity in groundwater surpass their counterparts in sediment. With the intensification of sea （salt） water intrusion， the richness and diversity of microbials in groundwater also decrease， while those of the microbials in sediments fluctuate and increase. In groundwater， Proteobacteria and Bacteroidetes are dominant， while in sediments， Proteobacteria and Actinomyces are dominant， and the community structure of microbials below the phyla is significantly different. It is found that Nesterenkonia can be used as a marker to identify the invasion of sea （salt） water. Cl-， HCO- content and pH value in groundwater significantly affect the microbial community structure， and the total dissolved solids， chemical oxygen demand， and total salinity significantly affect the microbial community structure in sediments.

Keywords： sea （salt） water intrusion; groundwater; microbial community structure; Laizhou Bay

沿海地帶所處地理區(qū)位地勢(shì)較低， 巖相構(gòu)造隔水性差， 溫室效應(yīng)造成海平面上升和不合理人為地下水資源（如淡水、 鹵水等）開采利用， 近海岸逐漸形成地下水漏斗，并破壞了原有的咸-淡水的平衡界面，致使海（咸）水入侵問題日益突出^［1-2］。傳統(tǒng)的海（咸）水入侵調(diào)查研究主要借助水化學(xué)法、 地球物理勘測(cè)法、 同位素示蹤法等非生物參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析^［3-4］； 海（咸）水入侵不僅改變含水層中酸堿度、 離子含量等環(huán)境因素，進(jìn)而會(huì)影響微生物的群落結(jié)構(gòu)組成^［5-7］。近年來，許多學(xué)者開始關(guān)注海（咸）水入侵對(duì)地下水水化學(xué)及微生物群落的影響，如在我國(guó)的廣西北海^［8］、 印度尼西亞的瓜哇島^［9］、 韓國(guó)的濟(jì)州島^［10］的地下含水層中發(fā)現(xiàn)了甲基單胞菌科Methylomonadaceae、 海桿菌屬M(fèi)arinobacter、 紅桿菌科Rhodobacteraceae和黃桿菌科Flavobacteriaceae微生物群落，在澳大利亞西部^［11］沉積物中發(fā)現(xiàn)咸水球形菌屬Salinisphaera、 黃單胞菌科Xanthomonadaceae微生物群落。還有研究^［10］發(fā)現(xiàn)，高鹽度地下水樣本與海水共享的細(xì)菌種類占比為6.7%，而其他地下水樣本所占比例不到0.5%。上述典型微生物在一定程度上可以指示海（咸）水入侵的發(fā)生，提供了海（咸）水入侵區(qū)域含水層微生物群落的變化依據(jù)。

萊州灣南岸是我國(guó)海（咸）水入侵最為嚴(yán)重的區(qū)域之一^{［2， 4］}。Chen等^［5］在山東省龍口市地下水中發(fā)現(xiàn)的微生物海洋螺菌目Oceanospirillales和交替單胞菌科Alteromonadaceae為該區(qū)域海（咸）水入侵標(biāo)志微生物； Sang等^［6］對(duì)龍口市海（咸）水入侵區(qū)核心土壤微生物群落分布分析發(fā)現(xiàn)，影響微生物群落分布的最重要的環(huán)境因子是土壤深度、 酸堿度、 有機(jī)碳和總氮。王慶兵等^［12］對(duì)比龍口市和大沽河不同海岸帶沿海地下水微生物特征，發(fā)現(xiàn)不同地域環(huán)境差異性影響較大。目前，針對(duì)萊州灣南岸不同含水層海（咸）水入侵程度及微生物響應(yīng)特征研究鮮有報(bào)道，缺乏含水層中地下水與沉積物樣品的對(duì)比分析。本文中在萊州灣南岸白浪河下游選擇典型剖面，通過鉆探取樣、 水化學(xué)分析、 高通量測(cè)序等手段，分析不同深度含水層的水化學(xué)特征、 海（咸）水入侵程度、 地下水及沉積物微生物群落組成，揭示含水層微生物對(duì)海（咸）水入侵的響應(yīng)特征及規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

根據(jù)已有鉆探資料，選定萊州灣南岸白浪河下游3眼水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，分別為ZK1、 ZK2、 ZK3，地理坐標(biāo)分別為（119.162 7°E， 36.866 4°N）、 （119.162 5°E， 36.881 8°N）、 （119.162 3°E， 36.895 6°N）。

3眼監(jiān)測(cè)井共有6個(gè)含水層， 從每個(gè)含水層采集沉積物及地下水樣品， 采樣深度分別為： ZK1井，12.2 m； ZK3井，30.5 m；ZK2巢式井，15.5、 102.5、 158.5、 175.4 m。采樣時(shí)間為2022年10月至12月枯水期。含水層取樣分為沉積物和地下水兩部分，其中在鉆孔取巖芯過程中，取質(zhì)量為1 kg樣品密封在聚乙烯包裝袋，共6組樣品，置于常溫保存用于理化指標(biāo)分析，同時(shí)采集3個(gè)平行樣品，置于滅菌的離心管，放入干冰保溫桶中冷藏（溫度為-80 ℃）。成井后依據(jù)《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ 164—2020）^［13］洗井，待水質(zhì)參數(shù)儀顯示酸堿度、 溫度、 電導(dǎo)率等參數(shù)穩(wěn)定后，利用氣囊式低流量采樣儀與電動(dòng)超深井采水機(jī)采樣。用容積為1 L的硬質(zhì)塑料瓶采集6組地下水樣品，置于常溫用于水化學(xué)分析。現(xiàn)場(chǎng)真空抽濾2 L水樣，將孔徑為0.22 μm的濾膜置于無菌離心管，在溫度為-80 ℃冷藏，用于地下水微生物分析。為了方便對(duì)比分析，將地下水樣品按溶解性總固體（TDS）含量由小到大即海（咸）水入侵程度由輕到重依次編號(hào)為W1、 W2、 …、 W6，相同層位的沉積物樣品編號(hào)為S1、 S2、 …、 S6。

1.2 地下水和沉積物理化分析

采用離子選擇電極法測(cè)試土壤酸堿度， 采用質(zhì)量法和電導(dǎo)法測(cè)試全鹽量， 采用凱氏滴定法測(cè)試總氮（TN）， 采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法測(cè)試有機(jī)碳（SOC）， 利用Winner 2008型激光粒度儀分析土壤粒度組成（各個(gè)粒級(jí)在土壤中所占的相對(duì)比例）。

采用EasuProbe20型便攜式水質(zhì)參數(shù)儀測(cè)定水的酸堿度及TDS含量，用離子色譜法測(cè)定水中陰、 陽(yáng)離子（Ca²⁺、 Mg²⁺、 Na+、 Cl-、SO^2-4、 HCO-3）含量， 用高錳酸鉀法測(cè)定水中化學(xué)需氧量（COD）。

1.3 脫氧核糖核酸提取與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增

采用MO-BIO PowerSoil DNA Isolation Kit試劑盒提取樣品脫氧核糖核酸（DNA），以瓊脂糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的凝膠進(jìn)行電泳檢測(cè)； 針對(duì)細(xì)菌V4-V5（序列長(zhǎng)度為303 bp）的可變區(qū)內(nèi)目標(biāo)基因，加入特異引物515F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′）、 引物926R（5′-CCGTCAATTCMTTTGAGTTT-3′）^［14］，采用ABI 9700型聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）儀擴(kuò)增目標(biāo)基因片段。熱循環(huán)儀程序如下： 94 ℃保持2 min， 36個(gè)循環(huán)（94、 55、 72 ℃時(shí)分別保持30 s）； 72 ℃保持5 min， 降溫至10 ℃時(shí)保溫2 min。再次使用瓊脂糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的凝膠以電泳法檢測(cè)擴(kuò)增效果， 采用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒回收PCR產(chǎn)物， 用TC-3000TM型實(shí)時(shí)PCR儀定量分析，將樣本按照等物質(zhì)的量比混勻后二次PCR擴(kuò)增，添加測(cè)序需要的接頭，二次PCR熱循環(huán)條件為： 94 ℃時(shí)保持2 min，8個(gè)循環(huán)（94、 55、 72 ℃時(shí)分別保持30 s）； 72 ℃時(shí)保持5 min，10 ℃時(shí)保溫2 min。再次以瓊脂糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的凝膠進(jìn)行電泳檢測(cè)，用AxyPrepDNA 凝膠回收試劑盒回收。將提取合格的DNA樣品用Illumina平臺(tái)進(jìn)行高通量測(cè)序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2018軟件處理數(shù)據(jù)， 采用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（SPSS）19軟件分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性。 采用R軟件中的ggplot2、 vegan、 ade4包，根據(jù)不同距離測(cè)度如Bray-Curtis相異度繪制主坐標(biāo)分析（PCoA）圖，尋找各樣品間微生物群落結(jié)構(gòu)的差異； 用ggplot2、 pheatmap包對(duì)樣品在門、 綱、 目水平的不同豐度數(shù)據(jù)繪制垂直柱狀圖和屬水平的豐度熱圖， 直觀體現(xiàn)物種的群落結(jié)構(gòu)特征， 并結(jié)合環(huán)境因素與微生物種群開展典范對(duì)應(yīng)分析（CCA）。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物與地下水理化特征

3眼水質(zhì)監(jiān)測(cè)井內(nèi)6層含水層主要為第四系松散巖類孔隙水， 水化學(xué)分析結(jié)果見表1。 由表可見， 水體樣品酸堿度以中性偏弱堿性為主， 樣品W6的TDS質(zhì)量濃度ρ（TDS）最大， 為 25.48 g/L，比W1樣品的大約40倍。 根據(jù)Allan Freeze等^［15］提出的地下水分類方法： 樣品W1為淡水， ρ（TDS）lt;1 g/L； 樣品W2、 W3、 W4為微咸水， 1 g/L≤ρ（TDS）lt;10 g/L； 樣品W5、 W6為咸水， 10 g/L≤ρ（TDS）lt;100 g/L。

依據(jù)舒卡列夫分類法進(jìn)行水化學(xué)類型分類，萊州灣南岸地下水的Piper三線圖如圖1所示，可以清晰展示K+、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 Na+、 Cl-、SO^2-4、 HCO-3離子含量間的關(guān)系。從圖中可知，樣品W1為Ca-HCO3型水，樣品W2為Ca·Na-Cl型水，其余樣品均為Na-Cl型水。將水中Cl-的質(zhì)量濃度250 mg/L作為海（咸）水入侵簡(jiǎn)易判斷指標(biāo)^［16］，樣品W1中Cl-的質(zhì)量濃度最小，為64.88 mg/L，其余樣品的Cl-的質(zhì)量濃度均大于250 mg/L，其中樣品W6中Cl-的質(zhì)量濃度最接近海水的，達(dá)14 004 mg/L。此外，海水中典型陰離子Cl-與地下水中典型陰離子SO^2-4、 HCO-3含量差距較大，當(dāng)海（咸）水入侵發(fā)生時(shí)可對(duì)比 Cl-與HCO-3、 Cl-與SO^2-4的質(zhì)量濃度比值是否發(fā)生明顯變化^［17］。經(jīng)過計(jì)算， 地下水樣品中Cl-與HCO-3的質(zhì)量濃度比值為0.13～36.3，Cl-與SO^2-4的質(zhì)量濃度比值為1.24～8.02，因此樣品W1基本未受到海（咸）水入侵影響，樣品W2、 W3、 …、 W6所在含水層受海（咸）水入侵影響依次遞增，將樣品W1含水層劃分為淡水層，樣品W2、W3含水層劃分為輕度海（咸）水入侵層， 樣品W4、 W5含水層劃分為中度海（咸）水入侵層， 樣品W6含水層劃分為重度海（咸）水入侵層。

表2所示為萊州灣南岸含水層沉積物理化分析結(jié)果。根據(jù)土壤機(jī)械組成分析，沉積物主要由粉砂、中砂、 粗砂砂性土壤構(gòu)成。由表可見，沉積物樣品的酸堿度pH為8.51～9.26，屬弱堿性土壤為主且均為非鹽漬土，除樣品S3、 S6的全鹽量比較高外，其他樣品全鹽質(zhì)量比為0.3～0.4 g/kg。樣品S5中TN的含量最低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.011%，樣品S3中的最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.037%。含水層整體SOC含量較低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.1%。

2.2 沉積物與地下水微生物群落組成

萊州灣南岸含水層樣品測(cè)序信息和α多樣性指數(shù)分析結(jié)果見表3。 由表可以看出， 在萊州灣南岸地下水6個(gè)樣品中獲得的有效基片段個(gè)數(shù)為61 262～71 732，從沉積物樣品中獲取的片段個(gè)數(shù)為42 998～71 115，其中樣品W4、 S5中最少， 樣品W2、 S1中最多。在相似性水平為97%的條件下，地下水中分類操作單元（OTUs）物種個(gè)數(shù)為1 192～1 927，沉積物中OTUs物種個(gè)數(shù)為513～999，其中位于淡水層和重度海（咸）水入侵層的樣品S1、 W6中數(shù)量最少， 樣品W1、 S6中數(shù)量最多，地下水中OTUs數(shù)量均大于沉積物中的，說明地下水中微生物豐富度比沉積物中的高。對(duì)OTUs數(shù)據(jù)均一化處理后用于多樣性指數(shù)分析，各個(gè)樣品中豐富度Chao1指數(shù)和樣本覆蓋率（ACE）指數(shù)與OTUs數(shù)值相近。地下水樣品中的香農(nóng)（Shannon）多樣性指數(shù)為3.11～5.72，沉積物樣品中的為2.21～3.89。地下水樣品中的辛普森（Simpson）多樣性指數(shù)為0.015～0.144，沉積物樣品中的為0.074～0.210，表明地下水中的微生物多樣性比沉積物中的高。從表3中各參數(shù)變化規(guī)律可知，隨著海（咸）水入侵的加劇，地下水中物種豐富度和多樣性降低，沉積物中物種豐富度和多樣性波動(dòng)變化，并有升高的趨勢(shì)。全部樣品覆蓋率達(dá)到95%以上，說明本文中的高通量測(cè)序數(shù)據(jù)可以全面反映萊州灣南岸含水層中地下水與沉積物之中的微生物的種類特征。

萊州灣南岸含水層樣品中門水平和變形菌門在綱水平優(yōu)勢(shì)種群相對(duì)豐度如圖2所示。根據(jù)圖中微生物門水平的分析發(fā)現(xiàn)：萊州灣南岸地下水微生物以變形菌門Proteobacteria、 擬桿菌門Bacteroidetes為主， 相對(duì)豐度大于47%， 沉積物中以變形菌門、 放線菌門Actinobacteria為主，相對(duì)豐度大于70%； 地下水中變形菌門的相對(duì)豐度除了在樣品W3、 W5中較高外， 其他樣品的相對(duì)豐度都低于沉積物中的。 整體樣品中變形菌門的相對(duì)豐度均高于擬桿菌門和放線菌門的， 相對(duì)豐度位居前3名的菌門與Chen等^［5］在萊州灣東岸地下水中發(fā)現(xiàn)的含量主導(dǎo)的菌門一致。 厚壁菌門Firmicutes在水、 土環(huán)境中的相對(duì)豐度也較高， 分別為0.7%～29.1%、 0.9%～12.6%。此外， 有的微生物只在地下水中發(fā)現(xiàn)， 如儉菌總門Parcubacteria、 螺旋體門Spirochaetae，異常球菌-棲熱菌門Deinococcus-Thermus則僅在沉積物中發(fā)現(xiàn)。 從變形菌門在綱水平下的微生物群落組成可知： 水體與沉積物中相對(duì)豐度排行前三的均為γ-變形菌綱Gammaproteobacteria、 α-變形菌綱Alphaproteobacteria、 β-變形菌綱Betaproteobacteria，3種菌綱在地下水中的相對(duì)豐度為31.7%～60.6%，在沉積物中的為57.3%～83.3%， 上述菌綱屬于沿海生態(tài)系統(tǒng)中最具優(yōu)勢(shì)的菌綱組合^［18］。隨著海（咸）水入侵的加劇， 地下水鹽度增加， 整體上地下水中γ-變形菌綱相對(duì)豐度增大， α-變形菌綱和β-變形菌綱的減小， 沉積物中γ-變形菌綱相對(duì)豐度減小， α-變形菌綱增大， 而β-變形菌綱是先增大后減小。 γ-變形菌綱、 α-變形菌綱在水土環(huán)境中的豐度變化趨勢(shì)截然不同， 與吳鵬等^［19］在珠江口沉積物微生物研究中得到的結(jié)果類似， 在水體鹽度增大的情況下， γ-變形菌在沉積物和水體中的相對(duì)豐度變化規(guī)律相反。

萊州灣南岸含水層樣品中微生物目水平優(yōu)勢(shì)種群相對(duì)豐度如圖3所示。 由圖可見： 地下水中相對(duì)豐度較高的是鞘脂單胞菌目Sphingomonadales、 擬桿菌目Bacteroidales， 沉積物中相對(duì)豐度較高的是根瘤菌目Rhizobiales、 海洋螺菌目Oceanospirillales、伯克氏菌目Burkholderiales。 鞘脂單胞菌目能夠降解多環(huán)芳烴， 具有增強(qiáng)植物的抗旱、抗鹽堿、抗重金屬的能力^［20］。 海洋螺菌目主要棲息于含鹽量高的環(huán)境中并能分解水中有機(jī)物獲取能量^［21］， 在樣品W6、 S6所在的重度海（咸）水入侵層中相對(duì)豐度為17.9%和21.8%， 在其余樣品中的相對(duì)豐度最低為0.4%， 最高為16.9%， 在淡水含水層數(shù)量極少。 交替單胞菌目Alteromonadales在地下水樣品中的下級(jí)交替單胞菌科Alteromonadaceae來自于海洋， 只有在Na+含量一定的環(huán)境中才能生存^［22］。 將海洋螺菌目、 交替單胞菌科的豐度與水中Cl-含量進(jìn)行皮爾遜（Person）相關(guān)性分析， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 兩者都和Cl-含量顯著正相關(guān)（p值小于0.05），表明它們屬于海（咸）水入侵的指示微生物，與Chen等^［5］在龍口市地下水研究中得到的結(jié)論一致。此外，根瘤菌目和伯克氏菌目在土壤中常見， 能夠參與生物固氮、 解磷過程，促進(jìn)植物對(duì)氮、 磷元素的吸收^［23］。

萊州灣南岸含水層樣品中微生物Bray-Curtis相異度主坐標(biāo)分析結(jié)果如圖4所示，其中PCoA-1解釋率為42.14%，PCoA-2解釋率為16.07%。從圖中可以發(fā)現(xiàn)， 萊州灣南岸地下水、 沉積物中微生物群落分布組成差異較大，其中地下水樣品與沉積物樣品分別聚集于PCoA-1正、 負(fù)半軸兩側(cè)， 與樣品W2、 W3和樣品W4、 W5距離較近， 與樣品W1、 W6距離較遠(yuǎn)， 表明微生物群落差異與海（咸）水入侵程度有關(guān)。 沉積物樣品間距離較遠(yuǎn)，表明海（咸）水入侵導(dǎo)致沉積物樣品中微生物群落分布差異遠(yuǎn)大于地下水樣品中的。 另外， 樣品W6、 S6間距離較近， 說明在高鹽含水層環(huán)境下微生物的群落組成趨于相似。

萊州灣南岸含水層樣品中微生物屬水平的相對(duì)豐度如圖5所示。 由圖可以看出， 地下水中的優(yōu)勢(shì)菌屬有噬氫菌屬Hydrogenophaga、新鞘氨醇桿菌屬Novosphingobium、 擬桿菌屬Bacteroides、 硫單胞菌Sulfurimonas， 沉積物中相對(duì)豐度較高的菌屬種類有阿利霍夫萊亞菌屬Aliihoeflea、 鹽單胞菌屬Halomonas、 不動(dòng)桿菌Acinetobacter、 涅斯特連科氏菌屬Nesterenkonia。 微生物在屬水平的分布也可以從側(cè)面反映環(huán)境的狀況， 如： 噬氫菌屬、 假單胞菌屬Pseudomonas是自然界中的參與反硝化的細(xì)菌，可分解水中硝酸鹽為氮?dú)獾炔蝗苄詺怏w^［24-25］； 硫單胞菌Sulfurimonas是分布于深海熱液區(qū)的化能自養(yǎng)硫氧化菌， 可氧化氫氣和多種還原性硫化物，也能耦合硝酸鹽還原進(jìn)行厭氧氧化^［26］； 從潮灘中分離出的阿利霍夫萊亞菌屬具有氧化亞砷酸鹽的能力， 可去除地下水中砷污染^［27］； 鹽單胞菌屬、 涅斯特連科氏菌屬Nesterenkonia、 海水噬冷菌屬Algoriphagus都屬于嗜鹽細(xì)菌， 常分布于海洋、 鹽湖等鹽度較高的環(huán)境里^［28-29］， 在中度和重度海（咸）水入侵層中豐度最高， 說明海（咸）水入侵已明顯改變了原有含水層原有微生物的分布， 并且將一些原在海洋中棲息的菌群遷移到大陸地下水中。 涅斯特連科氏菌屬在萊州灣南岸6個(gè)含水層樣品中均有分布， 并與Cl-、 TDS、 電導(dǎo)率顯著正相關(guān)（p值小于0.05）， 說明該菌屬受到海水入侵的影響十分顯著，可以作為海（咸）水入侵微生物指標(biāo)之一，也進(jìn)一步說明，在海（咸）水持續(xù)入侵下，含水層環(huán)境改變也促使微生物群落發(fā)生適應(yīng)性變化。

2.3 環(huán)境因素對(duì)含水層微生物群落影響

采用CCA方法對(duì)萊州灣南岸含水層樣品中微生物群落組成和環(huán)境因素進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析，結(jié)果如圖6所示。 由圖可見： 海（咸）水入侵相關(guān)的離子中的Cl-和HCO-3影響最大， 其中Cl-對(duì)沉積物樣品S2、 S4、 S5、 S6和地下水樣品W4、 W5、 W6的微生物組成影響明顯（p值小于0.05）。 Cl-能使環(huán)境滲透壓力增大， 對(duì)微生物有毒害作用^［30］， 是影響海（咸）水入侵區(qū)域地下水微生物的重要指標(biāo)之一^{［8-10，12］}。 HCO-3是淡水含水層中的代表性陰離子， 對(duì)海（咸）水入侵程度較低的樣品W1、 W2、 W3、 S1、 S3中微生物組成影響顯著（p值小于0.05）。圖6（b）地下水中的TDS、 COD、 全鹽量主要對(duì)沉積物樣品S2、 S4、 S5、 S6中微生物群落影響顯著（p值小于0.05）， 而水體的酸堿度與土壤酸堿度之間呈正相關(guān)關(guān)系， 對(duì)微生物群落的影響更顯著（p值小于0.05）；能夠干擾微生物細(xì)胞膜通透性與生物酶活性， 也是影響海（咸）水入侵區(qū)域微生物的重要指標(biāo)^{［11，14］}。 TN對(duì)微生物群落的影響較弱（p值大于0.05）。

3 結(jié)論

本文中以萊州灣南岸含水層為研究對(duì)象，通過鉆探取樣、 水化學(xué)分析、 高通量測(cè)序等手段，分析不同深度含水層水化學(xué)特征、 海（咸）水入侵程度及微生物群落組成，揭示含水層微生物對(duì)海（咸）水入侵的響應(yīng)特征及規(guī)律，得到以下主要結(jié)論：

1）萊州灣南岸海（咸）水入侵區(qū)域微生物樣品中有效基因片段數(shù)量為6 126～71 115，地下水與沉積物OTUs物種數(shù)量分別為1 192～1 927和513～999，在α多樣性分析中，地下水中微生物豐富度和多樣性均高于沉積物中的。隨著海（咸）水入侵的加劇，地下水中微生物的豐富度和多樣性降低，沉積物中微生物的豐富度和多樣性則呈現(xiàn)波動(dòng)變化并有升高的趨勢(shì)。

2）地下水中微生物以變形菌門、 擬桿菌門為主，相對(duì)豐度大于47%，沉積物中微生物以變形菌門、 放線菌門為主，相對(duì)豐度大于70%。在變形菌門中，隨著海（咸）水入侵加重，地下水中γ-變形菌綱的相對(duì)豐度增大， α-變形菌綱的相對(duì)豐度減小， 而沉積物中的微生物則呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律。 地下水中優(yōu)勢(shì)菌屬是噬氫菌屬、 新鞘氨醇桿菌屬、 擬桿菌屬、 硫單胞菌， 沉積物中優(yōu)勢(shì)菌屬為阿利霍夫萊亞菌屬、 鹽單胞菌屬、 不動(dòng)桿菌、 涅斯特連科氏菌屬。 從整體微生物群落結(jié)構(gòu)分析， 相同含水層環(huán)境中水體和沉積物中的微生物群落結(jié)構(gòu)組成差異性較大。

3）涅斯特連科氏菌屬與海（咸）水入侵指標(biāo)Cl-顯著正相關(guān)（p值小于0.05），可作為識(shí)別該區(qū)域海（咸）水入侵的指示微生物。

4）PCoA結(jié)果顯示，微生物群落分布在沉積物樣品與地下水樣品中差異明顯，隨著海（咸）水入侵程度增加，兩者中的微生物群落結(jié)構(gòu)趨向相似發(fā)展；微生物群落分布與環(huán)境因素典范對(duì)應(yīng)分析結(jié)果顯示，Cl-、 HCO-3分別對(duì)中、 重度，輕度海（咸）水入侵含水層中微生物組成影響顯著（p值小于0.05），TDS、 COD、 全鹽量對(duì)沉積物樣品中的微生物組成影響顯著（p值小于0.05），地下水中酸堿度對(duì)微生物組成影響顯著（p值小于0.05）。

本文中主要探究了環(huán)境因素對(duì)微生物群落組成的影響，難以深入了解微生物參與具體物質(zhì)循環(huán)過程，下一步可以開展萊州灣南岸含水層中微生物代謝通路與功能基因研究，以便更好地闡述海（咸）水入侵對(duì)微生物群落組成的影響。

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（責(zé)任編輯：劉 飚）