城市再生水河道沉积物细菌群落空间变化分析:以京津冀北运河为例

沉积物细菌因其在能量流动和污染物循环转化中发挥重要作用.关注沉积物细菌空间分布格局变化是深入了解其多样性产生和维持机制的前提.基于此,本文以流经京津冀地区以再生水为补给水源的北运河为研究区,对沉积物细菌群落界、门、纲、目、科、属、种和OTUs（operational taxonomic units）等不同分类水平空间变化模式及其形成机制进行分析.结果表明,较高的分类水平上、中、下游样点具有更均质化的分布格局,而较低分类水平样点具有更加清晰的分布界限和范围;不同地理空间尺度下的群落结构差异性随分类水平的降低呈组间差异逐渐增大和组内相似性逐渐减小的变化趋势.以弗兰克氏目（Frankiales）和红细菌目（Rhodobacterales）为代表的典型根际微生物呈现上游显著富集、中游次之、下游显著减少模式,以厌氧绳菌目（Anaerolineales）和脱硫杆菌目（Desulfobacterales）为代表的与碳、氮和硫循环相关的微生物集中呈现中游显著富集、下游次之、上游显著减少模式,以苯基杆菌属（Phenylobacterium）为代表的菌属在上游显著富集、中游次之、下游显著减少模式,以产气梭状芽孢杆菌（Clostridium_gasigenes）和奥斯陆莫拉菌（Moraxella_osloensis）为代表的致病菌呈现中游显著富集的模式.沉积物中Ca²⁺、SO₄^2-和TOC表现为下游浓度高于上游和中游地区.下游未处理和经处理废水排放导致沉积物中盐分离子和TOC显著升高,而高度人工化的城市河道生态修复工程对水质和沉积物的净化作用是导致上、中游盐分离子和TOC显著降低的间接原因.环境选择为主、地理扩散为辅的共同作用模式决定了北运河沉积物细菌群落空间变化模式.     

北运河浮游细菌集合群落空间变化的环境解释

环境选择在精细地理尺度河流浮游细菌多样性构建机制中的贡献已得到普遍认同.为回答浮游细菌集合群落中核心分类操作单元（Core Operational Taxonomic Units,Core OTUs）和特有分类操作单元（Unique Operational Taxonomic Units,Unique OTUs）是否具有相同的环境选择模式这一关键科学问题,本研究以高度人工化的北运河京津冀段为研究区域,尝试结合水质监测结果和高通量测序结果分别对核心OTUs局域群落和特有OTUs局域群落的空间变异进行环境解释.结果表明：北运河京津冀段水环境污染主要表现为再生水补给导致的无机氮和钙、镁盐分离子污染及再生水补给口物理扰动导致的有机污染两大类.浮游细菌集合群落中的核心OTUs局域群落结构的相似性明显高于特有OTUs局域群落结构,且二者空间变化规律及其环境驱动模式存在较大差异.核心OTUs局域群落空间分布规律与区域尺度地理空间分布模式具有较高一致性;与其空间变化相关程度最高的环境因子是TN、硝酸盐氮（NO₃^--N）、K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺.氮和盐分离子随水流方向呈现显著下降趋势,与地理扩散距离表现出较强的协同变化规律.特有OTUs局域群落不具有显著的地理空间分布模式;与其空间分布有关的环境因子是温度（T）、氧化还原电位（ORP）和pH值;再生水补给口物理扰动对水文水质的间接影响.