中国环境科学２０１５，３５（５）：１５４７－１５５３ Ｃｈｉｎａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ 官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应 孙寓姣 ，陈 程 ，一，丁爱中 ，赵晓辉 ，张惠淳 （１．北京师范大学水科学研究院北京１００８７５；２．中国国际工 程咨询有限公司资源与环境业务部，北京１０００４８） 摘要：针对北京市原水源地官厅水库，选择了上下游共６个采样点进行了不同季节的水质及环境因子特征分析．总体看来，４个季节水体氮 磷碳营养物质浓度依次为：夏季＞秋季＞春季＞冬季，夏秋季出现明显水华．上游妫水河水质要好于下游水库库区水质，尤其以夏秋季节最为明 显．夏季上游妫水河的总碳、总氮、氨氮、总磷平均浓度为２６．５，Ｏ．９５，Ｏ．５５，Ｏ．０７７ｍｇ／Ｌ，而水库库区响应平均浓度分别为１１１．４７，４．２７，３．１６， Ｏ．２５ｍｇ／Ｌ．结合ＰＣＲ－ＤＧＧＥ对不同时期各点水体微生物进行了群落分析，发现上下游水体中细菌群落结构差异很大，水华严重区的细菌群 落多样性和丰度要低于比水质较好区域．ＣＡＮＯＣＡ软件分析了夏秋季水华时水体微生物群落变化与环境因子的响应关系。发现细菌群落结 构与环境因子（ 、ｐＨ值、ＤＯ、ＮＦＲ、ＴＰ、Ｆｅ）之间存在较强的关联．水质较好的上游水体夏秋细菌群落结构主要受温度、ＤＯ影响较大； 而水质较差的库区水体夏秋季细菌群落结构变化与固氮速率、ｐＨ值、总磷的相关性较好． 关键词：官厅水库；水华；环境因子；水质：微生物多样性 中图分类号：Ｘ７０３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６９２３（２０１５）０５－１５４７－０７ Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｎ ｗａｔｅｒ ｑｕａＨｔｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｏｆ Ｇｕａｎｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ． ＳＵＮ Ｙｕ￣ｉａｏ ，ＣＨＥＮ Ｃｈｅｎｇ ＇ ，ＤＩＮＧ Ａｉ．ｚｈｏｎｇ ，ＺＨＡＯ Ｘｉａｏ．ｈｕｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ．ｃｈｕｎ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ００８７５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８，Ｃｈｉｎａ）．Ｃｈｉｎａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１５，３５（５）：１５４７－１５５３ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｙｔ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｇｕａｎｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｅａｓｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｓｉｘ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅｓ．Ｇｅｎｅｒａｌｌｙ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ，ｎｉｒｔｏｇｅｎ，ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｏｒｄｅｒｓ ｏｆ：ｓｕｍｍｅｒ＞ａｕｔｕｍｎ＞ｓｐｒｉｎｇ＞ｗｉｎｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔｂｒｅａｋｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ－ｂｌｏｏｍｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｎａｄ ａｕｔｕｍｎ．Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｙｔ ｉｎ ｈｔｅ ｕｐｓｔｒｅａｍ（Ｇｕｉ Ｒｉｖｅｒ），ｗａｓ ｂｅａｅｒ ｔｈａｎ ｈｔａｔ ｏｆ ｈｔｅ ｄｏｗｎｓｒｔｅａｍ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｒａｅａ），ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｎａｄ ａｕｔｕｍｎ．Ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｃａｒｂｏｎ， ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｒｔｏｇｅｎ，ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｕｐｓｔｒｅａｍ ｗｅｒｅ ２６．５，Ｏ．９５，０．５５，Ｏ．０７７ｍｇ／Ｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｗｅｒｅ ｌ１ １．４７，４．２７，３．１６，０．２５ｍｇ／Ｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｙｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ Ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ＰＣＲ－ＤＧＧＥ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｖａｒｉｅｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｕｐｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ．Ｔｈｅ ｕｐｓｔｒｅａｍ ｗａｔｅｒ ｂｅｈａｖｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｄｉｖｅｒｓｉｙｔ ａｎｄ ｒｉｃｈｅｒ ｄｅｇｒｅｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｗａｔｅｒ ｓｅｒｉｏｕｓ ｂｌｏｏｍ ａｒｅａ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ＣＡＮＯＣＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＷａＳ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｉｃｒｏｂｉｌａ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｎａｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｎａｄ ａｕｔｕｍｎ ｂｌｏｏｍ ｐｅｒｉｏｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏ．ｅｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉｌａ ｃｏｍｍｕｎｉｙｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｈｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ（ ｐＨ，ＤＯ， ＮＦＲ，ＴＰ，Ｆｅ）．Ｆｏｒ ｕｐｓｒｔｅａｍ ｗａｔｅｒ，ｔｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ Ｗａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｍａｉｎｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ＤＯ ｆａｃｔｏｒ；ｗｈｉｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ，ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ＷａＳ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａ ｃｏｍｍｕｎｉｙｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｍａｉｎｌｙ ｂｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆｐＨ，ＴＰ ａｎｄ ＮＦＲ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｕａｎｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｗａｔｅｒ ｂｌｏｏｍ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ；ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｙｔ；ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ 官厅水库位于北京市西北部，是新中国成立 总氮（ＴＮ）是官厅水库夏季富营养化的主要贡献 后兴建的第一座大型水库．从２０世纪７０年代起 由于受上游工农业污染，官厅水库水质恶化，富营 收稿日期：２０１４—０９—３１ 基金项目：国家自然科学基，￣ｒ（５１１７８０４８，５１３７８０６４）；￣Ｐ，京师范大学自 养化严重，１９９７年退出北京市应用水体系¨１３］．而 主基金（２０１４ＫＪＪＣＢ２２１ 先前的监测数据显示，总磷（ＴＰ）、氨氮（ＮＨ４＋－Ｎ）、 责任作者，教授，ａｄｉｎｇ＠ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 中国环境科学 ３５卷 因子【４Ｊ．近年来，由于北京市饮用短缺，官厅水库的 １．２水样采集 水体修复即成为亟待解决的问题之一．水体中氮 有机玻璃采样器采集水深０．５ｍ左右处水样． 营养元素的来源主要有人为源及天然源，目前针 用于测定固氮速率的水样注入经盐酸浸泡洗净、 对官厅水库氮含量超标的人为来源研究很多，但 水样反复润洗的玻璃瓶中，低温避光带回实验室． 是对其天然来源的研究则很少． 作为水生生态系统的一个重要组成部分，细 菌数量巨大，具有很高的能量转换效率，是水体生 态系统能量流动、营养物质交换的重要环节．在 Ｎ ． 水体环境发生变化时，细菌群落结构也会发生相 应变化【５咱Ｊ．因此细菌群落对水环境质量相互关 系十分密切．目前大量研究工作都是针对湖泊中 的浮游动植物进行的【７Ｊ，而水华过程中水体细菌 群落的变化应是研究水体性质变化的一个重要 切入点．郑小红等 Ｊ用ＰＣＲ－ＤＧＧＥ技术对玄武湖 点 官 的水体进行了细菌群落的变化分析，发现在水华 暴发期细菌优势种有１６种，生物多样性高，而进 入衰退期后优势菌减少，多样性降低，但细菌数 量增大． 图１ 官厅水库采样点示意 Ｆｉｇ．１ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｉｔｅｓ ｉｎ Ｇｕａｎｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ３ 水样分析 本文对官厅水库不同季节水体水质理化指 １．３．１ 水体理化参数的测定标进行跟踪监测，探索水库水质年度变化情况．监 １．水温、ｐＨ值、溶 ＤＯ）浓度现场测定，理化指标当天送样品至 测的水质指标主要包括：温度、ｐＨ、ＤＯ、ＮＨ 、 解氧（包括ＮＨ４＋－Ｎ，ＮＯ３－－Ｎ， ＮＯ３一、ＮＯ２一、ＴＮ、ＴＰ、ＢＯＤ５、ＣＯＤ和叶绿素 北京谱尼测试公司测定，率．分析水体氮磷营养元素含量变化的原因．利 ａ（Ｃｈｌ—ａ）浓度测定在北京理化测试中心完成． ＴＰ），ＣＯＤ ，Ｆｅ等．叶绿素 ａ，以及自然界内源的氮输入方式固氮作用的速 总氮（ＴＮ），总磷（３．２水体固氮速率测定采用乙炔还原法测定 用ＰＣＲ＿ＤＧＧＥ技术扩增细菌１６ｓｒＤＮＡ基因来对 １．９－１０］．取１ ５００ｍＬ水样８５００ｘｇ离心 官厅水库不同区域水体中细菌的群落变化进行 水体固氮速率［了研究，以期发现水体富营养化过程中微生物群 ２０ｍｉｎ后弃上清、１３５ｍＬ即将水样浓缩ｌ０倍，取浓 用注射器抽 落结构的响应关系．进而为水华水质变化及水体 缩水样５０ｍＬ于６５ｍＬ磨口三角瓶中，并注入等量乙炔气体，同时用 中微观生态代谢过程深入讨论提供理论依据． 取顶端１５％的空气，１材料与方法 无菌水设置对照．２７℃温育７２ｈ后加入 ０．１ｍＬ５０％ＴＣＡ终止反应．取１００￣Ｌ顶端气体，气相 １．１采样点设置 色谱检测乙炔含量，换算成氮含量表示固氮速率． ３．３总ＤＮＡ提取及固氮１６ｓ基因扩增水样的采集于７月２０日水华发生时进行， １．水样 本次采样共设６个采样点（Ｓ１～Ｓ６）￣Ｈ图１所示．其 于２４ｈ内经０．２２￣ｍ醋酸纤维素滤膜过滤，浓缩生 使用Ｏｍｅｇａ Ｗａｔｅｒ ＤＮＡ Ｋｉｔ提取水体微 中Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３位于官厅水库上游妫水河，Ｓ４、Ｓ５、 物样品． ｓ６位于水库库区，采样过程中使用ＧＰＳ系统对每 生物的总ＤＮＡ．个采样点进行精确定位，采样点位置Ｓ１～Ｓ６经、 使用１６ＳｒＥＩＮＡ Ｖ３区通用引物３４１Ｆ—ＧＣ和 纬度依次为１１５。４６ ５”，４０。２１ ５８”；ｌ１５。４２ ２４”， ９０７Ｒ（合成于上海生工生物公司１对水样基因组 ４０。２０ ５１”；１１５０４２ ９＂，４０。２０ １５；１１５。３６ ７５”，４０。１４ １ 总ＤＮＡ扩增．在上游引物３４１ｆ的５Ｉ端前面加了 ３；１５。３５ ５７”，４０。１４ ７；１１５０２５ ３９”，４０。１４ ５８． 一段“ＧＣ发卡”结构使后续的ＤＧＧＥ能有更好的 ５期 孙寓姣等：官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应 １５４９ 分辨率（Ｐｏｌｙ ｅｔ ａ１．，２００１）．引物序ｙｌＪ（ＧＣ ３４１ｆ：５ ２．２水体叶绿素ａ全年变化 ＣＧＣ ＣＣＧ ＣＣＧ ＣＧＣ ＧＣＧ ＧＣＧ ＧＧＣ ＧＧＧ ＧＣＧ ＧＧＧ ＧＣＡ ＣＧＧ ＧＧＧ ＧＣＣ １’ＡＣ ＧＧＧ 在饮用水源地和景观娱乐水体，发生水华 的界限通常为叶绿素ａ（Ｃｈｉ—ａ）含量超过 ＡＧＧ ＣＡＧ ＣＡＧ一３’；９０７ｒ：５ＬＣＣＧ ＴＣＡ ＡＴＴ ＣＭＴ １０ｍｇ／ｍ 或藻类细胞密度大于２００００个／ｍＬ ”． ＴＴＧ ＡＧＴ ＴＴ－３’）．以１ＩｘＬ ＤＮＡ样品为模板，ＰＣＲ 通过对Ｃｈｌ—ａ浓度的监测，反映了水库全年藻 扩增体系含有：５．Ｏ １０ｘＰＣＲ缓冲液（Ｔａｋａｒａ）， 类的生长情况．由图２可以看到，官厅水库４个 ４．０ ２．５ｍＭ ｄＮＴＰ混合液，２０ｍＭ引物各１ ， 季节Ｃｈｌ—ａ的平均浓度分别为１．８７，４１．７９， ８２，２．８６ｍｇ／ｍ３０．２５ （０．５Ｕ／ｐＬ）Ｔａｑ酶（Ｔａｋａｒａ），无菌水补齐至 ２９．夏季秋季水库Ｃｈｌ—ａ含量超 ，５０ ．采用降落ＰＣＲ技术扩增，扩增程序为：９５℃ ／５ｍｉｎ；９４℃／３０ｓ，６３℃／６０ｓ，７２℃／９０ｓ，８个循环，每个 循环降低１℃至５６℃；９４℃／３０ｓ，５６℃／６０ｓ，７２℃／ ９０ｓ；２５个循环．７２￣Ｃ／７ｍｉｎ．用Ｏｍｅｇａ ＰＣＲ产物纯 化试剂盒对产物进行切胶回收【６】． １．３．４ １６ｓ基因扩增片段变性梯度凝胶电泳 （ＤＧＧＥ） 聚丙烯酰胺的变性梯度范围为 ３５％～６５％，ＤＮＡ扩增产物上样量约为２００ｎｇ，６０ ℃恒温，８０Ｖ恒压条件下电泳１ ３～１ ５ｈ，电泳完毕后 采用银染技术染色，白光成像．随后使用Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｏｎｅ软件对ＤＧＧＥ图谱进行分析，分析各泳道条 带数目及灰度．１６ｓ基因的多样性使用 Ｓｈａｎｎｏｎ—Ｗｅａｖｅｒ指数Ｈ进行表征．计算公式为： Ｈ＝一∑ ． ｉ＝ｌ 式中：Ｐ 为每条泳道中第ｉ条条带灰度占该样品 总灰度的比率 为泳道中含有的条带总数． 所有实验数据均在ＳＰＳＳ ｆｏｒ ｗｉｎｄｏｗｓ（１５．０） 统计软件上进行处理． ２结果与分析 ２．１ 基本理化指标全年变化 官厅水库水体温度全年变化较大，春季水体 平均温度为４．９℃，夏季为２５．９℃，秋季降低到 ２１．９℃。冬季冰面下水体平均温度为３．６℃．水体 ｐＨ值全年呈碱性，平均值在８．７～９之间，其中秋季 水体碱性最大．水体溶解氧春、冬季平均值较高， 分别为７．９ｍｇ／Ｌ，８．７ｍｇ／Ｌ．，夏季为６．６ｍｇ／Ｌ，为全年 最低，其中妫水河溶解氧平均浓度为７．１６ｍｇ／Ｌ，水 库库区仅为６．０４ｍｇ／Ｌ．秋季水体溶解氧浓度相对 夏季略有上升，妫水河溶解氧平均浓度上升到 ８．０１ｍｇ／Ｌ，库区平均浓度上升到６．８９ｍｇ／Ｌ． 高，水华严重． 邑 避 搦 蝾 士 图２官厅水库叶绿素ａ全年变化 Ｆｉｇ．２ Ｃｈｌ—ａ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ２．３有机物浓度全年变化 ｇ ８ Ｕ 图３官厅水库全年ＣＯＤ变化 Ｆｉｇ．３ ＣＯＤ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ 从时间上看，官厅水库四季水质变化较大 （如图３），尤其是夏季，各项水质指标均严重超标． 其中夏季６个采样点ＣＯＤｃｒ平均值为 ６８．９９ｍｇ／Ｌ，库区Ｓ５采样点处ＣＯＤｃｒ值最高达到 １５５０ 中国环境科学 —ｒＩ Ⅲ）巡璐 ］季 ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ Ｏ ３５卷 通过全年监测 ２４５ｍｇ／Ｌ，明显高于其他３个季节．从空间上看，妫 是水库水体主要营养污染物（图４）．水河流域采样点（Ｓ１、Ｓ２、ｓ３）和库区采样点（Ｓ４、 发现，春夏秋冬水体总氮的平均浓度分别为：１．１４， Ｓ５、Ｓ６１水质差异明显．库区ＣＯＤｃｒ浓度远高于 ２．６１，１．２９，０．６２ｍｇ／Ｌ，冬季总氮含量最低，夏季最 妫水河流域．其中夏季妫水河流域采样点平均 高，已超过地表Ｖ类水标准（图４Ａ）．乙炔还原法对 ＣＯＤｃｒ浓度为２６．５ｍｇ／Ｌ，而库区采样点浓度值高 官厅水库４个季节所采水样进行了固氮速率的 达ｌ１１．４７ｍｇ／Ｌ． 检测，只有夏季６个采样点监测到固氮速率，水华 爆发的采样点Ｓ５处固氮速率最高，达到 ９．３５ｎｍｏｌＮ／（ｍ３．ｄ），其他５个采样点的固氮速率都 小于ｌｎｍｏｌＮ／（ｍ３．ｄ）．相比之下，富营养化水平低 的妫水河流域固氮速率较库区低很多，最小值 ０．１７２ｎｍｏｌＮ／（ｍ３．ｄ１出现在妫水河Ｓ３处． 官厅水库无机氮主要以氨氮形式存在，春季 水体氨氮平均浓度为０．３３ｍｇ／Ｌ，夏季上升至 ２．４氮、磷营养浓度全年变化 １．８６ｍｇ／Ｌ（图４Ｂ），最大值为８．１８ｍｇ／Ｌ在Ｓ５点处 测得；秋季水体氨氮平均浓度又降至０．６３ｍｇ／Ｌ， 最大值２．７７ｍｇ／Ｌ仍在Ｓ５测得；冬季氨氮浓度平 均浓度降低为０．］６ｍｇ／Ｌ． 通过对水体总磷浓度的监测可知（图４Ｃ），官 厅水库４个季节各采样点总磷平均浓度分别为 ０．０６，０．１ ６，０．１４，Ｏ．０５８ｍｇ／Ｌ．即使在冬季，水库浓 度都超过地表ＩＩＩ类水标准，夏季总磷浓度超过地 表Ⅳ类水标准．４个季节水体氮磷营养物浓度依 次为：夏季＞秋季＞春季＞冬季．另外从空间分布看， 库区采样点总氮、氨氮、总磷浓度明显高于妫水 河各点．例如，在三者平均浓度最高的夏季，上游 Ｏ．５ 妫水河３个采样点的总氮、氨氮、总磷平均浓度 Ｃ 为０．９５，０．５５，０．０７７ｍｇ／Ｌ，表明妫水河水质介于地 表湖库ＩＩ类一ＩＩＩ类水之间．而水库库区３个采样点 的总氮、氨氮、总磷平均浓度则分别达到了４．２７， ３．１６，０．２５ｍｇ／Ｌ，均超过地表湖库Ｖ类水标准．这 表明，官厅水库库区水体水质及营养状态比妫水 ０．４ ０．３ 錾ｏ．ｚ Ｏ．１ 。 Ｏ Ｓｌ ． 。 ．韵． ｊ． Ｓ４ Ｓ５ Ｓ６ 河严重，尤其以夏秋季最为明显． ２．５水样ＤＮＡ的提取及１６ｓ基因ＰＣＲ—ＤＧＧＥ结 果扩增分析 Ｓ２ Ｓ３ 采样点 为了增加ＤＮＡ的提取效率，在使用试剂盒 提取水体ＤＮＡ样品的过程中增加了机械力细胞 图４官厅水库总氮，氨氮及总磷全年变化 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｍｍｏｎｉａ，ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ 破碎的步骤使水体微生物ＤＮＡ尽量多的释放． 提取出的ＤＮＡ样品经过１．２％的琼脂糖凝胶电 ｉｎ Ｇｕａｎｔｉｎｇ ｒｅｓｅｖｉｏｒ 泳检验，片段长度均在２３ｋｂ左右，ＯＤ２６０／２８０在 ６－１．８之间．细菌１６Ｓ ｒＤＮＡ ＰＣＲ目标片段的条 官厅水库已经长期处于富营养状态，氮、磷 １．１５５２ 中国环境科学 ３５卷 秋季妫水河ｓ１、ｓ３采样点细菌群落结构更为相 和第３排序轴分别解释了样本中４１．２％和４９．３％ 似．库区采样点夏、秋两季细菌群落结构较为相 的变异，前４个排序轴共解释了５５．５％的样本总 似，夏季Ｓ４、Ｓ５细菌群落结构相似度为４８．６％． 变异，表明排序图能很好的解释官厅水库夏季和 秋季Ｓ５、Ｓ６群落相似度为４８％．由此可见夏季官 秋季的细菌变异情况．从物种一环境的相关性看， 厅水库Ｓ６点细菌群落结构较为特殊，秋季Ｓ４点 第１和第２排序轴的种一环境相关系数分别为 细菌群落结构较为特殊． ０．９７０和０．９８４，同时，前４个排序轴的物种一环境 累积百分率高达８５．９％，这说明水样中细菌群落 秋季Ｓ４ 秋季Ｓ６ 秋季Ｓ５ 夏季Ｓ５ 结构与环境因子间存在较强的关联．水样中微生 物群落结构主要与ＤＯ、Ｔ、ＴＰ．ＮＦＲ相关联， 其中ＤＯ（Ｒ ＝０．５３０６）、ｒ（Ｒ ＝０．３７０８）与第１排序 轴正相关，ＴＰ（Ｒ２＝－０．４６９９）与第１排序轴负相关； ｒ（Ｒ ＝０．７４９０）、ＮＦＲ（Ｒ ＝０．６８４８）与第２排序轴正 相关，ｐＨ（Ｒ ＝－０．６００５）－￣２排序轴负相关，铁与 第ｌ、２个排序轴均有一定的正相关性 ＝ ０．１４６６，Ｏ．３２０７），但相关程度不高． 表１ 官厅水库夏季、秋季细菌群落与环境因子典型对 应分析结果 Ｔａｂｌｅ １ Ｄａｔａ ｏｆｃｏｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ 夏季Ｓ４ 夏季Ｓ６ 秋季ｓ３ 秋季Ｓ１ 秋季ｓ２ 夏季Ｓｌ 夏季Ｓ３ 夏季Ｓ２ 图７官厅水库夏季、秋季细菌群落ＤＧＧＥ指纹图谱 ＵＰＧＭＡ聚类分析 Ｆｉｇ．７ ＵＰＧＭＡ ｏｆ ＤＧＧＥ ｆｒｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｏｆ ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ ａｕｔｕｍｎ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ Ｇｕａｎｔｉｎｇ ｒｅｓｅｖｉｏｒ 排序轴 ＡＸ１ ０．２４４ ＡＸ２ ０．１６８ ０．９８４ ４１．２ ＡＸ３ ０．０８２ ０．９５０ ４９．３ ７６．３ ＡＸ４ ０．０６２ 总体来看，夏秋季水华期间妫水河和库区细 征值 菌群落结构差异一直很大，而各自的细菌结构在 两次水华期间也有所不同，尤其库区采样点７月 和９月的细菌群落结构差异很大． 对７月、９月官厅水库水华期间细菌群落进 种一环境相关系数 种累计百分比变化率 种一环境累积百分比变化率 ０．９７０ ２４．４ ３７．８ ０．７９８ ５５．５ ８５．９ ６３．７ 夏砉ｓ５ 行聚类分析之后，利用ＣＡＮＯＣＯ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ ４．５ 软件对ＤＧＧＥ结果和环境因子进行多变量统计 分析．首先利用ＤＣＡ对ＤＧＧＥ图谱代表的细菌 群落信息进行分析，得到的最长的梯度长度值为 － 夏季Ｓ４ ｏ 夏季Ｓ６ ｏ ＮＦＲ ／ 夏季ｓ３ ＴＰ ’、 ／ ． 。。夏季引 ＤＯ ２．６３９，表明应选择线性模型ＲＤＡ对样品进行排 序分析．水样理化指标剔除膨胀因子大于３０的指 标之后，进行了标准化处理【ｌ引．典型对应分析结 果概括于表１． 。 秋 ｓ 根据膨胀因子选择了温度（ 、ｐＨ值、ＤＯ、 秋季Ｓ５ 固氮速率（ＮＦＲ）、总磷（ＴＰ）、Ｆｅ作为环境因子表 征水体环境变化情况，Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ检验显示６个 图８官厅水库夏季、秋季细菌群落与环境因子典型对 环境参数与ＡＸ１轴（ ０．０２６）及全部排序轴 应分析 ｇ．８ Ｔｙｐｉｃａｌ ｃｏｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｃｔｅｒｉａｌ （ｅ＝－ｏ．０２２）均有显著的相关性．具体对应结果（表１） Ｆｉｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｎｄ ｅｎｖｉａｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ 表明第１排序轴解释了样本中２４．４％的变异，第２ ５期 孙寓姣等：官厅水库水质特征及水体微生物多样性的响应 １５５３ 物种环境排序图中２个样品距离的远近表 的影响较大．９月水库各点的细菌群落较为分散， 明样品物种群落的相似程度（图８），环境因子的箭 群落差异大，其中妫水河细菌群落受ＤＯ影响较 头方向与采样点之间的夹角表示其和该点物种 大，库区细菌群落受ｐＨ值和ＴＰ影响较大． 群落之间的相关性，夹角越小表示相关性越高，两 者箭头若同向，表明正相关，反向表明负相关．从 参考文献：１】 杜桂森，王建厅，张为华，等．官厅水库水体营养状况分析图８可以看到，夏季官厅水库上游妫水河３个采 ［［Ｊ】ｌ湖 泊科学，２００４，（３）：２７７—２８１． 【２】 孙峰，郝芳华．基于ＧＩＳ的官厅水库流域非点源污染负荷计算 样点距离较近，而其和库区３个采样点的距离远， 表明７月水库上游妫水河和下游库区的细菌群 落结构差异很大，这和ＤＧＧＥ聚类分析的结果一 致．由于夏季水温较高，营养物质较丰富的环境中 微生物生长较旺盛，会导致不同环境出现较大的 研究【Ｊ］．北京水利，２００４，（１）：ｌ６—１８． 【３】Ｄａｉ Ｒ Ｈ，Ｌｉｕ Ｈ Ｊ，Ｑｕ Ｊ Ｈ，ｅｔ １．Ｃｙａｎｏｂａｅｔａｅｒｉａ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｔｏｘｉｎｓ ｉｎ Ｇｕａｎｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｚａｒｄ Ｍａｔｅｒ，２００８，１５３：４７０—４７７． ４】杨大杰．官厅水库水体氮污染特征分析微生物群落差异．从采样点和环境因子的夹角来 【（９）：５卜５３． ［Ｊ】．中国水利，２００８， 看，夏季７月妫水河细菌群落受水温的影响较大， ［５］Ｒｉｅｍａｎｎ Ｌ，Ｓｔｅｗａｒｄ Ｇ Ｅ Ａｚａｍ Ｆ．Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｂａｃｔｅｒｉａｌ 库区细菌群落和ＮＦＲ相关性较好．秋季９月水库 ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｍｅｓｏｃｏｓｍ ｄｉａｔｏｍ ６个采样点较为分散，表明９月水库细菌群落结 构差异大，其中妫水河细菌群落受ＤＯ影响较大， ｂｌｏｏｍ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎａｔｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２０００，６６： ５７８—５８７． ６】Ｆａｎｄｉｎｏ Ｌ Ｂ，Ｒｉｅｍａｎｎ Ｌ，Ｓｔｅｗａｒｄ Ｇ Ｅ ｅｔ ａ１．Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｉｎ 库区细菌群落受ｐＨ值和ＴＰ影响较大．可见在水 ［质较好地水域，非人为因素（温度等）是影响水体 中的微生物群落的关键；而存在营养化污染区域 影响微生态群落变化的主导因子． ３结论 ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ａ ｄｉｎｏｆｌａｇｅｌｌａｔｅ ｂｌｏｏｍ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＤＧＧＥ ａｎｄ １６ＳｒＤＮＡ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ［Ｊ］．Ａｑｕａｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ，２００１，２３：１１９—１３０． 的水体，ＴＰ、ｐＨ值等相关人为因素的指标，成为 ［７】Ｅｉｌｅｒ Ａ，Ｂｅｒｔｉｌｓｓｏｎ Ｓ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａｌ ｂｌｏｏｍｓ ｉｎ ｆｏｕｒ Ｓｗｅｄｉｓｈ ｌａｋｅｓ［Ｊ】．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００４，６：１２２８— １２４３． ３．１ 官厅水库四季水质变化较大，库区水质劣 库ＩＩ类一ＩＩＩ类之间，而库区水质超过地表湖库Ｖ 类水标准．夏季和秋季库区均存在大量的水华． 【８】 郑小红，肖 琳，任 晶，等．玄武湖微囊藻水华暴发及衰退期细 菌群落变化分析［Ｊ］＿环境科学，２００８，２９（１０）：２９５６—２９６２． Ｓｔｅｗａｒｔ Ｗ Ｄ，Ｆｉｔｚｇｅｒａｌｄ Ｇ Ｐ＇Ｂｕｒｒｉｓ Ｒ Ｈ．Ｉｎ ｓｉｔｕ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ 于上游妫水河水质，夏季妫水河水质介于地表湖 【９】Ｎ２ｉｆｘａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｅｔ）ｒｌｅｎｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．ＰＮＡＳ， １９６７，５８（５）：２０７１—２０７８． ｎｇ Ｍ，Ｖ—Ｂａｌｏｇｈ Ｋ．，Ｖ６ｒ６ｓ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ３．２用综合营养状态指数法对官厅水库的富营 【１０】Ｐｒ６ｓｉ养状况进行评价，结果表明官厅水库全年水体均 多样性和丰度都好于水华严重的库区水体．９月 秋季水华期间大多数点的细菌丰度和水体多样 性均比夏季有所下降． ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｉｈｏｕｔｔ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｘｉｆｎｇ ｂｌｕｅｇｒｅｅｎ ａｌｇａｅ ｉｎ ａ ｈｙｐｅｒｔｒｏｐｈｉｃ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｂｉｏｌｏｇｉａ，１９９７，３４２：５５－６１． 已经富营养化．水质较好的妫水河水体中细菌的 【１ １］Ｏｌｉｖｅｒ Ｒ Ｌ，Ｇａｎｆ Ｇ Ｇ Ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｂｌｏｏｍｓ［Ｍ］／／Ｗｈｉｔｔｏｎ Ｂ Ａ， Ｐｏｔｔｓ Ｍ．（Ｅｄｓ）．Ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ．ＮＬ．Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ，２０００，１４９—１９４． 【１２］Ｙａｎｎａｒｅｌｌ Ａ Ｃ，Ｔｒｉｐｌｅｔｔ Ｅ ｗ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ＳＯＵｌ￣Ｃｅｓ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｌｋｅ ｂａｃｔａｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｙ ｔｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ叽． Ａｐｐｌｉｅｄ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２００５，７１（１）：２２７—２３９． ３．３对７月和９月水华期间细菌群落和环境因 子进行典型对应分析，结果表明细菌群落结构和 环境因子ｆ 、ｐＨ值、ＤＯ、ＮＦＲ、ＴＰ、Ｆｅ）之间 作者简介：孙寓姣（１９７５一），女，哈尔滨人，副教授，博士，主要从事环 存在较强的关联．样品中微生物群落结构主要与 境微生态学及环境污染生物处理技术研究．发表论文３０余篇． ＤＯ、 ＴＰ、ＮＦＲ相关，ｐＨ值、铁与细菌群落 结构关联度最小．７月水华期间妫水河和库区的 细菌群落结构差异很大，妫水河细菌群落受水温