滦河干流中上游浮游细菌群落多样性及其影响因素

刘 洋,刘 琦,田雨露,董满宇,徐 霞,关梦茜,江 源,*

1 中药资源保护与利用北京市重点实验室, 北京 100875 2 北京师范大学地理科学学部, 北京 100875

城市工业和生活废水的排放,使得大量含氮、磷物质进入河流,导致水体富营养化,造成河流的严重污染和水生生态系统的退化[1]。浮游细菌作为水体环境中元素循环和能量流动的主要承担者,在生物地球化学循环过程中起着关键作用[2—5]。河流中的浮游细菌与水环境具有较为复杂的相互作用,其群落多样性的变化能敏感地反映出水体环境的变化[6—7]。有研究表明,人类活动产生的外源性营养输入会对水体浮游微生物群落产生显著影响[8]。由于居民的生活用水等通常来自于周边河流,水体中致病微生物的种类和来源也与公共卫生问题密切相关[9]。研究水体浮游细菌群落特征随水环境的变化将有助于深入揭示人类活动对水生态的影响特征。

然而,以往有关的研究多集中于季节、水体理化指标、营养盐指标等对浮游细菌群落的影响方面,通常并未考虑河岸带土地利用因素的影响作用。河岸带的土地利用结构和组成,对水体环境中的营养盐浓度以及水文过程等均会产生深刻影响,进而影响到河流浮游微生物的群落结构[10—11]。河岸带范围内较高精度的土地利用空间数据可以借助遥感技术获得,通过将之整合进水环境因素对浮游细菌群落影响的分析之中,有助于辨明河岸带土地利用组成结构与水环境以及浮游细菌群落间的关系,进而为解决水污染及其导致的环境问题,例如水华等提供新的研究视角和研究方法。

本文中的案例研究区位于滦河中、上游一带,其汇入的潘家口水库和大黑汀水库是“引滦入津”工程的重要水源地。水体浮游细菌群落与水质的关系,将直接反映“引滦入津”工程中的水资源质量,也关联着天津市民的饮水安全。通过研究河岸带土地利用和水环境因子以及与河流浮游微生物群落多样性间的关系,明确水环境对浮游微生物群落的影响,揭示河岸带土地利用变化的水生态效应,将有助于加深对河流生态系统的了解,并为滦河流域的土地利用结构优化和河流生态健康保护提供案例参考和科学支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区位于华北平原东北部的滦河流域中上游区域(115°32′—118°53′E, 40°11′—42°45′N),总面积3.6×104km2。滦河发源于内蒙古和河北的坝上高原,干流迂回曲折,全长约620 km,水系发达,支流众多,自西北向东南流经内蒙古自治区和河北省的多个县、旗、区,其中上游诸支流汇入滦河干流后,于河北省迁西县流入潘家口水库和大黑汀水库,年平均径流量13.3×108m3[12—13]。研究区地处典型的温带大陆性季风气候区,多年平均气温6.1℃；月平均气温7月最高(21.9℃),1月最低(-12.0℃)。年平均降水量444.1mm(http://data.cma.cn)。研究区内林地、农业用地、建设用地、草地、水域和其他用地占比分别为56.9%、18.3%、3.9%、17.9%、1.6%和1.5%,其中草地主要分布在西北部的上游地区,农业用地主要分布在河流两岸的沿河平坦阶地一带,建设用地主要分布在南部各个支流与干流的汇流处(图1)。

图1 滦河流域及采样点分布示意图Fig.1 Distribution of sampling sites in the Luanhe River basin

1.2 样品采集

依据分层采样原则,样点覆盖滦河干流中上游河岸带各类土地利用类型,同时也尽可能考虑空间分布的均匀性、交通可达性等因素,共布设样点21个,于2018 年4月—5月(春季)进行水样采集,流程如下：

(1)用于测定水质指标的水样：使用1L有机玻璃采水器在采样点所在位置河心或距离河岸5 m 处进行水样采集(深度约为0.5m),采集3次并在容器中充分混合。将混合后的水样分为2份,一份为不做任何处理的原始水样；另一份水样经孔径为0.45 μm的Whatman GF/C玻璃纤维膜(Whatman,UK)过滤,过滤后的滤膜避光冷藏保存,用于测定叶绿素a(Chla)和总悬浮固体(SS)。两份水样均加入少量浓硫酸(H2SO4)酸化保存。盛装水样的聚乙烯样品瓶预先用1∶10盐酸溶液浸泡24h,用蒸馏水洗净并晾干；玻璃纤维素滤膜预先在450℃温度下烘烤6h,并用万分之一天平称取其质量,以供后续悬浮性固体的测定。水样保存在低温保存箱中,并在短时间内运回实验室,在-20℃的条件下冷冻储存。

(2)用于16S rDNA测序的水样：使用预先消毒过的聚乙烯桶收集,采集原则同上,每个样点收集三份平行样本(每个0.9L)。水样先后通过2种孔径的滤膜(2.0μm, 0.8μm,Whatman,UK)进行过滤,以去除砂砾和杂质,增加后续富集效率,并使得绝大多数浮游微生物通过[14—16]。最后使用孔径为0.22μm的混合纤维素滤膜(Whatman,UK)对水样进行过滤,将浮游细菌富集在滤膜上。滤膜用铝箔包裹后保存在液氮罐中(-196℃)。

1.3 水质指标测定

水质指标测定分为现场测定和实验分析两部分,共测定12个指标。(1)现场测定：溶解氧(DO)使用便携式溶解氧仪(YSI Incorporated Company,USA)测定；流速(Vel)使用流速仪(FLOWATCH,JDC Electronic SA, Switzerland)测定；电导率(EC)、pH和水温(Tem)使用电导率仪(METTLER-SG DUO,Mettler Toledo international LTD,USA)测定[17]。(2)实验分析：高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)和总磷(TP)使用原始水样测定；CODMn采用高锰酸盐滴定法；TN 采用紫外分光消解法；TP 采用钼锑抗分光光度法；氨氮(NH3-N)和硝酸盐氮(NO3-N)使用过滤水样测定；NH3-N 采用纳氏试剂比色法；NO3-N 采用紫外分光光度法；悬浮性固体(SS)和叶绿素a(Chla)使用滤膜上的残余物进行测定；SS 采用称重法测定；Chla 采用丙酮分光光度法进行测定[18]。

1.4 细菌16S rDNA的提取、处理和测序

将附有浮游细菌的0.22μm混合纤维素薄膜溶解于2 mL丙酮(Beijing Chemical Works,A.R.)中,使用E.Z.N.A. Water DNA Kit 试剂盒(Omega,USA)提取DNA。使用简并PCR引物799F[19]和1193R[20]对细菌的16S rDNA基因可变区V5—V7进行PCR扩增,每份三组平行。反应条件如下：98℃预变性30 s；98℃变性10 s,55℃复性15s,72℃延伸60 s,循环25次；72℃延伸5 min。反应产物作为第二轮PCR的扩增模板,除引物换为含有Illumina接头和连接区序列的引物外,其他反应条件不变。对第二轮PCR的产物进行纯化并混合,得到最终的测序文库。文库送交华大基因,依托HiSeq 2500测序平台(Illumina Inc.,USA)进行高通量测序。

使用QIIME1.9.1、USEARCH 10.0处理16S rDNA序列,丢弃错误率超1%的序列,最终得到3414503条高质量序列(平均每个样本65664条,最小值为27829条,最大值为100572条)。以97%的阈值对序列进行聚类,得到18360个操作分类单元(Operational Taxomic Unit,OTU)。使用PyNAST方法去除非细菌的16S rDNA序列后,得到15856个OTU,使用Usearch 10生成OTU表。OTU表中的每一个样本都被重抽样至30000条序列的样本大小,以每个OTU的丰度除以30000的样本大小,计算OTU的相对丰度。使用RDP数据库对OTU代表序列进行注释,从而得到含有物种信息的OTU表。

1.5 空间数据提取

土地利用数据来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据服务平台,数据基于2016年30m分辨率的Landsat TM/ETM 影像(http://www.cnic.cas.cn/)。土地利用解译为6大类：(1)林地,包括乔木林和灌木林；(2)农业用地,包括菜地、果园和其他农用地；(3)建设用地,包括居民、交通、商业和工业用地；(4)草地；(5)水域,包括河流、湿地和水库；(6)其他用地。根据美国地质调查局的30m分辨率数字高程模型(DEM)获取河道平均坡度和地貌形态数据(http://glovis.usgs.gov/),基于国家基础地理信息中心的1∶250000 矢量水系图获取水系数据(http://ngcc.sbsm.gov.cn/),使用软件ArcGIS 10.1中的水文分析(Spatial Analyst Tools-Hydrology)模块提取每个样点的上游集水区。对于每个样点的集水区,先根据河流水系图的双侧250m圆角矩形缓冲区进行剪切,得到距河流垂直距离在250m以内的河岸带缓冲区；再使用以样点为圆心的3000m圆形缓冲区对上一步的河岸带缓冲区进行剪切,获得从样点起至上游3000m范围内距河流垂直距离在250m以内的样点河岸带缓冲区(图2)。统计各样点的缓冲区内草地、林地、农业用地、建设用地的面积占该四种土地利用类型面积总和的比例,用于后续分析。

图2 河岸带缓冲区的截取方式Fig.2 Method of extraction of riparian buffer

1.6 数据处理与分析

使用Shapiro-Wilks检验水环境因子是否符合正态分布,对不符合的数据进行ln(x+1)变换。将每个样点平行样本的OTUs丰度取均值,选取其中出现频率 ≥ 90%的OTU作为核心群落[21]。根据淡水细菌数据库对OTUs进行分类学注释,将不能与数据库匹配的,即未在传统的静水水体(例如湖泊)细菌学研究中出现过的OTU记为“非典型淡水分类群细菌”[22]。多样性指数的计算在R语言环境中使用软件包“Vegan”完成。选取Chao1丰富度指数(Chao1 richness estimator,Chao1)和Shannon′s多样性指数(Shannon′s Diversity Index,SHDI)作为群落α-多样性的表征。选择计算各样本OTU水平上的Bray-Curtis距离(Bray-Curtis Dissimilarity)矩阵,作为对β-多样性的表征。使用Spearman 相关分析计算核心群落占比、非典型淡水细菌类群、多样性指数和距源头距离之间的相关性,和α-多样性指数与水环境因子、土地利用因子之间的相关性。使用Mantel检验和偏Mantel检验,计算细菌群落的Bray-Curtis距离矩阵和地理空间因子(距源头距离)、水质、土地利用因子的欧式距离矩阵之间的相关性。

2 结果与分析

2.1 滦河各水质指标特征

滦河各水质指标显示(表1)：河流理化指标中,pH平均为8.54,呈弱碱性；水温(Tem)平均为13.82 ℃；流速(Vel)平均为1.35 km/h；电导率(EC)平均为417.78 μS/cm；悬浮性固体(SS)平均为30.36 mg/L；溶解氧(DO)平均为8.91 mg/L,达到Ⅰ类水质；高锰酸盐指数(CODMn,)平均为5.22 mg/L,达到Ⅲ类水质。河流营养盐指标中,总磷(TP)平均为0.11 mg/L,达到Ⅲ类水质；总氮(TN)平均为2.63 mg/L,为劣Ⅴ类水质；氨氮(NH3-N)平均为0.30 mg/L,达到Ⅱ类水质；硝酸盐氮(NO3-N)平均为1.82 mg/L。生物指标叶绿素a(Chla)平均12.71 μg/L。

表1 滦河各水质指标特征Table 1 Characteristics of water quality parameters in Luanhe River

2.2 滦河中上游浮游细菌群落的组成特征

使用RDP数据库对每个OTU的代表序列进行注释后,对其进行从门到属水平的分类。在检出的15856个OTU中,共检测到分类地位明确的细菌界28门(Phylum)、72纲(Class)、113目(Order)、265科(Family)和936属(Genus)。其中变形菌门(Proteobacteria)由于种类众多,根据核糖体rRNA序列的差异,将其拆分为5个纲,分别冠以α、β、γ、δ和ε前缀,以便于研究。

研究共确定出12个的优势细菌门(纲),它们在至少一个样本中相对丰度大于1%。依据相对丰度的大小排序,分别为：放线菌门(Actinobacteria,平均28.95%)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria,平均28.90%)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria,平均10.62%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,平均6.14%)、γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria,平均5.57%)、δ-变形菌纲(δ-Proteobacteria,平均4.51%)、厚壁菌门(Firmicutes,平均3.93%)、酸杆菌门(Acidobacteria,平均3.87%)、绿弯菌门(Chloroflexi,平均2.24%)、疣微菌门(Verrucomicrobia,平均1.06%)、浮霉菌门(Planctomycetes,平均1.01%)、硝化螺杆菌门(Nitrospirae,平均0.75%),其余20种细菌门(纲)组成了低丰度类群,平均为1.46%。变形菌门和放线菌门的平均相对丰度高于50%,是滦河干流中占据优势地位的门类。

图3 滦河干流中上游浮游细菌群落组成Fig.3 Composition of bacterioplankton community in upper-middle reach of Luanhe river

滦河中上游浮游细菌的核心群落共有209个OTU,占OTU总数(15 856个)的1.29%,序列数占总序列数的43.04%。核心群落的相对丰度占比与距源头距离存在显著正相关,Spearman相关系数为 0.909(P<0.01)。非典型淡水分类群细菌的相对丰度与距源头距离存在显著负相关,Spearman相关系数为-0.935(P<0.01)。

2.3 滦河中上游浮游细菌群落的α-多样性特征

Chao1丰富度指数和Shannon′s多样性指数计算描述的统计特征如下(表2)。

表2 浮游细菌群落α-多样性指数的描述统计Table 2 Descriptive statistics of α-diversity Index of bacterioplankton community

OTU数和Shannon′s多样性指数均成阶梯状下降趋势,而Chao1丰富度指数则在河流中段首先增大,随后迅速降低(图4)。

图4 α-多样性指数随流向的变化Fig.4 Variation of α-diversity indexes along the flow direction

浮游细菌群落的α-多样性指数与各项环境因子的Spearman相关性分析如表3所示。

表3 浮游细菌群落α-多样性指数与环境因子和土地利用因子的相关性分析Table 3 Correlation analysis between α-diversity index of bacterioplankton community and environment and land use factors

距源头距离、建设用地占比(URBAN)、氨氮(NH3-N)、硝酸盐氮(NO3-N)、总氮(TN)、电导率(EC)、总悬浮固体(SS)和溶解氧(DO)与OTU数、Chao1丰富度指数和Shannon′s多样性指数间均存在显著负相关(P<0.01)。

草地占比(GRASS)与OTU数、Shannon′s多样性指数(P<0.05)和Chao1丰富度指数均存在显著正相关(P<0.01)；而总磷(TP)则与三项指标均不存在相关性。

2.4 滦河中上游浮游细菌群落的β-多样性特征及其与水环境因子和土地利用因子的关系

基于Bray-Curtis距离的主坐标分析(PCoA)揭示了滦河中上游各样点所取平行样本中细菌群落的分布模式(图5)。细菌群落PCoA排序图的第一轴(PC1)和第二轴(PC2)分别能解释55.27%和16.27%的物种差异,其中PC1轴与距源头距离存在显著负相关关系(Spearman相关系数-0.891,P<0.05)。样本分为三部分：位于排序图右侧的样本,距源头距离较近,核心群落占比较低,而非典型淡水分类群细菌占比较高；位于排序图左下侧的样本,距源头距离较远,核心群落占比较高,而非典型淡水分类群细菌占比较低。位于排序图上侧的样本,位于河段的中部,其较为分散的分布模式暗示中游样本的群落组成存在一定的差异,体现出过渡性的特征。

图5 河流沿途样点各平行样本的浮游细菌群落组成的PCoA 分析Fig.5 PCoA analysis of bacterioplankton community of parallel samples along the river各样点的平行样本按距源头距离由近及远编号,距源头距离最近的样本编号为S001,以此类推

使用Mantel检验和偏Mantel检验,对各项水环境因子的欧式距离矩阵和细菌群落组成的Bray-Curtis距离矩阵进行相关性检验,结果显示：距源头距离与细菌群落组成存在显著相关,相关系数为0.723(P<0.01),在将其他水质因子作为控制变量后,两者依然显著相关(P<0.01)(表4)。电导率、总氮、硝酸盐氮、氨氮、总悬浮固体、溶解氧、叶绿素a、pH、流速均与细菌群落组成存在显著相关(P<0.05)；在将距源头距离作为控制变量后,只有总氮、硝酸盐氮、氨氮仍与细菌群落组成存在显著相关(P<0.05),这说明这三种氮营养盐指标其含量不完全随滞水时间的增加而改变,存在空间异质性。

表4 群落Bray-Curtis距离矩阵与水质因子欧式距离矩阵的Mantel检验Table 4 Mantel test between community composition and water environment factors excluding land use factors

将土地利用占比作为控制变量后,距源头距离与细菌群落组成仍存在显著相关(P<0.01)(表5)。土地利用因子中,只有建设用地占比(URBAN)与细菌群落组成存在显著相关(P<0.05)；将距源头距离作为控制变量后,建设用地占比与细菌群落组成在α=0.05的显著性水平上不再相关,但在α=0.1的显著性水平上依然相关(P<0.1),说明建设用地对细菌群落的影响存在空间异质性。

表5 群落Bray-Curtis距离矩阵与土地利用因子欧式距离矩阵的Mantel检验Table 5 Mantel test between community composition and land use factors

将溶解氧、总磷、高锰酸盐指数和水温作为控制变量后,建设用地占比与细菌群落组成依然存在显著相关(P<0.05)；将总氮、氨氮、pH、叶绿素a和流速作为控制变量后,建设用地占比与细菌群落组成在α=0.05的显著性水平上不再相关,但在α=0.1的显著性水平上依然相关(P<0.1)；将硝酸盐氮和电导率作为控制变量后,建设用地占比与细菌群落组成不再存在显著相关。这说明在滦河干流中上游,建设用地可通过影响含氮物质排放,以及改变流速、pH等指标,对细菌群落组成产生影响。

3 讨论

3.1 距河流源头的距离对浮游细菌群落多样性的影响

距源头距离与滦河中上游浮游细菌群落的Bray-Curtis距离矩阵间的相关系数为各项水环境因子中最高(MantelR=0.723),且偏相关分析结果仍显著。距源头距离影响浮游细菌在河流中的滞留时间,细菌群落组成存在其独特的影响[23]。在滦河干流上段,其主要的土地利用类型为自然程度较高的草原,向水体提供的细菌的多样性也较高[24],而其中的核心群落一般来自于源头附近的岩表生物膜或深层土壤[25]。随着滞留时间的增加,从河岸带周边环境被径流带入水体的细菌之生态位,逐渐被能更好地适应淡水环境的核心群落细菌所取代。

此外,距源头距离由于其数值上递增的特点,与某些在河水流向下游过程中不断积累的环境变量间存在某种相关性,例如各类非点源污染(氮、磷等),因此在一定程度上可以代表人类活动对河流水环境的扰动[8]。考虑到滦河中上游的中段的主要土地利用类型为林地,其生产力和能提供的外源性输入量与草原相比较高；下段为承德市主城区,其城市规模较大,提供的外源性输出更多。各种营养物质的累积,使得能高效利用养分的类群被选择出来[22]。在这个过程中,浮游细菌群落由多样性较高的近自然群落转变为由静水细菌占优势地位的类湖泊群落[21,26]。在本研究中,这体现在沿河流方向,α-多样性指数的降低和非典型淡水分类群占比降低,以及核心群落占比的升高[8,26—29]。

3.2 水环境因子对浮游细菌群落多样性的影响

群落α-多样性指数与氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、电导率、悬浮性固体、溶解氧间存在显著的负相关关系。多样性指数与营养盐因子间呈显著负相关,表明营养物质的增加可能导致了生态位分化,使得能够高效利用营养盐的类群比例逐渐上升而成为优势类群；总悬浮固体可为水体中的一部分细菌提供定殖空间,滦河干流中上游的中段位于河谷地区,两岸较为陡峭,水土流失情况比较严重,因此中段样点的总悬浮固体量较上段和下段的多,这使得颗粒附着型细菌(particle-associated bacteria)的许多种类得以稳定存在并增殖,例如β-变形菌纲和拟杆菌门的细菌[27—28],而这些细菌也正是能高效利用营养盐和藻类有机物的类群。

氮营养盐对于河流浮游细菌群落结构的显著影响已为多项研究所报道[30—32]。在以距源头距离为控制变量后,各水质因子中只有以硝酸盐氮、氨氮和总氮为代表的水体营养盐因子依然与群落Bray-Curtis距离矩阵间存在显著相关性(P<0.05)。这表明在滦河中上游,氮的排放变化与距源头距离的增加并非完全一致,即并非自然状态下的简单累积过程,这很有可能是人类活动的空间异质性造成的。

3.3 河岸带土地利用对浮游细菌群落多样性的影响

Chao1丰富度指数是一种对偶见种较为敏感的多样性指数[33],而Chao1丰富度指数在中端的波动,表明在河流的中段可能存在大量外源性的偶见种细菌输入,而这些细菌在进入河流下段后又无法在种间竞争中胜出,因此在强烈的选择作用下迅速消亡。外源细菌大量涌入的现象,可能与中段的各样点处于地形和土地利用的过渡地带有关。研究区的中段位于华北平原的丘陵地带,与上游盐碱化的坝上高原相比,在土壤类型、理化条件、植被类型等方面均存在较大差异,这些自然条件的差异会增加河流的其他外源性细菌输入的可能性[34]。

此外,在研究区中段各样点周边的河岸带缓冲区中,耕地和建设用地所占的比例与林地基本相当。已有研究表明,在农业土壤中,不同的作物种植、农药和化肥的使用,以及机械化翻动土壤等做法,会改变土壤的理化性质,从而改变了土壤细菌群落及其生态功能这一变化使得农业土壤与近自然植被覆盖下的土壤内的细菌群落结构间存在显著差异,从而对随地表径流进入水体的外源性细菌输入产生影响[35—36]。因此,河流中段样点Chao1丰富度指数的异常升高,可以认为是自然条件差异以及土地利用类别发生变化后的综合影响结果。

在将硝酸盐氮和电导率作为控制变量后,建设用地占比的欧式距离矩阵与群落Bray-Curtis距离矩阵间的相关性不再显著,这说明土地利用结构的改变对外源性营养输入有着重要影响。在建设用地占比较多的地区,其郊区城乡交错带种土地利用的变化剧烈[37],导致了含氮物质排放的增加。这对总氮输出浓度和硝酸盐氮输出浓度有显著源作用[38]。在滦河干流中上游沿岸,建设用地(包括旱地、居民地)的占比与距源头距离并不存在线性关系,这说明城镇的分布虽然有越向下游越多的趋势,但其分布并不是完全成线性的,而这可能就是导致如上现象的原因。这也解释了氮指标在以距源头距离作为控制变量后,仍与浮游细菌群落结构间仍存在显著相关的原因。

在将溶解氧、总磷、高锰酸盐指数、温度和总悬浮颗粒作为控制变量后,建设用地占比的欧式距离矩阵与群落Bray-Curtis距离矩阵间的相关性依然显著(P<0.05),这表明建设用地与这些变量对群落结构的影响并不重合。在将距源头距离、总氮、氨氮、pH、叶绿素a、流速作为控制变量后,建设用地占比的欧式距离矩阵与群落Bray-Curtis距离矩阵间在α=0.05的显著性水平下不再呈显著相关,但仍在α=0.1的显著性水平下呈显著相关,表明建设用地除了通过影响以上诸因子间接影响浮游细菌群落外,还可能通过其他效应影响着浮游细菌群落。

土地利用变化,特别是城市化会改变河流栖息地的局部物理条件,例如,使河流河段遭受泥沙侵蚀或沉积、电导率升高、温度变化或其他环境胁迫[10—11]。此外,集水区的不透水地表占比(Watershed% IC)与城市化地区河流中的细菌群落关系密切,在土地利用结构向城市化转变的过程中,地表不透水层的扩大切断或改变了水源河流与地下水的供应,从而影响到细菌通过径流进入河流[39]。不同类型的土地利用,由于其物质循环和能量流动的差异,也可能向水体输出不同种类的菌种。与人畜病原体、肠道细菌和塑料降解功能等有关的菌种,会随着一部分基础设施(如流域内的渗漏管道)等被直接输送到城市化程度高的河流中[40]。

4 结论

(1)滦河中上游的浮游细菌群落α-多样性较高,细菌种类较为丰富。沿河流方向,β-变形菌纲和拟杆菌门相对丰度逐渐增加,放线菌门和γ-变形菌纲相对丰度保持稳定,其他门类细菌的相对丰度则随距源头距离的增加而逐渐降低。最终在下游形成了主要由β-变形菌纲、拟杆菌门、放线菌门占优势地位的群落结构,与传统研究中的湖泊细菌群落的组成类似。

(2)滦河中上游的浮游微生物群落组成受距源头距离(营养滞留时间)、氮磷营养盐的综合影响。其中距源头距离与细菌群落的是影响滦河中上游细菌群落结构的主要因素,很可能是伴随着细菌滞水时间增加而随之发生的群落演替过程。总氮、氨氮和硝酸盐氮是影响滦河中上游群落结构的重要因素,且其分布存在空间异质性,这是由于建设用地的空间异质性分布导致的。

(3)建设用地占比对滦河中上游的浮游微生物群落组成存在显著相关性。建设用地通过影响河流的水温和理化指标,对浮游微生物群落产生复杂影响。该结果可为河流水生态保护和流域土地利用结构优化提供科学依据。