回用景觀水菌藻群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境響應(yīng)

徐玲娥,劉書(shū)敏,路麗君

(1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江杭州 311100;2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092;3.常州市排水管理處,江蘇常州 213017)

城市污水處理后的再生水作為重要的水資源之一,具有流量大、穩(wěn)定及不受自然因素制約的特點(diǎn),污水處理后回用景觀水既節(jié)約了淡水資源,同時(shí)具有顯著經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[1]。我國(guó)對(duì)于再生水回用的工程實(shí)踐源于應(yīng)對(duì)北方水資源短缺及污染問(wèn)題,目前多個(gè)景觀再生水回用工程已分別在多個(gè)城市開(kāi)展,然而當(dāng)前工程回用規(guī)模及處理效果與西方國(guó)家存在一定差距[2]。2015年頒布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出,缺水及水污染嚴(yán)重地區(qū)城市的生態(tài)景觀用水要優(yōu)先使用再生水,逐步加大了再生水回用工程應(yīng)用及推廣需求[3],因而同步地對(duì)回用水的生態(tài)影響評(píng)價(jià)提出更高要求。

然而,再生水回用景觀水體存在一定的環(huán)境問(wèn)題,其中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽引發(fā)的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題尤為突出[4-5]。我國(guó)制定了《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921—2002)的排放標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定氨氮質(zhì)量濃度<5.0mg/L,TP質(zhì)量濃度<0.5mg/L,TN質(zhì)量濃度≤15mg/L,但相較于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的Ⅴ類水體氮、磷限值(氨氮質(zhì)量濃度<2.0mg/L,TP質(zhì)量濃度<0.4mg/L)仍然較高。再生水的氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素本底值較高,增加了景觀水水華暴發(fā)潛在風(fēng)險(xiǎn)[6]。因此,如何安全并穩(wěn)定地將再生水回用城市景觀水體,如何最大程度降低再生水回用過(guò)程中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性,成為再生水是否可大規(guī)?；赜玫年P(guān)鍵。

以往較多研究集中于再生水水質(zhì)的污染情況,已有較多學(xué)者對(duì)水體有機(jī)物、無(wú)機(jī)物[7]、生物毒性[8]、遺傳毒性[9]的含量與性質(zhì)進(jìn)行分析。較少研究對(duì)回用景觀水體的浮游藻類、細(xì)菌及二者對(duì)水質(zhì)的響應(yīng)進(jìn)行分析。水體浮游藻類、細(xì)菌作為水生食物網(wǎng)的重要組成部分,在水生態(tài)系統(tǒng)中作為生產(chǎn)者和分解者發(fā)揮協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)作用[10-11],通過(guò)參與水體生態(tài)系統(tǒng)的重要元素循環(huán)[12],促進(jìn)系統(tǒng)水體、植物、動(dòng)物及沉積物的物質(zhì)及能量交換[13],在維持生態(tài)系統(tǒng)功能和健康中發(fā)揮重要作用[14]。對(duì)于二者的檢測(cè)和分析有助于對(duì)再生水回用生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià),進(jìn)而從生態(tài)系統(tǒng)健康角度出發(fā),為再生水回用的水質(zhì)及水量的確定提供參考依據(jù)。

鑒于此,該項(xiàng)目于2022年7月對(duì)常州江邊污水處理廠再生水回用的濕地及河道水質(zhì)進(jìn)行調(diào)研,通過(guò)顯微鏡檢對(duì)浮游藻類進(jìn)行了定性、定量觀測(cè),對(duì)浮游細(xì)菌采用了16S rDNA高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)分析再生水回用濕地及河道的水質(zhì)水平、浮游菌藻的群落結(jié)構(gòu)特征及對(duì)水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系,旨在對(duì)再生水回用景觀水體后的浮游菌藻的響應(yīng)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文項(xiàng)目結(jié)果將為再生水回用景觀水環(huán)境的保護(hù)與管理提供理論依據(jù),同時(shí)為相關(guān)職能部門(mén)的決策實(shí)施提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置概況

再生水回用補(bǔ)水來(lái)自常州市江邊污水處理廠,規(guī)模為4×104m3/d的再生水輸送常州高鐵公園和東風(fēng)大溝生態(tài)補(bǔ)水后流入藻江河。補(bǔ)水路徑共有兩條:一條為再生水補(bǔ)水常州高鐵公園,濕地補(bǔ)水流量為1.5×104m3/d,濕地出水流入東風(fēng)大溝;另一條路徑為再生水直接補(bǔ)水東風(fēng)大溝,補(bǔ)水流量為2.5×104m3/d,且東風(fēng)大溝為斷頭浜,補(bǔ)水提高了河道水體流動(dòng)性。本次水質(zhì)調(diào)查采樣點(diǎn)分別布設(shè)在常州市高鐵生態(tài)濕地公園(ST1～ST3)、東風(fēng)大溝(ST4～ST5)、藻江河西支(ST6～ST8)。其中,高鐵公園生態(tài)湖泊水域面積為1×105m2,東風(fēng)大溝河道長(zhǎng)約為1.4 km,寬約為20 m,藻江河西支河道長(zhǎng)約為1.3 km,寬約為20 m。采樣時(shí)間為2022年7月,采樣點(diǎn)布設(shè)概況如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目采樣點(diǎn)分布

1.2 樣品采集與水質(zhì)理化指標(biāo)測(cè)定

水體樣品采集使用柱狀采樣器采取0～0.5 m表層水2 L,每個(gè)樣點(diǎn)平行采樣3次。采用多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀(YSI EXO)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、pH;采用SAN++連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定TP、TN和氨氮質(zhì)量濃度;采用重鉻酸鉀回流法測(cè)定化學(xué)需氧量(CODCr);采用分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素a(Chl-a)質(zhì)量濃度;采用賽氏盤(pán)測(cè)定水體透明度(SD)。

1.3 浮游藻類的采集與鑒定

浮游植物樣品采集完成后,用魯哥試劑立即固定100 mL水樣,計(jì)數(shù)方法采用倒置顯微鏡計(jì)數(shù)法。采用視野法觀察100個(gè)視野,確定藻類細(xì)胞數(shù)量,通過(guò)測(cè)量直徑、高度等近似的幾何圖形來(lái)計(jì)算藻類體積,確定藻類生物量。

1.4 DNA提取和高通量測(cè)序

根據(jù)E.Z.N.A.?soil DNA kit (Omega Bio-tek, Norcross, GA, U.S.)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行微生物群落總DNA抽提,使用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA的提取質(zhì)量,使用NanoDrop2000測(cè)定DNA濃度和純度;使用338F (5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)對(duì)16S rRNA基因V3～V4可變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。每個(gè)樣本3個(gè)重復(fù)。利用Illumina公司的MiSeq PE300平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 生物信息學(xué)分析

使用Fastp軟件[15]對(duì)原始測(cè)序序列進(jìn)行質(zhì)控,并使用Flash軟件[16]進(jìn)行拼接。使用Uparse軟件[17]根據(jù)97%的相似度[18]對(duì)序列進(jìn)行OTU聚類并剔除嵌合體。利用RDPclassifier[19]對(duì)每條序列進(jìn)行物種分類注釋,比對(duì)Silva 16S rRNA數(shù)據(jù)庫(kù)(v138),設(shè)置比對(duì)閾值為70%。

1.5.2 生物多樣性分析

浮游藻類的生物多樣性指數(shù)選擇歧異度指數(shù)Shannon-Wiener指數(shù)來(lái)表示,基于物種數(shù)量反映群落種類多樣性。微生物群落的豐富度和多樣性通過(guò)單樣本的Alpha多樣性分析反映,本次分析將Ace指數(shù)作為反映群落多樣性的指數(shù)。

1.5.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

通過(guò)計(jì)算綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)對(duì)回用水體的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用冗余分析(redundancy analysis,RDA)進(jìn)行環(huán)境因子約束性分析,描述樣本分組與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系,浮游藻類、浮游細(xì)菌與環(huán)境因子的相關(guān)性分析均采用了該方法。采用相關(guān)性Heatmap分析,描述環(huán)境因子與特定浮游細(xì)菌物種相關(guān)關(guān)系。相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析分別基于R(version 3.3.1)的vegan包、heatmap包來(lái)分析,并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生水回用水體理化性質(zhì)

采集分布于再生水回用水體的8個(gè)采樣點(diǎn)(ST1～ST8)水樣,對(duì)其進(jìn)行理化檢測(cè),并采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分析(表1)。結(jié)果表明:濕地(ST1～ST3)的氨氮質(zhì)量濃度為0.13～0.31mg/L,TN質(zhì)量濃度為0.75～0.85mg/L,TP質(zhì)量濃度為0.09～0.15mg/L,CODCr質(zhì)量濃度為12～16mg/L,滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)。河道(ST4～ST8)的氨氮質(zhì)量濃度為0.90～1.38mg/L,河道TP質(zhì)量濃度為0.18～0.33mg/L,CODCr質(zhì)量濃度為11～16mg/L,基本滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002),TN質(zhì)量濃度為2.54～3.17mg/L。

表1 2022年采樣點(diǎn)再生水回用水質(zhì)變化

回用水體的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)采用TLI指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算如式(1)。

(1)

其中:T——TLI指數(shù);

Tj——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);

m——評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù);

Wj——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重,根據(jù)我國(guó)湖泊(水庫(kù))的Chl-a與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系得到。

根據(jù)本次檢測(cè)濕地及河道(ST1～ST8)TLI分析(表2),結(jié)果表明:回用濕地(ST1～ST3)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),水質(zhì)水平良好;回用河道水體(ST4～ST8)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)集中為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),水質(zhì)水平為輕度污染。

表2 濕地及河道水質(zhì)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)相關(guān)關(guān)系

2.2.1 浮游藻類群落結(jié)構(gòu)組成

本次調(diào)查共檢出浮游藻類52種。其中,綠藻門(mén)和硅藻門(mén)物種數(shù)占比最高(17種),藍(lán)藻門(mén)為8種,裸藻門(mén)為5種,甲藻門(mén)為2種,隱藻門(mén)為2種,金藻門(mén)1種。各采樣點(diǎn)的物種數(shù)各有不同,最高為25種,最低為11種;總體上為ST8>ST5>ST7>ST3=ST4>ST6>ST2>ST1。在藻類密度水平上(圖2),藍(lán)藻門(mén)在各個(gè)采樣點(diǎn)所占的比例較高,其次為硅藻門(mén)和綠藻門(mén),各采樣點(diǎn)的藻類密度在1.08×106～4.37×106L-1,其中ST5最高,ST4最低,8個(gè)采樣點(diǎn)平均值為2.25×106L-1。在浮游藻類生物量水平上,藻類生物量在0.82～4.82mg/L,其中ST5最高,ST1最低,8個(gè)采樣點(diǎn)平均值為2.58mg/L。生物量趨勢(shì)與密度趨勢(shì)不一致,主要與不同物種的體積、質(zhì)量有關(guān)?？傮w上硅藻門(mén)在各個(gè)采樣點(diǎn)所占的比例較高,尤其在ST2和ST3。在東風(fēng)大溝(ST4、ST5)采樣點(diǎn)裸藻門(mén)浮游藻類相比其他點(diǎn)位占比較高。

圖2 項(xiàng)目點(diǎn)位藻類密度及生物量變化

2.2.2 浮游藻類生物多樣性分析

生物多樣性指數(shù)反映了各物種種群數(shù)量的變化情況,生物多樣性指數(shù)越大,說(shuō)明群落內(nèi)物種數(shù)量分布越均勻,相應(yīng)的水質(zhì)狀況越好。本次生物多樣性指數(shù)選擇歧異度指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù),H′)來(lái)表示,計(jì)算如式(2)。

(2)

其中:S——種數(shù);

ni——i種的個(gè)體數(shù);

N——總個(gè)體數(shù)。

當(dāng)H′<1.0時(shí),表示水體重污染;當(dāng)1.0≤H′<2.0時(shí),表示水質(zhì)類型為α-中污染;當(dāng)2.0≤H′<3.0時(shí),表示水質(zhì)類型為β-中污染;當(dāng)3.0≤H′<4.0時(shí),表示水質(zhì)類型為輕污染;當(dāng)H′≥4.0時(shí),表示水質(zhì)為清潔狀態(tài)。

Shannon-Wiener指數(shù)結(jié)果表明(表3),各采樣點(diǎn)多樣性都非常低,大都處于α-中污染或β-中污染狀態(tài),表明群落豐富度和均勻度均處于較低水平。其中,ST2位點(diǎn)的生態(tài)多樣性最低,為重污染水平。

表3 各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)

2.2.3 優(yōu)勢(shì)浮游藻類與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系

對(duì)檢測(cè)時(shí)段內(nèi)各點(diǎn)位浮游藻類按照生物量占比≥1%出現(xiàn)的條件進(jìn)行篩選,總計(jì)篩選4個(gè)門(mén)類16種浮游藻類優(yōu)勢(shì)種(表4)。分析浮游藻類優(yōu)勢(shì)種生物量與環(huán)境因子之間的關(guān)系,先進(jìn)行除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析法(DCA)分析,結(jié)果顯示軸最大梯度值均小于3,因此,選用RDA分析方法(圖3)。該分析結(jié)果表明,第一軸解釋率為36.84%,第二軸解釋率為23.87%,說(shuō)明分析結(jié)果較高,可信度較好。RDA分析結(jié)果顯示:ST1～ST8采樣點(diǎn)中,藍(lán)藻門(mén)束絲藻(Aphanizomenonflosaquae)生物量與TN、氨氮、TP呈正相關(guān)關(guān)系;裸藻門(mén)的陀螺藻(Strombomonassp.)和金藻門(mén)的魚(yú)鱗藻(Mallomonassp.)生物量與TN呈正相關(guān);硅藻門(mén)的尖針桿藻(Synedra.acus)、輻節(jié)藻(Stauroneissp.)、羽紋藻(Pinnulariasp.)生物量與水體TN、氨氮呈負(fù)相關(guān)。該結(jié)果表明,再生水回用到自然水體之后,藍(lán)藻生長(zhǎng)受到氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的影響較大,而對(duì)硅藻的影響不明顯。

表4 再生水回用7月浮游藻類優(yōu)勢(shì)種

圖3 浮游藻類優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子RDA的排序

2.3 浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)相關(guān)關(guān)系

2.3.1 浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成

對(duì)再生水回用濕地和景觀河道樣本浮游細(xì)菌進(jìn)行測(cè)序后,共檢測(cè)出2 093個(gè)OTU,分布于41門(mén)、108綱、262目、422科、768屬、1 297種。不同點(diǎn)位再生水回用水體中浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在差異(圖4),在門(mén)水平上,物種豐度位于前9位的門(mén)占據(jù)了物種總豐度的99%,其中相對(duì)豐度排名前4位的變形菌門(mén)(Proteobacteria)、放線菌門(mén)(Actinobac-teriota)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidota)、藍(lán)細(xì)菌門(mén)(Cyanobacteria)約占據(jù)了物種總豐度的90%。在綱水平上,對(duì)物種豐度位于前12位的具有代表性的細(xì)菌綱水平進(jìn)行物種分析,γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)相對(duì)豐度在15.90%～45.60%,放線菌綱(Actinobacteria)相對(duì)豐度在8.09%～26.79%,擬桿菌綱(Bacteroidia)相對(duì)豐度在7.00%～25.41%,藍(lán)藻細(xì)菌綱(Cyanobacteriia)相對(duì)豐度在1.7%～21.56%,α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)相對(duì)豐度在6.90%～13.35%。

圖4 再生水回用水體細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成

2.3.2 浮游細(xì)菌生物多樣性分析

Ace指數(shù)是通過(guò)分析群落中的OTU數(shù)目反映群落豐富度。如圖5所示,坐標(biāo)軸橫軸代表項(xiàng)目水體采樣點(diǎn)位ST1～ST8,縱坐標(biāo)代表了Ace生物多樣性指數(shù),通過(guò)Ace指數(shù)分析發(fā)現(xiàn),ST6～ST7藻江河西支河段群落豐富度較高,ST1～ST3高鐵公園濕地豐富度次之,ST4～ST5東風(fēng)大溝點(diǎn)位群落豐富度最低。

圖5 水體樣點(diǎn)Ace多樣性指數(shù)

2.3.3 浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系

將細(xì)菌群落屬水平物種豐度與環(huán)境因子進(jìn)行RDA相關(guān)性分析(圖6),結(jié)果表明,不同環(huán)境因子對(duì)再生水回用的細(xì)菌群落豐度相關(guān)關(guān)系存在差異。RDA分析結(jié)果第一軸解釋率為76.06%,第二軸解釋率為12.92%,說(shuō)明分析結(jié)果較高可信度較好。高鐵生態(tài)公園(ST1～ST3)浮游細(xì)菌群落豐度與DO、pH呈正相關(guān),與TN、氨氮、TP呈負(fù)相關(guān);東風(fēng)大溝(ST5)浮游細(xì)菌群落豐度與TN、氨氮、TP呈正相關(guān),與CODCr、DO、pH呈負(fù)相關(guān),ST4浮游細(xì)菌群落豐度與CODCr呈負(fù)相關(guān);藻江河西支(ST6～ST8)與TN、氨氮、TP呈正相關(guān),與DO、pH呈負(fù)相關(guān)。

圖6 水庫(kù)浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的RDA分析(屬水平)

為了進(jìn)一步探索浮游細(xì)菌豐度與環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系(圖7),通過(guò)Spearman相關(guān)性分析計(jì)算水體環(huán)境因子與細(xì)菌豐度前50位的綱水平的相關(guān)性。結(jié)果表明:Negativicutes綱豐度與pH呈顯著負(fù)相關(guān),彎曲桿菌綱(Campylobacteria)、Negativicutes綱與DO呈顯著負(fù)相關(guān),Chlamydiae綱與SS呈顯著正相關(guān),嗜熱油菌綱(Thermoleophilia)與CODCr呈顯著正相關(guān),γ-變形菌綱與TN呈顯著正相關(guān),芽單胞菌綱(Gemmatimonadetes)、Syntrophobacteria綱、Kryptonia綱與TN呈顯著負(fù)相關(guān),彎曲桿菌綱與氨氮呈正相關(guān),彎曲桿菌綱、梭桿菌綱(Fusobacteriia)與TP呈正相關(guān)。

圖7 樣本物種(綱水平)與環(huán)境因子相關(guān)性Heatmap圖

3 討論

3.1 再生水回用水體水質(zhì)分析

通過(guò)對(duì)再生水回用水體斷面進(jìn)行理化因子檢測(cè)并進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià),結(jié)果表明:回用濕地水質(zhì)優(yōu)于河道回用水質(zhì)。濕地(ST1～ST3)滿足GB 3838—2002 Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。河道(ST4～ST8)除TN指標(biāo)外基本滿足GB 3838—2002中Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),TN質(zhì)量濃度為2.54～3.17mg/L。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表明,回用于濕地的水體(ST1～ST3)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),水質(zhì)水平良好;回用河道的水體(ST4～ST8)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)集中為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),水質(zhì)水平為輕度污染。

3.2 浮游藻類對(duì)水體理化因子響應(yīng)特征

浮游藻類是水體生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)者,浮游藻類的密度、生物量及優(yōu)勢(shì)種可一定程度上對(duì)水體的污染狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)[27]。通過(guò)對(duì)再生水回用浮游藻類檢測(cè)并分析,結(jié)果表明,回用水體各采樣點(diǎn)浮游藻類密度和生物量均相對(duì)較低,尤其在再生水回用的起始點(diǎn)位最低,隨后沿補(bǔ)水路徑依次上升。藻類密度:ST5>ST2>ST6>ST8>ST1>ST7>ST3>ST4,其中,ST4點(diǎn)位藻類密度最低,而ST4點(diǎn)位為靠近再生水大量補(bǔ)水最近的檢測(cè)斷面,分析原因?yàn)樵偕诠芫W(wǎng)輸配或存儲(chǔ)過(guò)程中存在余氯或消毒副產(chǎn)物等,其水質(zhì)特征并不適宜部分浮游藻類生長(zhǎng)[28]。藻類生物量:ST5>ST8>ST4>ST6>ST2>ST3>ST7>ST1,且在生物量水平上硅藻門(mén)藻類優(yōu)勢(shì)種較多,以往研究[29]表明,硅藻占據(jù)優(yōu)勢(shì)種的浮游藻類群落是水質(zhì)污染較輕水體的特征,而藍(lán)綠藻型藻類群落則意味著水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較高。

回用水體的優(yōu)勢(shì)種主要以中心硅藻綱硅藻、小型絲狀藍(lán)藻、綠藻和囊裸藻為主,優(yōu)勢(shì)種均為富營(yíng)養(yǎng)水體常見(jiàn)物種,均為耐污種。綠藻門(mén)的衣藻常在氮、磷較高的水體中占優(yōu)勢(shì),是水體超富營(yíng)養(yǎng)化的潛在指示種,同時(shí)也表明水體可為富營(yíng)養(yǎng)化常見(jiàn)物種提供較好的生存條件,存在水體富營(yíng)養(yǎng)化惡化的趨勢(shì)。此外,裸藻門(mén)的物種多適宜生存在有機(jī)質(zhì)非常豐富的水體,除ST1和ST5檢測(cè)點(diǎn)外,其余點(diǎn)位囊裸藻均占優(yōu)勢(shì),這與點(diǎn)位有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高密切相關(guān)。藻類多樣性指數(shù)分析表明,各位點(diǎn)物種多樣性較低,總體處于α-中污染或β-中污染,個(gè)別位點(diǎn)為重污染狀態(tài)。TLI指數(shù)表明水體呈中營(yíng)養(yǎng)、輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),但藻類物種多樣性卻較低,分析原因這與再生水水質(zhì)特點(diǎn)密切相關(guān),水處理過(guò)程中的消毒工藝會(huì)殘留化學(xué)物質(zhì),抑制部分藻類生長(zhǎng)[30],導(dǎo)致藻類生物多樣性較低,且促使藍(lán)藻及硅藻占據(jù)較大生態(tài)位成為主要優(yōu)勢(shì)藻種[31],增加了受納景觀水的水華暴發(fā)概率。

3.3 浮游細(xì)菌對(duì)水體理化因子響應(yīng)特征

再生水回用水體浮游細(xì)菌主要優(yōu)勢(shì)門(mén)為變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、藍(lán)細(xì)菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)。芽單胞菌門(mén)為土壤中重要細(xì)菌門(mén)之一,且該門(mén)細(xì)菌與浮游藻類密切相關(guān),該門(mén)細(xì)菌可附著在硅藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén)藻類表面[32],該門(mén)細(xì)菌與藻類的協(xié)同競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系有待進(jìn)一步分子水平探究?；赜盟w主要優(yōu)勢(shì)綱為γ-變形菌綱、放線菌綱、擬桿菌綱、藍(lán)藻細(xì)菌綱、α-變形菌綱。這與以往多數(shù)研究[33-34]所鑒定出的典型海洋、湖泊及河流中浮游細(xì)菌優(yōu)勢(shì)類群相似?；赜盟w降低了微生物群落的多樣性,Ace多樣性指數(shù)表明,回用水體浮游細(xì)菌多樣性排序依次為藻江河西支(ST6～ST8)>高鐵公園濕地(ST1～ST3)>東風(fēng)大溝(ST4～ST5)。水體理化因子對(duì)回用水體的浮游細(xì)菌豐度影響具體表現(xiàn)在,高鐵生態(tài)公園(ST1～ST3)浮游細(xì)菌群落豐度與DO、pH具有較強(qiáng)相關(guān)性;東風(fēng)大溝(ST4)作為靠近回用水量最大的檢測(cè)點(diǎn)位,其浮游細(xì)菌豐度與氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽相關(guān)關(guān)系并不顯著,分析原因該點(diǎn)位細(xì)菌多樣性受到尾水消毒產(chǎn)物余氯等影響可能性較大;東風(fēng)大溝(ST5)、藻江河西支(ST6～ST8)與氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽相關(guān)關(guān)系密切。再生水回用景觀水經(jīng)歷了將生化水轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)水的過(guò)程,然而轉(zhuǎn)變過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)的改變機(jī)制以及對(duì)微生物削減污染物功能的影響值得進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1)以再生水為水源補(bǔ)給景觀水可改善水體水質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),本研究中再生水回用至高鐵公園濕地水質(zhì)改善效果優(yōu)于回用至河道。濕地(ST1～ST3)水質(zhì)水平滿足GB 3838—2002 Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。河道(ST4～ST8)水質(zhì)除TN外基本滿足Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)集中為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

(2)再生水的回用可使浮游藻類的豐度和生物量維持在較低水平,且最終形成以硅藻為主要優(yōu)勢(shì)種的藻類群落結(jié)構(gòu)。再生水回用景觀水中調(diào)查出浮游藻類52種,其中綠藻門(mén)和硅藻門(mén)物種數(shù)占比最高(17種),藍(lán)藻門(mén)為8種,裸藻門(mén)為5種,甲藻門(mén)為2種,隱藻門(mén)為2種,金藻門(mén)1種。在浮游藻類密度和生物量水平上,硅藻門(mén)浮游藻類為主要優(yōu)勢(shì)藻,各采樣點(diǎn)的藻類密度在1.08×106～4.37×106L-1。在浮游藻類生物量水平上,生物量在0.82～4.82mg/L。

(3)再生水回用降低了水體微生物多樣性,回用水體浮游細(xì)菌多樣性隨補(bǔ)水路徑逐漸升高,排序依次為東風(fēng)大溝(ST4～ST5)<高鐵公園濕地(ST1～ST3)<藻江河西支(ST6～ST8)。再生水回用水體浮游細(xì)菌主要優(yōu)勢(shì)門(mén)為變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、藍(lán)細(xì)菌門(mén)。與環(huán)境因子的相關(guān)性方面,東風(fēng)大溝(ST5)、藻江河西支(ST6～ST8)與氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽相關(guān)關(guān)系密切,東風(fēng)大溝(ST4)作為靠近回用水量最大的檢測(cè)點(diǎn)位與氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽相關(guān)關(guān)系并不顯著。