朱文宇， 赵 文*， 王天宇， 时 晓， 李 博

(1.大连海洋大学水产与生命学院 辽宁省水生生物重点实验室，辽宁 大连 116023；2.北京市水生野生动植物救护中心，北京 102100)

作为生物群落的重要组成部分，细菌因其庞大的数量和繁杂的种类成为水域生态环境重要的研究对象。浮游细菌在水生态系统的物质循环及能量流动中发挥着极其重要的作用[1-2]。细菌作为分解者既能将有机物分解矿化供浮游植物利用[3]，起到一定净化水体的作用，又能将周围环境中的有机物吸收转化为自身物质，经由浮游动物的捕食作用沿食物链传递给下一营养级[4-5]。而过多的浮游细菌表明水体受污染程度较高[6]。水体特定的理化环境决定着在细菌群落生长和繁殖的同时，细菌代谢过程的产物反过来影响着水体的理化性质[7]。因此细菌在一定程度上反映着水域生态环境的状况[8]，进而被广泛应用于水体污染状况的评价体系[9]。此次调查内容涉及北京市五大水系典型水体浮游细菌数量的时空动态，通过对各水系细菌数量的分布及其变化情况的统计以及与水环境理化指标相关性的分析，以掌握北京市各水系水体浮游细菌状况及其变化规律，为北京水质安全及水域生态环境状况的评价提供资料，并对今后一段时期湖库生态环境的修复及水库水源的保护提供必要的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 水样采集 水样于北京市五大水系(即潮白河水系、大清河水系、永定河水系、北运河水系和蓟运河水系)现场采集获得。依照各个采样点的实际水深情况采集水样，深水区及浅水区分别采集各层混合水样或单层水样，采集后取一定量水样置于100 mL塑料瓶内并立即加入3%无颗粒甲醛摇匀固定，于保温箱内低温保存，带回实验室后存于4 ℃冰箱并在短期内完成计数。

1.1.2 主要仪器及试剂 采水设备为水生80型采水器；抽滤设备为循环水式多用真空泵(SHZ-D(Ⅲ)，河南省予华仪器有限公司)、玻璃过滤器(T-50，天津市津腾实验设备有限公司)；计数设备为蔡司荧光显微镜(Zess，HBO50/AC，德国)；孔径0.2 μm的微孔滤膜(直径25 mm，上海兴亚净化材料厂)；无颗粒甲醛固定液(辽宁泉瑞试剂有限公司)，0.1%吖啶橙染液(国药集团化学试剂有限公司)，荧光显微镜镜油(IMMOIL-F30CC，日本奥林巴斯有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 采样时间及采样点设置 2016年至2018年每年的6月至9月先后对北京相关水系共进行4～6次采样，调查水体共计46个，包括潮白河水系14个水体、大清河水系8个水体、永定河水系10个水体、北运河水系13个水体及蓟运河水系1个水体，涉及各水系的河流、湖泊和水库。

1.2.2 浮游细菌计数 采用荧光显微镜计数法(AODC)[10]进行细菌数量计数,取5 mL固定后经无菌水稀释一定倍数的水样,加入0.5 mL吖啶橙染液染色5 min,过滤至滤膜表面并将滤膜置于载玻片上，滴加无荧光润油，盖上盖玻片计数。在显微镜100×物镜下，统计随机10～15个视野下的细菌数量。浮游细菌密度的计算公式如下：

N=(A×S×n)/(FS×V)[11]

式中：N为水样细菌密度(cell/mL)；A为显微镜每个视野中细菌平均数量(cells)；S为过滤细菌的滤膜过滤面积(cm2)；V为过滤水样体积(mL)；FS为显微镜单个视野面积(cm2)；n为水样稀释倍数。

1.2.3 理化指标测定 测定理化指标包括温度(T)、酸碱度(pH)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、叶绿素a(Chl-a)、总氮(TN)、氨态氮(TAN)、总磷(TP)、可溶性活性磷(ADP)。使用Mettler Toledo便携pH计、水温计现场测定温度、酸碱度及溶解氧；黑白盘法测定水体透明度。采得水样保存在5 L聚乙烯桶内带回，其余理化指标测定均在大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室内完成，各项指标的测定方法及具体步骤参照《养殖水环境化学》[12]。

1.2.4 数据整理与分析 利用Excel 2019对数据结果进行统计整理，通过SPSS19.0进行浮游细菌密度与理化因子间相关性分析。

2 结果与分析

2.1 北京五大水系浮游细菌数量的时空分布

2.1.1 潮白河水系浮游细菌数量分布 潮白河水系各水体浮游细菌数量时间动态见表1。已采集水样点位的结果表明，该水系总体浮游细菌数量变化范围为(0.24～28.46)×104cell/mL，平均值为2.78×104cell/mL。整体上2016年细菌数量低于其他年份，水系细菌数量最大均值出现在2018年9月，达8.20×104cell/mL，最小均值出现在2016年9月，仅为0.29×104cell/mL。各水体细菌数量最大均值为密云水库的12.72×104cell/mL，最小均值为雁栖湖的0.26×104cell/mL。

表1 2016年6月至2018年9月潮白河水系浮游细菌数量分布

2.1.2 大清河水系浮游细菌的数量分布 大清河水系各水体浮游细菌数量时间动态见表2。该水系总体浮游细菌数量变化范围在(1.34～64.00)×104cell/mL，平均值为7.46×104cell/mL。水系细菌数量在2017年到2018年6月呈下降趋势，最大数量出现在2018年9月，达到16.53×104cell/mL，最小数量为2018年6月的1.44×104cell/mL。各水体平均细菌数量最大为小清河的20.01×104cell/mL，最小为青龙湖1的2.76×104cell/mL。

表2 2017年6月至2018年9月大清河水系浮游细菌数量分布

2.1.3 永定河水系浮游细菌的数量分布 永定河水系各水体浮游细菌数量时间动态见表3。该水系总体浮游细菌数量变化范围为(0.17～6.77)×104cell/mL，平均值为2.99×104cell/mL。水系浮游细菌数量最大值出现在2017年9月，为4.24×104cell/mL，最小值为2018年6月的2.00×104cell/mL，各水体细菌数量平均值最大为沙河水库4.89×104cell/mL，最小为斋堂水库的0.17×104cell/mL。

表3 2017年6月至2018年9月永定河水系浮游细菌数量分布

2.1.4 北运河水系浮游细菌的数量分布 北运河水系各水体浮游细菌数量时间动态见表4。该水系总体浮游细菌数量变化范围为(0.24～64.00)×104cell/mL，平均值为6.21×104cell/mL。水系细菌数量最大值出现在2018年9月，达12.79×104cell/mL，最小为2018年6月的3.43×104cell/mL。其中龙潭公园平均数量最大，达19.32×104cell/mL，最小的清河仅2.84×104cell/mL。

表4 2017年6月至2018年9月北运河水系浮游细菌数量分布

2.1.5 蓟运河水系金海湖浮游细菌的数量分布 蓟运河水系浮游细菌数量时间动态见表5，该水系仅对金海湖水库进行调查，细菌数量变化范围为(0.80～112.00)×104cell/mL，平均值为11.91×104cell/mL。2017年至2018年6月水系整体细菌数量呈下降趋势，细菌数量最大值出现在2018年9月，达38.67×104cell/mL，最小值为2018年6月的2.21×104cell/mL。各点位细菌数量最大为金海湖1的29.62×104cell/mL，最小为金海湖2的2.45×104cell/mL。

表5 2017年6月至2018年9月蓟运河水系金海湖浮游细菌数量分布

2.2 北京市五大水系理化指标的时间动态

五大水系水环境理化指标的时间动态见表6。由于水样采集在6月和9月进行，集中在夏秋季节，测得水温各水系均较高，平均水温最高的永定河水系达到(26.38±1.61) ℃，最低的潮白河水系也有(25.03±1.85) ℃；各水系pH均稳定在弱碱性状态，平均pH值最高的永定河水系为8.87±0.13，最低的大清河水系8.30±0.48；DO各水系差异较大，潮白河水系、永定河水系和蓟运河水系DO峰值均出现在2018年6月，大清河水系2017年9月达到峰值，而北运河水系2017年6月为最大值，DO均值最高为大清河水系的(10.41±2.90) mg/L，最低是潮白河水系(6.87±1.19) mg/L，总体达到地表水环境质量标准的Ⅰ～Ⅱ类水质标准[13]；潮白河水系、永定河水系和北运河水系COD变化趋势一致，从2017年6月降至9月的最低值，并在2018年6月转为最高值后再次下降，各水系COD均值均符合Ⅰ类水质标准[13]；Chl-a大清河水系在2018年6月达到峰值，其余水系峰值均出现在2018年9月，且各水系Chl-a总体上2018年高于2017年；TN平均值最高为大清河水系(1.38±0.25) mg/L，最低则是永定河水系(1.20±0.44) mg/L，均属Ⅳ类水质[13]；各水系TAN差异较大，但在2018年均符合低于0.15 mg/L的Ⅰ类水质标准限制水平；TP含量2018年除蓟运河水系外均呈现6月<9月的趋势，平均值最大的潮白河水系达(0.48±0.97) mg/L，与最低的蓟运河水系(0.05±0.03) mg/L间相差近九倍；大清河水系、永定河水系和北运河水系ADP均呈现出先降低再升高的趋势，蓟运河水系则较稳定地维持在0.01 mg/L，潮白河水系处于波动状态。

表6 北京市五大水系总体理化指标的时间动态

续表6

2.3 浮游细菌密度与理化因子的相关性分析

表7为各水系水体浮游细菌密度与理化因子间相关性分析结果。五大水系浮游细菌数量与各理化因子间的相关关系存在一定差异，部分水系浮游细菌数量受多种理化因子的影响。各水系浮游细菌密度与水体温度、pH、DO和COD间均未表现出显著相关性。大清河水系浮游细菌密度与TN(P<0.05)间呈显著相关性，与TP(P<0.01)和ADP(P<0.01)间正相关性则达到极显著水平；永定河水系浮游细菌密度与TAN(P<0.05)和TP(P<0.05)间呈显著正相关性，而与ADP(P<0.01)间呈极显著正相关性；蓟运河水系仅Chl-a(P<0.05)与浮游细菌密度间表现出显著正相关性；而潮白河水系及北运河水系细菌密度则与各理化因子均无显著相关性。

表7 五大水系水体浮游细菌密度与环境因子相关性分析

3 讨 论

经调查统计发现，各水系浮游细菌的数量变化分别为潮白河水系(0.24～28.46)×104cell/mL，大清河水系(1.34～64.00)×104cell/mL，永定河水系(0.17～6.77)×104cell/mL，北运河水系(0.24～64.00)×104cell/mL，蓟运河水系(0.80～112.00)×104cell/mL。浮游细菌数量均值最高的蓟运河水系达到11.91×104cell/mL，最低的潮白河水系为2.78×104cell/mL。王晓丹等[14]曾对密云水库水体细菌密度进行过调查研究，结果显示其每毫升细菌数量基本在104数量级，与本次调查结果较接近。近年来不少学者对水体浮游细菌做过相关调查，如新疆博斯腾湖的细菌密度为(1.41～4.57)×106cell/mL[15]，辽宁碧流河水库为(1.01～8.50)×1010cell/mL[16]，对比结果表明北京市五大水系浮游细菌数量总体上呈较低水平。

浮游细菌常被用作反映水体污染情况的生物指标，其数量受水环境中诸多理化因子及生物群落的影响[11,17]。氨态氮是水质状况评价中最常用的重要指标[18]，其可作为水体中重要氮源促进浮游细菌的生长[19]。分析结果表明，与其他水系不同的是永定河水系浮游细菌密度同TAN间表现出显著正相关性，氨氮与细菌丰度间的关系同多种理化因子水平密切相关，浮游细菌在未受其他限制因素影响时，氮磷才能对细菌数量产生显著影响，若理化指标受到影响时，细菌同营养盐间的关系也会发生变化[20]。水体富营养化的主要原因之一是氮、磷等营养盐的过量输入[21]，而浮游细菌的生长和繁殖有赖于对水体中氮、磷元素的吸收，氮磷在营养盐物质循环中发挥着举足轻重的作用[22]，减少氮、磷的输入，在一定程度上可缓解水体污染状况。曾有研究[11,16]发现浮游细菌数量同水体总氮、总磷间存在相关性，而结果显示本研究北京市五大水系中与TN或TP具有显著相关关系的有大清河水系和永定河水系，由于各水系理化状况等具体情况不同，在相关性上存在较大差异。水体中活性磷被认为是藻类生长所能吸收的磷元素的重要存在形式，以可溶性磷酸盐为主[23]。有研究指出，活性磷是影响水体微生物群落的主要环境因素之一[24]，本次调查发现，永定河水系浮游细菌数量与活性磷呈显著正相关性。作为浮游藻类的共有色素，Chl-a水平通常能够反映水体浮游植物的含量[25-26]，因而常被用来评价水体富营养化状况。有学者提出细菌的生长代谢依赖于浮游动植物在水中的溶出有机质[27]，同时细菌本身又可在特定条件下对浮游植物的生长存活产生影响，表明细菌与浮游植物关系密不可分。胡明明等[6]发现云南高原湖库中浮游细菌丰度与Chl-a间存在极显著正相关性，Zhou等[28]对南海北部海域浮游细菌的调查结果也反映了这一状况，调查各水系发现仅蓟运河水系存在这种相关关系，其他水系Chl-a并非是浮游细菌生长的制约条件。

对比分析五大水系浮游细菌数量特征后发现各水系水质状况均较好，其中以永定河水系最优。各水系浮游细菌数量及变化趋势均不相同，浮游细菌数量与特定理化因子间的关系受到理化条件和水环境状况等一系列因素的影响，导致最终相关性分析结果差异较大。水域环境复杂多样，且不同浮游细菌种群受环境因子的影响同样存在差异，需要对细菌群落结构作进一步研究。