填海工程对海洋沉积物微生物群落的影响

填海工程对海洋沉积物微生物群落的影响

王众 孙尧 刘楠

国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站 066000

摘要：　围海造地是一个有效制造平地作为城市发展的方法，也是沿海地区缓解土地供求矛盾、扩大发展空间的有效手段，具有巨大的社会效益和经济效益。在这一背景下，沿海各地纷纷把发展的空间推向海洋，兴起了围填海造地热潮。频繁的填海活动导致了严重的后果，如生态系统破坏、地质灾害以及海洋环境质量恶化等（。大规模工程建设和围填海活动改变了海岸、海湾和河口的自然形态，从而引发水动力环境、冲淤环境等变化，进而引起重大的生态问题。为了解海域微生物的群落结构和空间差异，探究其与环境的潜在联系，选择某地区海域，设置海域生态监测站，以期为我国海洋工程建设的环境管理提供技术支撑。

１研究方法

１．１样品采集

围绕某地区绿色石化基地建设施工现场（大、小鱼山岛）及其周边海域，设置了１０个海域生态监测站位。２０１６年５月，利用专业海洋调查船“浙海环监”号，用静力式采泥器采集各站位沉积物，取表层（５ｃｍ）泥样于灭菌的１０ｍＬ冻存管中，－８０℃冷冻保存并带回实验室。

1.2数据分析

1.2.1质量控制

原始测序数据首先应用ｐｅｒｌ脚本进行质量过滤，切除３＇端质量值低于Ｑ１５的碱基；再用Ｆｌａｓｈ软件对序列切除低质量的序列进行拼接，保留拼接后的长序列，即去除未拼接的序列；然后用ｃｕｔａｄａｐｔ软件，从长序列去除引物序列（最多两个错配）；最后保留序列长度≥３５０ｂｐ，没有模糊碱基Ｎ的序列。

1.2.2数据统计

对获取的ＯＴＵ及种类组成数据，结合环境因子，应用ＳＰＳＳ软件计算Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数并绘制热图；应用Ｒ语言Ｖｅｇａｎ程序包进行主成分（ＰＣＡ）分析，展示微生物群落的结构和空间差异；应用Ｐａｓｔ软件进行典型关联（ＣＣＡ）分析，探究其与环境的潜在联系。

2结果与分析

按描述的方法开展研究海域底质环境调查，其中几项主要因子监测结果如表１

通过计算微生物门类组成与环境因子间Ｐｅａｒ－ｓｏｎ相关系数并绘制热图，发现一些微生物门类的组成和分布与主要环境因子具有较明显的相关关系。奇古菌、黏胶球形菌和Ｐ－ＳＲ１与石油类、砷、铅、镉等重金属呈显著负相关。反映出这些类群微生物对特征污染物的指示意义，也反映了其对典型污染物的潜在降解或吸附能力。

３讨论

３．１变形菌是我国近海沉积物的优势类群

海洋沉积物微生物群落是其生态系统的重要组成部分，在海洋碳、氮、磷和硫等生源要素的矿化和循环中具有关键作用。在高压、高盐的特殊生境下，沉积物中更可能富集功能特异的微生物类群。有研究表明，海洋微生物可能高达１０００万种。众多学者对我国近海沉积物微生物群落进行了研究，孙静等同样利用高通量测序技术，对我国黄东海近海海域沉积物样品原核微生物群落结构及多样性进行研究，共获得７４个门类，其中变形菌门、浮霉菌门和泉生古菌门的占比相对较高，分别占总数的４４％、１１．２％和９％。众多学者利用ＰＲＣ－ＤＧＧＥ等相关技术对我国近海海域进行了表层沉积物多样性研究，发现变形菌门在黄海、东海、椒江口和胶州湾海域沉积物样品中均是最大的优势类群。相对而言，对某地区海域的海洋沉积物细菌群落研究就较少，何建瑜等对某地区沿岸海底沉积物样品进行了可培养菌及非培养细菌群落的研究，发现厚壁菌门和变形杆菌门是两大优势类群；尹冰玉等对某地区枸杞岛海藻场沉积物样品进行细菌多样性分析，认为变形细菌门、厚壁菌门、放线菌门、绿屈挠菌门和酸杆菌是其主要类群。

３．２填海工程改变了微生物群落多样性

从门水平上看，变形菌门在各站位均表现出明显优势，而其它主要门类如放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌、拟杆菌门和泉古菌在我国近海沉积物微生物群落中均有报道。从属水平上看，Ｇａｍｍａｒ变形菌在各站位中均是最主要的优势菌，这与Ｌｉｕ等对我国北部边缘海沉积物细菌和古菌群落的研究结果一致；Ｋａｗａｈａｒａ等在Ｓａｇａｍｉ湾研究有机物富集梯度对海洋养殖场沉积物细菌群落影响时发现，相对污染严重的测点，Ｇａｍｍａｒ变形菌在未受污染影响的测点检出频率更高；相反，Ｄｅｌｔａｒ变形菌在受污染测点的相对丰度最高。本研究海域位于正在建设中的大型石化工程鱼山岛周边海域，且受到附近长江、钱塘江和甬江入海径流影响，从图２可知，有机碳以及多种重金属在上述入海口附近区域均形成了高值区，底栖生物和微生物的ＯＴＵ数量在此形成了低值区。本次研究显示，调查海域由于项目建设及周边入海河流影响，海域环境质量受人类活动对海域微生物群落组成的影响较大、污染相对较严重，一定程度上造成了调查海域Ｄｅｌｔａｒ变形菌成为微生物群落主要种类之一。从海域微生物群落各测点中，测得这两个测点的细菌群落组成与其它测点存在较大差异。可以发现，测点紧临鱼山岛，直接面对围填海工地。海洋微生物的组成及其多样性与环境温度、季节、深度等环境条件相关。围填海工程可以改变海洋的理化环境，引起海洋生态系统的结构和功能变化。围填海造成河口、海湾的潮流动力减弱，导致附近海区浮游植物、浮游动物、鱼类多样性普遍降低，引起优势种和群落结构的变化。

综上所述，已有众多学者就围填海工程对海域浮游植物、浮游动物和底栖生物的生态影响进行了调查研究；但研究围填工程对微生物群落影响的非常少，Ｈｕａ等使用Ｉｌｌｕｍｉｎａ测序技术，采集不同年代的江苏省围垦区潮间带土壤样品，研究其细菌群落组成，发现所有样品中优势菌均为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、绿弯菌和浮霉菌，但随着时间推移，开垦活动极大地改变了潮间带细菌群落结构，特别是一些典型的海洋细菌消失，而其他细菌逐渐增加。

３．３底泥重金属对微生物群落结构影响显著

吴玲等和钱玮等采用荧光定量ＰＣＲ及ＰＣＲ－ＤＧＧＥ等方法对太湖细菌群落结构进行研究，发现环境中的总氮、总磷和ＴＯＣ含量是影响水体和沉积物微生物群落丰度的重要因素。与此类似，本研究通过ＣＣＡ排序分析微生物门类多样性与环境因子的相关性，发现有机碳、砷和底栖生物对微生物门水平的群落分布具有显著性影响。

可以发现，由于入海河流的影响，有机碳和砷在调查海域的东北部浓度影响高于其它海域；受此影响，细菌ＯＴＵ数量在海域的东北部形成了一个低值区。

4结束语

综合以上可以认为，无论是海洋沉积物还是淡水湖的底泥，有机营养盐是影响其微生物群落组成的重要因素。分析了河流河口底泥微生物群落结构和多样性对底泥重金属污染的响应，发现重金属Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｍｎ和１３８个主要ＯＴＵ显著相关，这些正相关的菌群是土壤重金属污染修复的重要微生物种质资源。因此可以判定铜、镉、铅等重金属与多种微生物存在着显著相关性，这种特征对土壤重金属污染指示和污染修复有重要意义。

参考文献

[1]崔磊，吕颂辉，董悦镭，等，２０１７．围填海工程对淇澳岛附近水域环境因子与生物群落的影响［Ｊ］．热带海洋学报，３６（２）：９６－１０５．

[2]杜萍，刘晶晶，沈李东，等，２０１２．Ｂｉｏｌｏｇ和ＰＣＲ－ＤＧＧＥ技术解析椒江口沉积物微生物多样性［Ｊ］．环境科学学报，３２（６）：１４３６－１４４４．

[3]付新华，刘国宁，何健龙，等，２０１７．山东省渤海海洋保护区典型海域表层海水微生物群落多样性分析［Ｊ］．海洋科学，４１（１）：３９－４７．

[4]何建瑜，刘雪珠，赵荣涛，等，２０１３．东海表层沉积物纯培养与非培养细菌多样性［Ｊ］．生物多样性，２１（１）：２８－３７．