松花江流域沉積物ATP微生物量的分布特征

劉 杰，屠 騰，紀(jì)玉蕊，王瑩瑩（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071）

松花江流域沉積物ATP微生物量的分布特征

劉 杰，屠 騰，紀(jì)玉蕊，王瑩瑩*（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071）

分析松花江流域沉積物中三磷酸腺苷（ATP）微生物量的分布，結(jié)果表明，ATP分布具有顯著的空間特征，在河流發(fā)源地及部分城市地區(qū)河流段沉積物中具有高的ATP含量，統(tǒng)計(jì)分析（主成分分析，多元回歸樹分析和響應(yīng)模型分析）表明:ATP是沉積物的主要成分性質(zhì)之一，在本研究所涉及11個(gè)因子中，影響ATP分布變異的第一因子是空間位置（緯度，39.79%），然后是環(huán)境因子（總氮，18.49%；硝氮，16.24%），其中ATP隨緯度呈二次曲線變化（P＜0.001），與總氮呈顯著正相關(guān)（P=0.027），和硝氮呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）.同時(shí)ATP也隨有機(jī)質(zhì)、總磷和海拔的增加而呈增加趨勢(shì)（P＜0.05）.沉積物ATP與多種營(yíng)養(yǎng)元素及其不同形態(tài)具有顯著相關(guān)性，表明通過ATP活性微生物量可以反映水體環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)水平.

松花江；沉積物；微生物；三磷酸腺苷；多元回歸樹分析

沉積物中微生物能夠促進(jìn)河流養(yǎng)分循環(huán)、維持河流生態(tài)平衡和凈化水質(zhì)，同時(shí)，由于微生物對(duì)環(huán)境變化比較敏感，能夠較早地指示生態(tài)系統(tǒng)功能的變化［1］，河流沉積物中微生物的變化能夠反映水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況［2］，而微生物的活性直接反映了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的影響，因此研究了解河流沉積物的活性微生物具有著重要的作用.由于自然界中微生物群落的活性評(píng)估極具復(fù)雜性，而傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法已經(jīng)被證實(shí)在檢測(cè)微生物時(shí)具有很大的局限性（極大地低估了環(huán)境中的微生物量，不能真實(shí)反映微生物的實(shí)際狀況），已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前微生物生態(tài)的研究［3］.作為輔酶及基質(zhì)的三磷酸腺苷（ATP）存在于所有活的微生物細(xì)胞內(nèi)，而在失活的細(xì)胞中迅速分解.在細(xì)胞生物學(xué)中ATP被稱為“能量貨幣”，是表征微生物活性［4］及活性生物量［5，6］的一個(gè)有效、獨(dú)立參數(shù).ATP分析法以其快速、準(zhǔn)確、有效等優(yōu)點(diǎn)在環(huán)境研究中得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用［7-9］，Pedersen等［8］在研究芬蘭Olkiluoto地區(qū)地下水中微生物量及群落多樣性的報(bào)道中顯示，ATP含量與總細(xì)胞數(shù)量（TNC）具有極顯著的相關(guān)性（lg（ATP）=0.831lg（TNC）+0.45，r=0.78，p=0.0001，n=49）；在國(guó)內(nèi)，已有將ATP方法應(yīng)用于河流湖泊等水體的報(bào)道，張秋卓等［10］利用ATP快速測(cè)定河流中細(xì)菌總數(shù)來檢測(cè)水質(zhì)情況.

松花江是我國(guó)的主要水系之一，流經(jīng)黑龍江、吉林及內(nèi)蒙古東部地區(qū)，屬于典型的溫帶氣候濕地，在維持生物多樣性和碳儲(chǔ)存等方面具有重要的生態(tài)價(jià)值［11］，其生態(tài)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定對(duì)維持東北地區(qū)的發(fā)展具有重要意義［12-13］.目前，大部分關(guān)于松花江流域微生物的研究是在某一區(qū)域下開展的，且多集中于水體微生物多樣性及污染物降解性能的研究上［14-15］，而關(guān)于沉積物中的微生物則僅有少量的報(bào)道［16-17］.為開展松花江流域水生態(tài)功能分區(qū)研究，建立水生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)指標(biāo)體系和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，本文研究了松花江流域沉積物中ATP微生物量的地理分布特征，同時(shí)結(jié)合沉積物的理化性質(zhì)，通過多元統(tǒng)計(jì)分析探討ATP與環(huán)境因子的關(guān)系，以期為評(píng)價(jià)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康提供參考.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

松花江流域是我國(guó)第三大流域，位于我國(guó)東北地區(qū)，東經(jīng)l19°52′～132°31′，北緯41°42′～ 51°38′，流域東西長(zhǎng)約920km，南北寬約1070km，流域面積約為55.7萬km2，占東北地區(qū)總面積的44.9%，占全國(guó)總面積的5.8%［11-12］，其上游有南北二源，北源嫩江發(fā)源于黑龍江省大興安嶺伊勒呼里山，南源第二松花江發(fā)源于安圖縣、撫松縣和朝鮮交界處的長(zhǎng)白山主峰長(zhǎng)白山天池，南北二源在黑龍江省和吉林省交界三岔河附近匯合，以后始稱松花江干流.河流沉積物采樣方法按照《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ 494-2009）［18］進(jìn)行，采樣時(shí)間為2010年6～8月，屬于松花江的豐水期.樣品均于常溫下采集并儲(chǔ)存于50mL離心管中，4℃冰盒保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，于4℃冰箱保存.實(shí)驗(yàn)共設(shè)置71個(gè)采樣點(diǎn)，其分布如圖1所示.

圖1 松花江流域采樣點(diǎn)分布示意Fig.1 Sampling map in the Songhua River basin

1.2 沉積物ATP測(cè)定

沉積物中ATP采用GloMax?-Multi Jr 檢測(cè)系統(tǒng)（Promega，美國(guó)）以及Bac Titer-GloTM試劑盒（Promega，美國(guó)）進(jìn)行檢測(cè).ATP Bac Titer-GloTM緩沖液在室溫下平衡48h，同時(shí)，凍干粉Bac Titer-GloTM酶底物混合物在室溫下平衡24h后，將緩沖液和酶底物混合制成ATP反應(yīng)試劑，室溫下平衡至少15min，然后1mL分裝，-20℃下保存.

ATP標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作.在培養(yǎng)基中配制1μmol/L ATP （100μL的1μmol/L ATP含10-10mol ATP）標(biāo)準(zhǔn)液，進(jìn)行10倍系列稀釋（1μmol/L到10pmol/L；100μL體積將含有10-10到10-15mol的ATP）制備不同濃度的ATP標(biāo)準(zhǔn)溶液.在多孔板中加入與ATP標(biāo)準(zhǔn)液等體積（100μL）的ATP反應(yīng)試劑.在定軌振蕩器上快速混合內(nèi)容物，孵育1min（由于不需要裂解釋放ATP，所以不需要長(zhǎng)時(shí)間孵育），記錄熒光值.所有步驟均在室溫下完成.

樣品ATP的測(cè)定.稱取100mg沉積物樣品置于2mL離心管中，加入100μL磷酸緩沖液（3mg/LKH2PO4，7mg/L K2HPO4，pH 7），30℃恒溫水浴3min.另取300μL ATP反應(yīng)試劑于新的離心管中，30℃恒溫水浴3min.將反應(yīng)試劑加入沉積物樣品中混合5s，30℃恒溫水浴1.5min，每隔30s輕輕混勻一次.水浴后立即低速（500r/min）離心，取200μL上清液，孵育30s后進(jìn)行測(cè)樣，記錄熒光值，每個(gè)樣品重復(fù)三次平行.通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得出沉積物中ATP濃度（CA）.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

測(cè)定沉積物中的有機(jī)質(zhì)（OM）、總磷（TP）、氧化還原電位（Eh）、pH值、氨氮（AON）、硝氮（NON）、總氮（TN）、速效磷（QAP）等環(huán)境參數(shù)，其測(cè)定方法參照魯如坤［19］和金相燦等［20］.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析（PCA）提取沉積物性質(zhì)的主要因子，同時(shí)采用等高圖探討ATP的流域分布特征，然后通過多元回歸樹（MRT）用環(huán)境因子來解釋ATP變異［16，21］，最后通過響應(yīng)模型分析進(jìn)一步建立ATP隨環(huán)境因子的變化.沉積物ATP與環(huán)境因子的關(guān)系通過R（Version 3.0.2）軟件“mvpart”和“vegan”程序包進(jìn)行分析.用Origin軟件通過采樣點(diǎn)的地理位置經(jīng)度（LO）、緯度（LA）和海拔（AL）繪制流域ATP分布圖，并用高斯模型分析ATP濃度的頻率分布.響應(yīng)模型用F統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，同時(shí)，用方差分析（ANONA）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之間的差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 沉積物性質(zhì)的主成分分析

通過對(duì)ATP和理化性質(zhì)進(jìn)行主成分分析提取沉積物的主要性質(zhì)因子，如圖2，前4個(gè)主成分軸對(duì)沉積物性質(zhì)變異的累計(jì)解釋比重達(dá)80.07%，沉積物的主成分性質(zhì)有ATP、氨氮、硝氮、氧化還原電位和速效磷.各主成分軸的特征值、解釋比例以及各因子在主成分軸的權(quán)重見表1，其中，第1軸主要主要代表ATP、氨氮和硝氮，第2軸主要代表氧化還原電位，第3軸主要代表速效磷.

2.2 ATP流域分布特征

沉積物ATP表征了細(xì)菌、真菌、放線菌等活性微生物的生物量.如圖3a所示，沉積物微生物ATP分布具有明顯的地域特征，在松花江流域中ATP平均濃度為146.86nmol/g（圖3b）.嫩江和第二松花江河流段沉積物ATP要顯著高于松花江干流地區(qū)（P=0.021），其中，在長(zhǎng)白山河流發(fā)源地區(qū)ATP濃度最高，同時(shí)在嫩江發(fā)源地ATP濃度也高于其下游地區(qū)（P＜0.01），此外，在城市地區(qū)沉積物中具有較高的ATP含量，如齊齊哈爾和吉林市等河流段.

圖2 沉積物性質(zhì)的主成分分析Fig.2 Principal component analysis of sedimental characteristics

表1 各主成分軸的特征值及與沉積物性質(zhì)的相關(guān)性Table 1 Eigenvalue of each principal axis and their correlation to sedimental characteristics

圖3 松花江流域ATP微生物量的分布Fig.3 Distribution of microbial ATP-biomass in the Songhua River basin

2.3 ATP與環(huán)境因子的關(guān)系

多元回歸樹分析沉積物ATP微生物量隨沉積物理化性質(zhì)及采樣點(diǎn)位置的變化，圖4顯示了各變量因子對(duì)ATP微生物量變異的解釋.實(shí)驗(yàn)所涉及的因子能解析74.52%的ATP微生物量變異，分別為緯度（39.79%）、總氮（18.49%）和硝氮（16.24%），其它因子對(duì)ATP變異影響很小，因此沒有在回歸樹上顯示.

ATP與各因子的廣義線性響應(yīng)模型進(jìn)一步表明（圖5），在松花江流域范圍內(nèi)，沉積物ATP與緯度呈二次曲線變化（CA=8.7480LA2-823.3140LA+19480.5， F=10.20， P=0.00013），與總氮呈正相關(guān)（CA=54.7152TN+89.8454， F=5.15，P=0.027），而與氨氮呈負(fù)相關(guān)（CA= -44.8361NON+168.6470， F=7.63， P=0.0075）關(guān)系；同時(shí)ATP也與有機(jī)質(zhì)（CA=5.2388OM+83.6194，F(xiàn)=4.23， P=0.044）、總磷（CA=0.3577TP+78.7651，F(xiàn)=5.15， P=0.027）、海拔（CA=0.2392AL+94.5875，F(xiàn)=9.01， P=0.0037）呈正相關(guān)關(guān)系.

圖4 沉積物ATP微生物量變異的多元回歸分析Fig.4 Multivariate regression tree analysis of the microbial ATP-biomass variation in the sediment

3 討論

主成分分析方法可以從大量的環(huán)境觀察數(shù)據(jù)中篩選出具有代表性的主導(dǎo)因子，用于沉積物中污染物質(zhì)的源解析［22］以及微生物群落動(dòng)態(tài)等研究，婁煥杰等［23］采用主成分分析方法分析了環(huán)境因子對(duì)長(zhǎng)江口濱岸沉積物反硝化速率的影響；董黎明［24］運(yùn)用磷脂脂肪酸（PLFA）技術(shù)和主成分分析研究了白洋淀沉積物中微生物生物量和群落結(jié)構(gòu)的區(qū)域分布特征.在本研究中，沉積物性質(zhì)的主成分分析結(jié)果顯示，前4個(gè)主成分軸能解釋80.07%的沉積物特性，其中，ATP、氨氮、硝氮、速效磷和氧化還原電位是沉積物的主要性質(zhì).ATP作為主成分出現(xiàn)，說明表征微生物量的ATP能作為沉積物的主要特性之一，此外，氧化還原電位反映沉積物中的溶氧情況，氨氮、硝氮和速效磷表示不同形態(tài)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分.這一結(jié)果與水質(zhì)特性具有類似性，李一平等［25］在研究太湖水質(zhì)時(shí)空分布時(shí)發(fā)現(xiàn)，水體營(yíng)養(yǎng)（氮、磷和有機(jī)物）、溶解氧、色度和酸堿度是水質(zhì)的主要特征，這種相似性可能是由于沉積物與水體之間相互緊密的聯(lián)系所導(dǎo)致.

圖5 沉積物ATP與各變量的響應(yīng)模型Fig.5 Response model of sedimental ATP to the variables

ATP在松花江流域具有明顯的地理空間分布特征（圖 3a），在齊齊哈爾和吉林市城市地區(qū)的河流段沉積物中具有較高的ATP含量，表明該地區(qū)活性微生物的生物量要高于其它地區(qū).在城市河流段，受人類活動(dòng)的影響，外源物質(zhì)的輸入在一定程度上促進(jìn)了適應(yīng)性較強(qiáng)的微生物生長(zhǎng)，使其成為環(huán)境優(yōu)勢(shì)菌群［26］，從而現(xiàn)出較高ATP活性微生物量.在靠近人類活動(dòng)的水體中具有較高的ATP生物量，史君賢等［27］研究了長(zhǎng)江口及其附近海域ATP的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)ATP濃度從長(zhǎng)江口內(nèi)河段向外海逐漸降低；葉樹明等［7］也發(fā)現(xiàn)在西湖近岸其ATP生物量要高于湖心.多元回歸分析結(jié)果表明（圖 4），在本研究中所涉及的11個(gè)因子中，影響ATP微生物量變異的第一因子是緯度，其次是沉積物中的總氮和硝氮，即ATP的分布主要受空間位置的影響.在水平方向上，ATP隨緯度呈二次曲線變化（圖 5a），其現(xiàn)象解釋為，長(zhǎng)白山和大興安嶺發(fā)源地分別屬于松花江流域的低緯度和高緯度地區(qū)（圖3a），這兩地區(qū)ATP均較高，而在流域的中緯度地區(qū)具有較低的ATP含量；在垂直方向上，這兩地區(qū)都屬于山林地區(qū)，具有較高的海拔，這表明ATP與海拔也具有一定的分布關(guān)系，同時(shí)，響應(yīng)模型分析進(jìn)一步顯示ATP隨海拔呈正相關(guān)（圖5d）.在河流發(fā)源地，由于是山區(qū)林地，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等通過地表徑流逐漸在溪流中富集，使得河流具有較高的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)送和保持能力［28-29］，活性微生物量總體較高，因而具有高的ATP.此外，ATP與總氮、總磷和有機(jī)質(zhì)的正相關(guān)也進(jìn)一步證明了這一推斷（圖5b、e、f）.緯度和海拔的梯度變化可以從光照、氣候、溫度、降水及水力條件等多方面作用于生境，從而直接導(dǎo)致沉積物的理化性質(zhì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響生物的群落結(jié)構(gòu)組成及多樣性，在區(qū)域范圍內(nèi)，本研究中的緯度作為一個(gè)綜合性的環(huán)境因子對(duì)河流沉積物ATP的分布變異起主要貢獻(xiàn)作用.地理位置上的空間距離是影響微生物ATP分布的主導(dǎo)因子，這一結(jié)論與Wu等［16］分析長(zhǎng)江流域沉積物真菌群落變化驅(qū)動(dòng)因子的研究相一致，在土壤中，空間位置對(duì)細(xì)菌多樣性影響也要大于環(huán)境因子干擾的影響［21］.

Wu等［16，21］指出，在大區(qū)域范圍內(nèi)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（C、N、P）對(duì)微生物的影響很小，而本研究中，ATP微生物量分布除了具有上述明顯的地理特征外，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)其變異解釋也占有很大比重，隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度（總氮P=0.027、總磷P=0.027和有機(jī)質(zhì)P=0.044）的增加，微生物也變得活躍，ATP也隨之增加.這與馮峰等［30］在研究國(guó)內(nèi)東湖沉積物中微生物量與有機(jī)質(zhì)含量、總氮和總磷相關(guān)性的結(jié)論也相同.有機(jī)質(zhì)的增加能夠促進(jìn)環(huán)境中非自養(yǎng)型微生物多樣性和豐度的提高［31］，有機(jī)碳含量越高，微生物自身合成與代謝作用也越活躍，從而總生物量也增加，因此ATP與有機(jī)碳表現(xiàn)出正相關(guān)［8］.磷能顯著促進(jìn)土壤中微生物的生長(zhǎng)［32］，董黎明［24］研究表明，磷是影響沉積物中微生物生物量及豐富度的限制性營(yíng)養(yǎng)因素.在磷源和氧氣充足的條件下，微生物可以儲(chǔ)存聚磷酸鹽將其轉(zhuǎn)化為ATP［33］，因此ATP隨總磷的增加而增加.值得注意的是，與其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同，氮的形態(tài)對(duì)微生物的活性有著不同的影響，ATP與總氮呈正相關(guān)（圖5b），但與硝氮呈負(fù)相關(guān)（圖5c）.這一結(jié)果與之前松花江沉積物真菌的研究相一致:可培養(yǎng)真菌濃度與有機(jī)物和總氮呈顯著正相關(guān)，而與硝態(tài)氮呈顯著的負(fù)相關(guān)［17］.微生物在生長(zhǎng)的過程中，除了碳源外，還需要一定量的氮源，氮的適當(dāng)增加能提高微生物分解有機(jī)質(zhì)的速率，因而ATP生物量與總氮呈顯著正相關(guān).在厭氧條件下，硝酸鹽和亞硝酸鹽通過反硝化作用還原為含氮?dú)怏w，此外，氨氮和亞硝態(tài)氮還可進(jìn)行厭氧氨氧化作用生成氮?dú)猓@兩個(gè)過程屬于放熱反應(yīng)，生成的能量可以轉(zhuǎn)換成ATP. Stief等［34］在缺氧條件下研究Aspergillus terreus的還原性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，在硝酸鹽還原成銨鹽、一氧化氮和亞硝酸鹽的過程中產(chǎn)生了大量的細(xì)胞ATP，在微生物代謝作用將硝酸鹽還原減少過程中，ATP濃度得到增加.但是，Rousk等［35］發(fā)現(xiàn)，氮肥的添加會(huì)減少可利用有機(jī)碳的礦化速率、抑制微生物的生長(zhǎng)和呼吸作用，從而減少微生物的生物量，這種影響對(duì)真菌更加顯著［36］；宋洪寧等［37］發(fā)現(xiàn)558bp T-RF（限制性酶切片段）細(xì)菌豐度與總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量呈負(fù)相關(guān)，而543bp T-RF豐度則與前述幾種因子呈正相關(guān)，上述研究表明不同形態(tài)的氮會(huì)對(duì)不同基因型微生物有著不同的影響，在本文中，ATP含量隨著硝態(tài)氮的增加而減少，這表明在河流沉積物中反硝化和氨氧化過程都很微弱，而硝態(tài)氮對(duì)微生物活性主要起抑制作用.

微生物ATP也能反映環(huán)境污染的變化. Sayler等［38］發(fā)現(xiàn)，在煤焦化廢水污染的沉積物中，總的微生物濃度、ATP和堿性磷酸酶受到明顯的抑制，而當(dāng)污染被去除時(shí)，能很快恢復(fù)并接近至對(duì)照組；Yang等［39］發(fā)現(xiàn)丁草胺的降解速率與微生物ATP呈正相關(guān)；Novitsky等［6］通過ATP研究分析了夏威夷Oahu島海岸污水匯入對(duì)附近沉積物中微生物活性的影響；此外，通過測(cè)量ATP還可以評(píng)估沉積物對(duì)底棲無脊椎動(dòng)物的毒性［9］.響應(yīng)模型顯示，ATP與總氮、總磷和有機(jī)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)呈顯著正相關(guān)，這表明ATP與水體環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)程度具有密切的聯(lián)系，因此，在一定程度上，通過ATP活性微生物量可以反映水體環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)水平.在本研究中，仍有一部分ATP變異尚未解析（本文共解釋了74.52%），表明除了文章中所涉及的變量因子外，還存在著一些因素影響ATP生物量的變化，尚待進(jìn)一步研究分析.

4 結(jié)論

4.1 松花江流域沉積物中ATP生物量具有明顯的地理分布特征，在長(zhǎng)白山和大興安嶺河流發(fā)源地以及齊齊哈爾和吉林市城市地區(qū)的河流段沉積物中具有較高的ATP含量.

4.2 統(tǒng)計(jì)分析（主成分分析、多元回歸樹分析和響應(yīng)模型分析）表明ATP、硝氮、氨氮、速效磷和氧化還原電位是沉積物性質(zhì)的主要代表成分.

4.3 沉積物中ATP變異的主要解釋因子有緯度（39.79%）、總氮（18.49%）和硝氮（16.24%），在松花江流域，ATP隨緯度呈二次曲線變化，與總氮呈顯著正相關(guān)，而與硝氮呈顯著負(fù)相關(guān)，同時(shí)，ATP也隨有機(jī)質(zhì)、總磷和海拔的增加而呈增加趨勢(shì).

4.4 沉積物ATP與多種營(yíng)養(yǎng)元素及其不同形態(tài)具有顯著的相關(guān)性，這表明通過ATP活性微生物量可以反映水體環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)水平.

［1］Dauvin J C， Alizier S， Rolet C， et al. Response of different benthic indices to diverse human pressures ［J］. Ecological Indicators， 2012，12（1）:143-153.

［2］Liu L M， Yang J， Zhang Y Y. Genetic diversity patterns of microbial communities in a subtropical riverine ecosystem（Jiulong River， southeast China） ［J］. Hydrobiologia， 2011，678（1）: 113-125.

［3］Hammes F， Goldschmidt F， Vital M， et al. Measurement and interpretation of microbial adenosine tri-phosphate （ATP） in aquatic environments ［J］. Water Research， 2010，44（13）:3915-3923.

［4］Velten S， Hammes F， Boller M， et al. Rapid and direct estimation of active biomass on granular activated carbon through adenosine tri-phosphate （ATP） determination ［J］. Water Research， 2007，41（9）:1973-1983.

［5］Magic-Knezev A， van der Kooij D. Optimisation and significance of ATP analysis for measuring active biomass in granular activated carbon filters used in water treatment ［J］. Water Research， 2004，38（18）:3971-3979.

［6］Novitsky J A， Karl D M. Influence of deep ocean sewage outfalls on the microbial activity of the surrounding sediment ［J］. Applied and Environmental Microbiology， 1985，50（6）:1464-1473.

［7］葉樹明，樓凱凱，楊俊毅，等.利用ATP生物發(fā)光法測(cè)定西湖水體微生物量 ［J］. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版）， 2006，32（5）: 500-504.

［8］Pedersen K， Arlinger J， Eriksson S， et al. Numbers， biomass and cultivable diversity of microbial populations relate to depth and borehole-specific conditions in groundwater from depths of 4-450m in Olkiluoto， Finland ［J］. ISME Journal， 2008，2（7）:760-775.

［9］Goedkoop W， Widenfalk A， Haglund A L， et al. Microbial characterization of artificial sediment and comparisons with natural sediments - Implications for toxicity testing ［J］. Environmental Toxicology and Chemistry， 2005，24（11）:2725-2733.

［10］張秋卓，毛映丹，楊 潔，等.利用ATP生物發(fā)光法快速檢測(cè)麗娃河中細(xì)菌總數(shù) ［J］. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2011，34（7）:152-155.

［11］Sun X， Zhou Q， Ren W， et al. Spatial and temporal distribution of acetochlor in sediments and riparian soils of the Songhua River Basin in northeastern China ［J］. Journal of Environmental Sciences （China）， 2011，23（10）:1684-1690.

［12］Sun X， Zhou Q， Wang Y， et al. Influence of hydrogeomorphology， land-use and riparian zone characteristics on herbicide occurrence and distribution in sediments in Songhua River Basin， northeastern China ［J］. Geoderma， 2013，193:156-164.

［13］趙鐘楠，張?zhí)熘?基于生態(tài)系統(tǒng)水平的河流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) ［J］. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2013，33（3）:516-523.

［14］屠 騰，李 蕾，毛冠男，等.利用細(xì)胞計(jì)數(shù)手段和DGGE技術(shù)分析松花江干流部分地區(qū)的細(xì)菌種群多樣性 ［J］. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32（11）:3505-3515.

［15］路永正，閻百興.微生物對(duì)沉積物主要化學(xué)組分吸附重金屬能力的影響 ［J］. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2011，31（1）:105-110.

［16］Wu B， Tian J， Bai C， et al. The biogeography of fungal communities in wetland sediments along the Changjiang River and other sites in China ［J］. ISME Journal， 2013，7（7）:1299-1309.

［17］劉 杰，丁艷麗，馮 偉，等.松花江底泥真菌的分離培養(yǎng)及分子鑒定 ［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2013，32（2）:354-362.

［18］HJ 494-2009 水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo) ［S］.

［19］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法 ［M］. 北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)出版，1999:108-110.

［20］金相燦，屠清英.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范 ［M］. 2版.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 1990:218-229.

［21］Ge Y， He J Z， Zhu Y G， et al. Differences in soil bacterial diversity: driven by contemporary disturbances or historical contingencies？［J］. ISME Journal， 2008，2（3）:254-264.

［22］王 泰，黃 俊，余 剛.海河河口表層沉積物中PCBs和OCPs的源解析 ［J］. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2009，29（7）:722-726.

［23］婁煥杰，王東啟，陳振樓，等.環(huán)境因子對(duì)長(zhǎng)江口濱岸沉積物反硝化速率影響 ［J］. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2013，36（4）:114-118+140.

［24］董黎明.利用磷脂脂肪酸表征白洋淀沉積物微生物特征 ［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2011，31（11）:1875-1880.

［25］李一平，逄 勇，向 軍.太湖水質(zhì)時(shí)空分布特征及內(nèi)源釋放規(guī)律研究 ［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2005，25（3）:300-306.

［26］Wittebolle L， Marzorati M， Clement L， et al. Initial community evenness favours functionality under selective stress ［J］. Nature，2009，458（7238）:623-626.

［27］史君賢，陳忠元，寧修仁，等.長(zhǎng)江口及其附近海域細(xì)菌和三磷酸腺苷的分布特征 ［J］. 海洋與湖沼， 1992，23（3）:288-296.

［28］Harner M J， Ramsey P W， Rillig M C. Protein accumulation and distribution in floodplain soils and river foam ［J］. Ecology Letters，2004，7（9）:829-836.

［29］Peterson B J， Wollheim W M， Mulholland P J， et al. Control of nitrogen export from watersheds by headwater streams ［J］. Science， 2001，292（5514）:86-90.

［30］馮 峰，王 輝，方 濤，等.東湖沉積物中微生物量與碳、氮、磷的相關(guān)性 ［J］. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2006，26（3）:342-345.

［31］Wouters K， Moors H， Boven P， et al. Evidence and characteristics of a diverse and metabolically active microbial community in deep subsurface clay borehole water ［J］. FEMS Microbiology Ecology， 2013，86（3）:458-473.

［32］白 震，張 明，閆 穎，等.長(zhǎng)期施用氮、磷及有機(jī)肥對(duì)農(nóng)田黑土PLFA的影響 ［J］. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版）， 2008，34（1）:73-80.

［33］姜登嶺，張曉健.飲用水中磷對(duì)微生物生長(zhǎng)的限制作用 ［J］. 中國(guó)給水排水， 2004，20（1）:26-28.

［34］Stief P， Fuchs-Ocklenburg S， Kamp A， et al. Dissimilatory nitrate reduction by Aspergillus terreus isolated from the seasonal oxygen minimum zone in the Arabian Sea ［J］. BMC Microbiology，2014，14:35.

［35］Rousk J， Brookes P C， Baath E. Fungal and bacterial growth responses to N fertilization and pH in the 150-year 'Park Grass' UK grassland experiment ［J］. FEMS Microbiology Ecology，2011，76（1）:89-99.

［36］Henriksen T M， Breland T A. Nitrogen availability effects on carbon mineralization， fungal and bacterial growth， and enzyme activities during decomposition of wheat straw in soil ［J］. Soil Biology and Biochemistry， 1999，31（8）:1121-1134.

［37］宋洪寧，杜秉海，張明巖，等.環(huán)境因素對(duì)東平湖沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響 ［J］. 微生物學(xué)報(bào)， 2010，50（8）:1065-1071.

［38］Sayler G S， Sherrill T W， Perkins R E， et al. Impact of coal coking effluent on sediment microbial communities: a multivariate approach ［J］. Applied and Environmental Microbiology， 1982，44（5）:1118-1129.

［39］Yang C M， Wang M M， Li J H. Influence of rhizosphere microbial ecophysiological parameters from different plant species on butachlor degradation in a riparian soil ［J］. Journal of Environmental Quality， 2012，41（3）:716-723.

致謝：本研究得到中國(guó)科學(xué)研究院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的幫助，在此特別感謝.

Distribution pattern of microbial ATP-biomass in the sediment of the Songhua River basin.

LIU Jie， TU Teng， JI Yu-rui， WANG Ying-ying*（Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria， Ministry of Education，Tianjin Key Laboratory of Environmental Remediation and Pollution Control， College of Environmental Science and Engineering， Nankai University， Tianjin 300071， China）. China Environmental Science， 2015，35（1）：171～178

The distribution pattern of microbial ATP-biomass was analyzed in the sediment of the Songhua River basin. The results indicated that ATP exhibited a significant geographical distribution pattern. There was a higher ATP content in the river source and urban areas than in other parts of the river basin. Statistical analysis， including principal component analysis， multivariate regression tree and response model analysis， showed that ATP was one of the main principal characteristics in sediment. Among 11factors measured in the present study， the distribution variance of ATP can be explained first by geographic distance （latitude， 39.79%）， and then by environmental factors （total nitrogen， 18.49%；nitrate nitrogen， 16.24%）. The ATP content changes with latitude were fit to a quadratic curve （P＜0.001）. It was positively correlated to total nitrogen content （P=0.027） and negatively correlated to nitrate nitrogen content （P＜0.01）. Meanwhile，a significant correlation was also observed between ATP content and organic matter， total phosphorus and altitude（P＜0.05）. The significant correlation to multiple nutrients suggests that ATP monitoring has considerable potential for the evaluation of nutrient levels in aquatic environments.

Songhua River；sediment；microbe；adenosine triphosphate （ATP）；multivariate regression tree （MRT）analysis

X524

A

1000-6923（2015）01-0171-08

劉 杰（1987-），男，湖南益陽人，南開大學(xué)博士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境微生物生態(tài)學(xué)、土壤生態(tài)修復(fù)等.發(fā)表論文4篇.

2014-05-05

國(guó)家自然基金項(xiàng)目（31270545）；國(guó)家水專項(xiàng)項(xiàng)目（2008ZX07526-002-01）

* 責(zé)任作者， 教授， wangyy@nankai.edu.cn