受纳水体对污水厂主要污染物排放的微生态响应

The impact of various pollutants discharged from wastewater treatment plants (WWTPs) has raised widespread international concern. However, such concern has long been limited to a large number of conventional pollutants. The non-acute pollution and long-term ecological effects under the continuous exposure of various micropollutants have not been clarified. As an important part of aquatic ecosystem, microbial communities have become key bioindicators reflecting changes in the aquatic environment. In this project, microbial communities in the receiving water body under WWTP discharge condition are the objects to study. Combining both on-site sampling and microcosm experiments, the structure, function and key components of the microbial communities will be investigated. The main studies in this project includes: (1) Composition, temporal and spatial distribution and function characteristics of the core microbial communities; (2) Idenfitication of key environmental factors affecting microbial community shift and pollutant-sensitive species; (3) Microbial community shift under the exposure of different concentration levels or different types of pollutants; (4) Combining the results above, determine the ecological risk factors of the receiving water body, and propose the optimization of wastewater treatment process.

污水厂排放的多种污染物对水生生态系统的影响已经引起国际上的广泛关注。然而长期以来这种关注仅限于大量常规污染物，对于多种微量污染物持续暴露条件下的非急性污染及其长期的生态效应尚未明确。作为水生生态系统的重要组成部分，微生物群落已成为反映水环境变化的重要生物指示者。本项目以污水厂排放的受纳水体中的微生物群落作为研究对象，结合现场采样实验和微宇宙实验，探究多种污染物排放下的受纳水体微生物群落结构、功能及关键组分的变化。主要研究内容包括：（1）受纳水体核心微生物群落的组成、时空分布及功能特征；（2）影响微生物群落变化的关键环境因子及污染物敏感种群识别；（3）不同污染物浓度水平、不同种类污染物暴露下的微生物群落变化；（4）结合以上研究成果，确定受纳水体生态风险因子，并提出污水处理工艺优化建议。

城市河流受到多种人类活动干扰，其中污水厂尾水以连续排放、水量大、污染物复杂多变等特点对受纳河流带来生态健康风险。本课题研究了多种人类活动干扰的典型城市河流的微生物群落时空分布特征并识别主要环境因素，对污水厂尾水影响的微生物群落构建进行了进一步研究，利用控制实验研究了环丙沙星在污水厂下游的衰减规律及微生物的响应动态。研究结论主要包括：.（1）水库出水口营养物质浓度降低，浮游细菌群落组成和功能的时空变化主要由土地利用变化和污水处理厂出水造成，污水厂排水导致放Actinobacteria和Cyanobacteria相对丰度降低，并造成有机物降解功能丰度升高。NH3-N和NO3--N是驱动细菌群落组成变化的关键环境变量。此外，与丰富物种相比，稀有物种在微生物响应环境变化中发挥重要作用。农业活动是河流上游粪便污染的主要来源，污水厂排水贡献了河流中人类特异粪便污染。.（2）污水厂排水造成了河流细菌群落的确定性组装过程，群落的距离衰减模式较弱，采样点的污染物水平和季节变化显著调节微生物群落的演替。共现网络表明细菌群落具有更强的种间相互作用，并且微生物的种间相互作用是群落变异的关键因素。.（3）实验室不同距离下污染物衰减控制实验结果表明，环丙沙星（CIP）在河流的自然衰减以光解和吸附为主，微生物降解作用较小。在其低浓度（1 μg/L）暴露过程中，浮游微生物组成与功能均发生显著变化，且污水厂下游近距离处微生物响应更加敏感。水体微生物多样性与耐药基因多样性的一致性更大（R2 = 0.77）。水体中Betaproteobacteria对耐药基因有较大贡献，底泥则以Bacteroidetes，Deltaproteobacteria，Bacteroidia和Anaerolineae为主。Betaproteobacteria相对丰度在两个距离处存在显著差异，表明两处存在不同水平的耐药基因转移。本课题为动水条件下复杂污染物的持续暴露提供实验基础和理论指导。研究结论为污水厂尾水管理和河流健康管理决策提供指导，进一步促进污水厂排水与河流的生态融合。