典型城市空氣顆粒物中微生物的群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境因素影響研究.pdf

1、霧霾嚴重影響人類健康，空氣微生物作為顆粒物中重要的組成部分，越來越引起人們的廣泛關(guān)注。空氣微生物可以附著在顆粒物上進行遷移，探究不同地區(qū)空氣顆粒物中微生物的群落結(jié)構(gòu)分布及其影響因素，有助于全面掌握空氣微生物的空間分布規(guī)律，為后續(xù)大氣污染治理及保護政策制定提供科學(xué)指導(dǎo)。然而目前針對不同地區(qū)空氣微生物群落結(jié)構(gòu)及影響因素研究較少，尤其缺乏大尺度范圍典型城市方面的研究。本論文綜合地理位置和空氣質(zhì)量情況，在我國東北、西北、東南、西南區(qū)域選取了八個

2、典型城市（沈陽、北京、定西、鄭州、舟山、杭州、昆明和深圳），分別從經(jīng)度差異，緯度差異和海陸差異三個方面，比較研究了空氣微生物群落結(jié)構(gòu)差異，并挑選杭州市兩個典型功能區(qū)（風(fēng)景區(qū)和商住混合區(qū)）研究空氣微生物群落分布差異;通過構(gòu)建環(huán)境因子與空氣微生物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)的統(tǒng)計模型，結(jié)合受體模型，系統(tǒng)探究環(huán)境因素對典型功能區(qū)和典型城市空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。主要研究結(jié)論如下:
　　1.探明了不同功能區(qū)和不同城市間空氣微生物群落結(jié)構(gòu)差異
　　

3、通過高通量測序研究了杭州兩個功能區(qū)和八個城市的空氣微生物群落結(jié)構(gòu)組成，評價了微生物群落多樣性，并從經(jīng)度、緯度、海陸差異進行了比較分析，具體如下:
　　1)云棲地區(qū)（風(fēng)景區(qū)）和朝暉地區(qū)（商住混合區(qū)）兩個功能區(qū)相對豐度排名前十的細菌優(yōu)勢屬為Enterococcus、Acinetobacter、Methylobacterium、Deinococcus、Rubellimicrobium、Lysobacter、Sphingomonas、Ps

4、eudomonas、Streptomyces、Kaistobacter。其中，50％細菌優(yōu)勢屬的相對豐度在云棲地區(qū)更高，剩余50％細菌優(yōu)勢屬的相對豐度在朝暉地區(qū)更高。云棲地區(qū)和朝暉地區(qū)相對豐度排名前十的真菌優(yōu)勢屬為Cladosporium、Bjerkandera、Penicillium、Phlebia、Arthrinium、Candida、Aspergillus、Postia、Antrodiella、Alternaria。其中，50％真

5、菌優(yōu)勢屬的相對豐度在云棲地區(qū)更高，剩余50％真菌優(yōu)勢屬的相對豐度在朝暉地區(qū)更高。
　　2)八個典型城市相對豐度排名前十的細菌優(yōu)勢屬為Acinetobacter、Streptomyces、Propionibacterium、Prauseria、Bacillus、Corynebacterium、Microbispora、Saccharopolyspora、Methylobacterium、Pseudomonas。不同緯度城市中，北京有

6、2個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于鄭州，鄭州有8個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于北京;甘肅定西有6個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于昆明，昆明有4個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于甘肅定西。不同經(jīng)度城市中，北京有3個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于沈陽，沈陽有7個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于北京;甘肅定西有2個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于鄭州，鄭州有8個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于甘肅定西。具有海陸差異的城市中，杭州有4個細菌優(yōu)勢屬的相對豐度高于舟山，舟山細菌有6個優(yōu)勢屬的相對豐度高

7、于杭州。
　　3)Shannon指數(shù)評價典型功能區(qū)微生物群落多樣性，朝暉地區(qū)細菌群落多樣性略高于云棲地區(qū)，云棲地區(qū)真菌群落多樣性略高于朝暉地區(qū)。Metastat分析表明，云棲地區(qū)和朝暉地區(qū)不同功能區(qū)之間顯著差異細菌屬的種類云棲地區(qū)是朝暉地區(qū)的4.06倍，而顯著差異真菌屬的種類朝暉地區(qū)是云棲地區(qū)的1.60倍。
　　4)從緯度、經(jīng)度、海陸差異三個方面對典型城市細菌群落多樣性進行分析，緯度差異城市中，北京細菌群落多樣性與鄭州類似，

8、甘肅定西細菌群落多樣性高于昆明。經(jīng)度差異城市中，北京細菌群落多樣性與沈陽類似，甘肅定西細菌群落多樣性略高于鄭州。具有海陸差異的城市中，舟山細菌群落多樣性略高于杭州。綜合考慮八個典型城市微生物優(yōu)勢菌群分布和微生物群落多樣性，選取杭州、沈陽、昆明三個差異較大的城市，對其中任意兩個城市進行顯著性差異細菌分析，結(jié)果表明顯著差異細菌的種類在昆明和沈陽類似，卻普遍少于杭州。
　　2.探明了典型功能區(qū)環(huán)境因素對空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響
　

9、　采用多元回歸和邏輯多項式分析，研究了典型功能區(qū)環(huán)境因子對空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響;采用混合受體模型分析，研究了區(qū)域傳輸對典型功能區(qū)空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，具體如下:
　　1)針對整體區(qū)域的多元回歸分析表明，臭氧濃度和風(fēng)向綜合影響空氣細菌和真菌的群落多樣性，且臭氧濃度的影響大于風(fēng)向。針對云棲地區(qū)，臭氧濃度單獨影響空氣細菌和真菌群落多樣性，對細菌群落多樣性有顯著負影響(p＜0.01），對真菌群落多樣性有顯著正影響(p＜0.01)。

10、針對朝暉地區(qū)，溫度單獨影響空氣細菌群落多樣性;相對濕度和PM2.5濃度綜合影響空氣真菌群落多樣性，且相對濕度的影響大于PM2.5濃度。
　　2)針對整體區(qū)域的邏輯多項式回歸分析表明，臭氧濃度和一氧化碳濃度綜合影響空氣細菌優(yōu)勢菌群豐度;臭氧濃度和風(fēng)向綜合影響空氣真菌優(yōu)勢菌群豐度。針對云棲地區(qū)，臭氧濃度和一氧化碳濃度綜合影響空氣細菌優(yōu)勢菌群豐度;臭氧濃度和風(fēng)向綜合影響空氣真菌優(yōu)勢菌群豐度。針對朝暉地區(qū)，溫度和風(fēng)速綜合影響空氣細菌優(yōu)勢菌

11、群豐度;溫度和風(fēng)向綜合影響空氣真菌優(yōu)勢菌群豐度。
　　3)混合受體模型分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域傳輸對不同功能區(qū)空氣顆粒物中細菌群落多樣性指數(shù)具有影響，對真菌群落多樣性指數(shù)影響相似。針對細菌，云棲地區(qū)的主要潛在源區(qū)在東北方，對朝暉地區(qū)貢獻相對較高的區(qū)域在西北方。針對真菌，云棲地區(qū)和朝暉地區(qū)的主要潛在源區(qū)均在西北方。
　　4)混合受體模型分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域傳輸對不同功能區(qū)空氣顆粒物中細菌和真菌差異菌群豐度影響相似。針對細菌差異菌群，云棲地區(qū)和朝暉

12、地區(qū)的主要潛在源區(qū)均在東北方和少部分西北方。針對真菌差異菌群，云棲地區(qū)和朝暉地區(qū)的主要潛在源區(qū)均在南方。
　　3.探明了典型城市環(huán)境因素對空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響
　　采用多元回歸和邏輯多項式分析，研究了典型城市環(huán)境因子對空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響;采用混合受體模型分析，研究了區(qū)域傳輸對典型城市空氣微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，具體如下:
　　1)多元回歸分析表明，杭州地區(qū)溫度單獨影響空氣細菌群落多樣性。沈陽地區(qū)溫度和氣壓綜合影

13、響空氣細菌群落多樣性。昆明地區(qū)沒有篩選出顯著影響空氣細菌群落多樣性的環(huán)境因子。
　　2)邏輯多項式回歸分析表明，杭州地區(qū)風(fēng)速和溫度綜合影響空氣細菌優(yōu)勢菌群豐度。沈陽地區(qū)臭氧濃度、PM2.5濃度、風(fēng)向和溫度綜合影響空氣細菌優(yōu)勢菌群豐度。昆明地區(qū)一氧化碳濃度和風(fēng)向綜合影響空氣細菌優(yōu)勢菌群豐度。
　　3)混合受體模型分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域傳輸對不同城市空氣細菌群落多樣性指數(shù)具有影響。杭州地區(qū)的主要潛在源區(qū)在北方，沈陽地區(qū)和昆明地區(qū)對杭州地區(qū)

14、均有貢獻，沈陽地區(qū)的貢獻較小，昆明地區(qū)的貢獻較高;對昆明地區(qū)貢獻較高的源區(qū)在東南方和西南方;對沈陽地區(qū)貢獻較高的源區(qū)在西北方和少部分西方。
　　4)混合受體模型分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域傳輸對不同城市空氣細菌差異菌群豐度具有影響。針對杭州地區(qū)與昆明地區(qū)的細菌差異菌群，杭州地區(qū)的主要潛在源區(qū)在東北方和西南方，昆明地區(qū)對杭州地區(qū)也有少量貢獻;對昆明貢獻較高的源區(qū)在南方小范圍地區(qū)。杭州地區(qū)與沈陽地區(qū)間比較，對杭州地區(qū)貢獻較高的源區(qū)在東北方和西南方，沈