全氟和多氟烷基物质（PFASs）在半干旱的大黑河流域中，通过再生水补给对细菌群落的影响

《Journal of Cleaner Production》：Impacts of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) on the bacterial community in the semiarid Dahei River Basin under reclaimed water replenishment

该研究在2023年干旱季对代海河流域丘陵、平原和城市三个区域的水质及微生物群落进行分析，发现城市区域PFASs浓度最高（38.0±83.3 ng/L），且菌群丰富度最高但稳定性最差。PFASs通过改变功能基因（如病原体相关基因）影响菌群组装，而传统污染物与化学需氧量相关性更显著。研究揭示了人类活动强度对水体重金属分布和微生物群落结构的关键影响，为半干旱区再生水补充管理提供依据。

　　本研究聚焦于半干旱地区水资源利用与污染问题，特别是通过再生水补充对河流生态系统的影响。以2023年旱季为背景，研究团队对大黑河盆地进行了深入分析，该盆地作为黄河上游的主要支流，具有典型的半干旱地貌特征。研究覆盖了山区、平原和城市三个不同人类活动强度的区域，重点探讨了全氟和多氟烷基物质（PFASs）以及细菌群落的空间分布变化。这些物质在再生水排放过程中可能进入河流，从而对水体质量与生态系统产生潜在影响。

PFASs是一类广泛存在于工业和生活污水中的持久性有机污染物，具有极高的化学稳定性和生物累积性。由于其难以降解的特性，PFASs一旦进入水体，可能长期存在并对水生生物及人类健康构成威胁。研究表明，PFASs不仅会影响水体中的微生物群落结构，还可能通过食物链传递，对整个生态系统造成连锁反应。因此，深入理解PFASs在不同环境中的分布特征及其对微生物群落的影响，对于制定有效的水资源管理与污染防控策略至关重要。

在本次研究中，团队发现再生水对河流水体中的PFASs浓度有显著影响。特别是在城市区域，PFASs的浓度最高，达到38.0±83.3 ng/L。这一结果表明，PFASs的分布可能与土地利用方式密切相关。城市区域由于工业活动密集、污水处理设施运行以及居民生活排放等因素，PFASs的来源更为复杂。相较之下，山区和平原区域的PFASs浓度较低，这可能与自然水循环过程中的稀释效应以及人类活动的强度有关。然而，即便在这些区域，PFASs的累积效应仍不可忽视，尤其是在水资源较为紧张的半干旱地区。

除了PFASs，研究还关注了再生水对河流细菌群落的影响。细菌作为生态系统中的基础组成部分，其组成和功能对水体健康具有重要意义。研究发现，城市区域的细菌多样性较低，但种类数量较多，这可能反映了该区域水体中污染物的复杂性以及细菌适应性的增强。相反，山区和平原区域的细菌群落更加稳定，其聚集系数较高，表明这些区域的微生物群落可能更倾向于通过随机过程形成。这一现象可能与自然水体中相对较低的污染负荷有关，使得微生物群落的组成和结构更接近原始状态。

研究还发现，再生水对细菌群落的功能性基因表达具有显著影响。特别是在与病原体和芳香化合物降解相关的基因方面，再生水的引入可能导致这些基因的表达水平升高。这种变化可能与再生水中含有的特定化学物质有关，例如化学需氧量（COD）的升高可能促进了某些功能基因的表达。然而，研究并未发现PFASs浓度与这些功能性基因的表达之间存在显著相关性，这提示PFASs对微生物群落的影响可能更多地体现在其结构变化上，而非直接的功能调控。

值得注意的是，尽管PFASs在城市区域的浓度较高，但其对细菌群落的影响可能并非直接，而是通过与其他污染物的相互作用间接发生。例如，再生水中可能同时含有抗生素、营养盐等其他常见污染物，这些物质与PFASs共同作用，可能对微生物群落的组成和功能产生复合影响。因此，未来的水质监测和污染控制工作需要综合考虑多种污染物的协同效应，以更全面地评估其对生态环境的潜在风险。

此外，研究还强调了再生水在半干旱地区水资源管理中的重要性。由于自然降水有限，半干旱地区的水资源主要依赖于地下水开采、再生水补充以及跨流域调水等措施。然而，这些措施在提升水资源可用性的同时，也可能带来新的环境挑战。例如，再生水的排放可能改变河流的水质参数，影响水生生物的生存环境，甚至改变微生物群落的演替规律。因此，如何在保障水资源供给的同时，有效控制再生水带来的污染风险，是当前水资源管理亟需解决的问题。

从生态系统的角度来看，细菌群落的变化可能对整个河流生态系统的稳定性产生深远影响。微生物群落不仅在物质循环中发挥关键作用，还可能通过其代谢活动影响水体的自净能力。如果再生水导致细菌群落结构发生显著变化，可能会影响河流的生态功能，进而影响水质的长期保持。因此，对再生水对微生物群落的影响进行系统研究，有助于揭示其对生态系统潜在的威胁，并为制定科学的水环境保护措施提供依据。

在研究方法上，团队采用了多维度的分析手段，包括水质监测、微生物群落测序以及功能性基因表达分析等。通过对不同区域的水样进行采集和检测，研究人员能够较为全面地了解PFASs和细菌群落的空间分布特征。同时，通过对比不同区域的污染源和水文条件，研究还揭示了再生水对微生物群落的影响机制。这些方法的应用不仅提高了研究的科学性，也为后续类似研究提供了参考。

研究结果表明，再生水对半干旱地区河流生态系统的影响是复杂且多方面的。一方面，再生水的引入有助于缓解水资源短缺问题，为城市和农业提供稳定的水源。另一方面，再生水中可能携带的污染物，如PFASs，对水体质量和微生物群落构成潜在威胁。因此，如何在保障水资源利用的同时，减少再生水带来的污染负荷，是当前水环境治理面临的重要课题。

基于研究发现，团队提出了几点建议。首先，应加强对再生水排放的监管，特别是在PFASs浓度较高的城市区域，需建立更严格的处理标准，以降低其对水体的污染风险。其次，应开展更广泛的微生物群落研究，以评估不同污染物对生态系统的长期影响。最后，应结合当地水资源特点，制定个性化的水环境管理策略，以实现水资源的可持续利用与生态保护的双重目标。

总体而言，本研究为半干旱地区再生水利用的环境影响评估提供了重要的科学依据。通过对PFASs和细菌群落的系统分析，研究人员不仅揭示了再生水对水体质量的潜在影响，还为未来的水环境管理与污染防控提供了新的思路和方向。在水资源日益紧张的背景下，如何科学合理地利用再生水，同时确保其对生态环境的负面影响降到最低，将是未来研究和实践的重要任务。