編譯：微科盟獨(dú)世，編輯：微科盟木木夕、江舜堯。
微科盟原創(chuàng)微文，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載須注明來源《微生態(tài)》公眾號(hào)。
導(dǎo)讀
藍(lán)藻水華正在全球范圍內(nèi)不斷增加，這對(duì)水處理廠構(gòu)成了挑戰(zhàn)，同時(shí)關(guān)系到人類健康和水生生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。先進(jìn)的氧化工藝包括有效且安全的水處理方法。由于過氧化氫（H2O2）與其他浮游植物相比具有更高的敏感性，并且在低濃度下不會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大風(fēng)險(xiǎn)，因此過氧化氫已被提議作為減輕藍(lán)藻水華的可持續(xù)解決方案。在這里，我們引入了半干旱地區(qū)的一個(gè)水庫作為中宇宙實(shí)驗(yàn)，該水庫呈現(xiàn)以浮絲藻屬為主的藍(lán)藻水華，研究了120 h內(nèi)單次添加H2O2（10 mg L-1）對(duì)水庫中天然浮游植物和浮游細(xì)菌的效果。我們跟蹤了理化參數(shù)和浮游細(xì)菌組成的變化。H2O2在72小時(shí)內(nèi)有效抑制了藍(lán)藻、綠藻和硅藻，增加了水體透明度和溶解有機(jī)碳的含量，降低了溶解氧的含量和pH，而營養(yǎng)素濃度未受影響。120小時(shí)后，藍(lán)藻的豐度仍然很低，而綠藻則占據(jù)主導(dǎo)地位。16S rRNA測序表明，最初的藍(lán)藻水華由浮絲藻屬、藍(lán)菌屬和微囊藻屬組成。在120小時(shí)內(nèi)，只有藍(lán)菌屬的相對(duì)豐度增加，意味著其發(fā)生再生長。當(dāng)H2O2處理后，異養(yǎng)細(xì)菌的組成發(fā)生了顯著變化，Exiguobacterium、Parococcus和Deinococcus成為水體中最豐富的屬。研究結(jié)果表明，該方法可有效抑制藍(lán)藻水華并改善熱帶環(huán)境中的水質(zhì)。監(jiān)測非生物參數(shù)的變化和特定細(xì)菌類群的相對(duì)豐度可用于預(yù)測H2O2降解后藍(lán)藻的再生情況，并指示應(yīng)在水庫中的何處使用H2O2以便將效果持續(xù)到水處理廠的進(jìn)水口。
原名：Effect of hydrogen peroxide on natural phytoplankton and bacterioplankton in a drinking water reservoir: Mesocosm-scale study
譯名：中觀尺度研究-過氧化氫對(duì)飲用水庫中天然浮游植物和浮游細(xì)菌的影響
期刊：Water Research
IF：11.236
發(fā)表時(shí)間：2021.3.20
通訊作者：Allan A. Santos
通訊作者單位：里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學(xué)
本研究是于2019年2月15日至2月20日在Gavião水庫（3°59’03’S / 38°37’13’W）（圖1）中進(jìn)行的，相對(duì)于海平面的高度為65 m。該地是一個(gè)半干旱地區(qū)，年平均大氣溫度為32°C。與水庫相鄰的水處理廠（WTP）運(yùn)行了常規(guī)處理設(shè)備（混凝、直接過濾和消毒）運(yùn)行。將6個(gè)不透水且半透明的塑料袋制成長2 m和1.5 m圓柱體（3.5 m3）。中宇宙實(shí)驗(yàn)中充滿約3000 L的水。整個(gè)結(jié)構(gòu)位于Gavião水庫的湖積帶，平均深度為10 m，靠近水處理廠的進(jìn)水口。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了無H2O2的對(duì)照組（n = 3），以及單次添加H2O2（10 mg L-1）的處理組（n = 3）。實(shí)驗(yàn)周期為120小時(shí)（5天），并在添加H2O2（T0）之前和第24、72和120h時(shí)采集水樣。每個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)評(píng)估了水體的生物和非生物參數(shù)（表1）。
圖1 巴西塞阿拉州Gavião水庫地理位置。
表1 理化參數(shù)，分析方法和位置。
多元統(tǒng)計(jì)分析表明H2O2處理顯著影響了非生物參數(shù)以及來自浮游植物的葉綠素（通常稱為湖泊學(xué)參數(shù)）（p = 0.02，F(xiàn) = 25.20），這些常作為水質(zhì)指標(biāo)。PERMANOVA分析指出采樣時(shí)間和處理之間的存在顯著的相互作用（p = 0.024；F = 4.0793）。72 h后中宇宙試驗(yàn)中已經(jīng)檢測不到H2O2。在所有采樣時(shí)間（24、72和120 h），H2O2處理會(huì)顯著影響水體透明度（p <0.0001，F(xiàn)= 69.67）和濁度（p<0.0 001，F(xiàn) = 50.73）。初始透明度值為47 cm，在24 h后對(duì)照組水體增加至64 cm，沒有出現(xiàn)進(jìn)一步變化。在H2O2處理過的中宇宙試驗(yàn)里，透明度在24、72和120 h分別持續(xù)增加至82、115和105 cm（表2）。水體中最初的濁度為11 NTU（比濁法濁度單位），實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)照組的濁度維持在11-14 NTU。而在處理組的水體中，其濁度在24、72和120 h時(shí)分別降至8.3、5.5和5.5 NTU。在某些采樣時(shí)間，對(duì)照組和處理組中的其他非生物參數(shù)存在顯著差異（表2）。電導(dǎo)率在整個(gè)處理過程中表現(xiàn)出顯著的變化（p = 0.005，F(xiàn) = 7.2），在120 h時(shí)顯著增加（p = 0.0 0 07），平均達(dá)到585 μS cm -1（對(duì)照組：575 μS cm -1）。然而，對(duì)照組和處理組中與電導(dǎo)率相關(guān)的鹽陰離子如氯化物（p = 0.27）、硫酸鹽（p = 0.57）和氟化物（p = 0.57）不存在顯著的差異。與對(duì)照組相比，H2O2處理組的pH值顯著降低（p <0.0001，F(xiàn) = 42.16），在72 h時(shí)從9.2降至8.1，在120 h時(shí)從9.0降至8.3（表2）。水體中的TOC含量保持平穩(wěn)，而相比于處理組，對(duì)照組的DOC含量在72h從22 mg L -1降至18.5 mg L -1（p = 0.003，F(xiàn)= 7.71）。在第72 h，DO也顯著降低：對(duì)照組為11.4 mg L -1，處理組為6.4mg L -1（p <0.000.1，F(xiàn) = 21.26）。此外，對(duì)照組和處理組的氨氮（p = 0.59）、亞硝酸鹽（p = 0.73）、硝酸鹽（p = 0.50）、磷酸鹽（p = 0.12）含量均沒有顯著差異。在處理和對(duì)照條件下，營養(yǎng)物質(zhì)的濃度受圍場的影響而隨時(shí)間流逝。而溫度或水體本色不會(huì)隨時(shí)間的變化而變化（p = 0.53）。表2 單次添加H2O2（10 mg L-1）120 h后對(duì)飲用水中非生物參數(shù)的影響。
粗體表示每個(gè)采樣時(shí)間中對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組之間存在顯著差異（p < 0.05）。數(shù)值表示平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（n = 3）。縮寫：DOC-溶解有機(jī)碳；TOC-總有機(jī)碳；DO-溶解氧；Chl-葉綠素；NTU-比濁計(jì)濁度單位。根據(jù)估算的葉綠素濃度， H2O2處理組內(nèi)3個(gè)重復(fù)組的浮游植物生物量均會(huì)隨時(shí)間推移而發(fā)生變化：藍(lán)藻（p< 0.0001，F(xiàn) = 21.45）、綠藻（p< 0.0001，F(xiàn) = 58.38）和硅藻（p< 0.0001，F(xiàn) = 24.97）。在T0時(shí)藍(lán)藻的葉綠素濃度最高（〜35 μg L-1），與對(duì)照條件相比，該值隨時(shí)間推移持續(xù)下降。在72 h時(shí)，未檢測到藍(lán)藻（圖2A）。綠藻的葉綠素在72 h時(shí)也顯著下降（p = 0.0003），降低了50％。然而，葉綠素濃度表明綠色藻類生物量在120h顯著增加（p ＝ 0.03），達(dá)到約25 μg L-1，而在對(duì)照組中維持在13 μg L-1（圖2B）。硅藻的初始葉綠素濃度為1 μg L-1，于24 h的處理組中未能檢測到葉綠素濃度（p = 0.04），但隨后在120 h其生物量增長為對(duì)照組的3倍（圖2C）。在120 h時(shí)，處理組的綠藻生物量高于對(duì)照組，而在藍(lán)藻中的趨勢則相反，這表明H2O2處理后水體優(yōu)勢種被綠藻取代。
圖2 在120 h內(nèi)，基于（A）藍(lán)藻，（B）綠藻和（C）硅藻的葉綠素濃度評(píng)估10 mg L-1 H2O2對(duì)浮游植物生物量的影響。結(jié)果表示為平均值±SD。灰色和白色條分別表示H2O2處理組和不使用H2O2的對(duì)照組。處理組和對(duì)照組中的每個(gè)重復(fù)的個(gè)體值用x代表（n= 3）。星號(hào)表示處理組與對(duì)照組之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其中∗（p < 0.05），∗∗（p < 0.01）和∗∗∗（p < 0.001）。
通過每個(gè)樣品標(biāo)準(zhǔn)化后的 32221條序列來描述細(xì)菌群落（補(bǔ)充表1）。樣品T3M5（對(duì)照組：72h）在DNA處理過程中丟失，無法進(jìn)行分析。所有樣品的反射曲線均達(dá)到飽和，細(xì)菌多樣性覆蓋率達(dá)到97-98％（補(bǔ)充表1和補(bǔ)充圖2）。樣品的聚類表明對(duì)照組和處理組之間的平均相似度為60％，而它們之間的非相似性為70-80％（補(bǔ)充圖3）。從Shannon多樣性指數(shù)和sobs豐富度指數(shù)來看，H2O2處理在實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)影響豐富度（p = 0.07，F(xiàn) = 5.58）（補(bǔ)充圖4A），但是在24和72 h時(shí)顯著降低了群落多樣性（p = 0.001，F(xiàn) = 63.51）（補(bǔ)充圖4B）。因此，加入H2O2后細(xì)菌群落的組成發(fā)生了變化，但物種數(shù)卻沒有減少。非度量型多維尺度（nMDS）分析表示了時(shí)間尺度下處理組和對(duì)照組的樣品的排序情況。不同處理?xiàng)l件下的樣本分隔較遠(yuǎn)，且處理下不同采樣時(shí)間的樣品各自形成聚類（補(bǔ)充圖5）。加入H2O2后24和72 h收集的樣品的細(xì)菌群落比120 h收集的樣品更相似。雙因素PERMANOVA分析證實(shí)了處理組和對(duì)照組之間細(xì)菌群落（p < 0.0001，F(xiàn) = 26.562）以及處理后的24、72、120 h之間細(xì)菌群落存在顯著差異（p < 0.0001，F(xiàn) = 4.516），且時(shí)間和處理之間的相互作用影響了細(xì)菌群落（p＜0.03）（補(bǔ)充表2）。H2O2處理后的細(xì)菌群落組成隨時(shí)間發(fā)生了變化（圖3，補(bǔ)充表3）。原始群落主要由放線菌門（21％）、藍(lán)細(xì)菌門（20％）、浮霉菌門（15％）和變形菌門（11％）組成，其次是疣微菌門（9％）、綠彎菌門（8％）和擬桿菌門（7％）。對(duì)照組的細(xì)菌群落組成在時(shí)間尺度上幾乎沒有發(fā)生變化。藍(lán)細(xì)菌的相對(duì)豐度在24 h（25％）和72 h（27％）時(shí)增加，隨后在120 h時(shí)恢復(fù)到與初始豐度相似的值。放線菌的相對(duì)豐度在120 h時(shí)持續(xù)下降至11％，而疣微菌門在120 h增加至21％。相反，處理組的浮游細(xì)菌群落的組成完全發(fā)生了變化。在第24和72 h的樣品的浮游細(xì)菌群落組成更加相似，值得注意的是厚壁菌門的豐度從T0時(shí)的0.2％顯著增加到40-50％。其它豐度增加的門的還包括耐輻射球菌（從T0時(shí)的0.01％到7-11％）和變形菌門（從T0時(shí)的11％到17-23％）。同時(shí)，放線菌門、疣微菌門、浮霉菌門和綠彎菌門的豐度出現(xiàn)了下降。在120 h時(shí)，H2O2處理組的浮游細(xì)菌群落分布與T0時(shí)的細(xì)菌群落和120 h的對(duì)照組的不同，包括擬桿菌門（19％）、疣微菌門（24％）和變形菌門（26％）等優(yōu)勢門（圖3）。
圖3 在第0、24、72和120h時(shí)，對(duì)照組或處理（添加H2O2）組中，門水平的細(xì)菌OTU的相對(duì)豐度。每個(gè)條形圖表示在不同采樣時(shí)間和處理?xiàng)l件下三個(gè)重復(fù)門（n = 3）的平均值。
H2O2處理后使得藍(lán)藻的相對(duì)豐度從T0的20％降低到24 h、72 h的1％左右以及120 h的7％。藍(lán)藻群落中的OTU組成也受到H2O2處理的影響（圖4）。浮絲藻屬、藍(lán)菌屬和微囊藻屬在最初的藍(lán)細(xì)菌群落中是最主要的屬，分別占30％，27％和16％（圖4）。同樣它們也是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程對(duì)照組中的主要屬。而在處理組中藍(lán)藻的豐度急劇下降，在24 h內(nèi)，微囊藻屬占主導(dǎo)地位，占所有藍(lán)藻OTU的60％，而藍(lán)菌屬占20％。微囊藻屬的豐度在72h到120h分別降低了10%和5％，而藍(lán)菌屬的豐度則分別提高了53%和64％。處理后浮絲藻屬的豐度仍然很低（4-8％）。因此，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束藍(lán)藻的豐度趨于增加時(shí)，群落組成與最初的不同（圖4）。
圖4 在第0、24、72和120 h時(shí)，對(duì)照組或處理（添加H2O2）組中，門水平的細(xì)菌OTU的相對(duì)豐度。每個(gè)條形圖表示在不同采樣時(shí)間和處理?xiàng)l件下三個(gè)重復(fù)門（n = 3）的平均值。
3.4 對(duì)照組和H2O2處理組的判別性細(xì)菌類群為了強(qiáng)調(diào)區(qū)分對(duì)照組和處理組的主要浮游生物類群，在不考慮時(shí)間的情況下通過OTU的相對(duì)豐度進(jìn)行了LDA和LEfSe分析�；贚DA score（log10）（閾值為3.0）選擇了67個(gè)OTU，這些OTU有助于區(qū)分處理組和對(duì)照組（補(bǔ)充圖6）。其中，對(duì)照組中最具代表性的分類群是來自Chononiobacteraceae（4％）和Terrimicrobium sp.的未分類屬（3％）以及屬于藍(lán)藻屬的Planktothrix（6-10％）、Microcystis（3％）、Cyanobium（3％）和Raphidiopsis（Cylindrospermopsis）（圖5A-F）。處理組的主要屬是Exiguobacterium、Deinococcus、Paracoccus和Rhizobium（圖5G-1）。在24和72 h，Exiguobacterium的相對(duì)豐度達(dá)到40-50％，Paracoccus的相對(duì)豐度為4-9％，而Deinococcus的相對(duì)豐度為10％，而在對(duì)照條件下或在時(shí)間T0時(shí)，它們的豐度接近于零（圖5G-I）。對(duì)照組中其它主要的分類單元是Exiguobacterium、Deinococcus、Paracoccus和Rhizobium（補(bǔ)充圖6）。我們還選擇了120 h后H2O2處理組的主要OTU，以表征H2O2降解后的浮游細(xì)菌組成。根據(jù)LEfSe分析，最相關(guān)的五個(gè)是Luteolibacter sp.（~15％）、Exigigbacterium sp.（~5％）、未分類的Comamonadaceae（~13％）、Spirosomaceae sp.（~13％）和Prosthecobacter sp.（~13％）（補(bǔ)充圖7）。
圖5 基于LefSE分析（p < 0.05，LDA score（log10）> 3.0）的對(duì)照或處理?xiàng)l件下的異養(yǎng)細(xì)菌和藍(lán)藻主要屬在時(shí)間尺度上的相對(duì)豐度。在對(duì)照組中，主要 OTU對(duì)應(yīng)于未分類的異養(yǎng)細(xì)菌Chthoniobacteraceae (A)和Terrimicrobium(B)以及藍(lán)藻Planktothrix (C)、Microcystis(D)、Cyanobium (E)和Raphidiopsis(Cylindrospermopsis)(F)。在處理組中，主要的OTU對(duì)應(yīng)于Exiguobacterium (G)、Paracoccus (H)和Deinococcus (I)。
3.5 細(xì)菌類群和理化性質(zhì)之間地相關(guān)性通過SIMPER分析（補(bǔ)充表4）選擇了在每個(gè)采樣時(shí)間下處理組和對(duì)照組之間存在顯著差異的OTU，并檢驗(yàn)了它們與對(duì)照組的湖泊學(xué)參數(shù)（葉綠素組和非生物因素）的相關(guān)性（表2）。CCA排序（圖6）表明，處理組所有采樣時(shí)間（包括T0）下，藍(lán)藻的濁度和葉綠素是與這些細(xì)菌類群顯著相關(guān)的主要湖泊學(xué)參數(shù)。高濁度值與四種不同的藍(lán)藻OTU呈正相關(guān)，Cyanobium（OTU16）（r = 0.84）、Planktothrix（OTU03）（r = 0.81）、Microcystis（OTU14）（r = 0.79）和Raphidiopsis（Cylindrospermopsis）（r = 0.76)）和異養(yǎng)未分類的Chthoniobacteraceae (OTU02) (r = 0.75)。藍(lán)藻的濁度和葉綠素與一些異養(yǎng)細(xì)菌呈正相關(guān)，如Mycobacterium（OTU06）、Terrimicrobium（OTU09）、Solirubrobacterales成員（OTU10）和Caldilineaceae成員（OTU28）；并且與透明度呈負(fù)相關(guān)（補(bǔ)充表5）。H2O2處理后的24 h透明度增加，藍(lán)藻葉綠素減少，透明度與Exiguobacterium（OTU01）（r = 0.77）、Paracoccus（OTU05）（r = 0.8）及Deinococcus（OTU08）（r = 0.79）呈顯著正相關(guān)（圖6）。這三個(gè)OTU與藍(lán)藻的葉綠素之間存在顯著的負(fù)相關(guān)（分別為r = -0.71、-0.74和-0.75）（圖6和補(bǔ)充表5）。在72h時(shí)，對(duì)照組和處理組之間的濁度和透明度之間仍然存在顯著的差異，且處理組的pH、DOC和DO出現(xiàn)下降（表2）。處理組中的Exiguobacterium（OTU01）、Paracoccus（OTU05）和Deinococcus（OTU08）仍與透明度呈正相關(guān)（分別為r = 0.77、0.80和0.79），并且與未分類的Sphingobacteriaceae（OTU25）（r = 0.66)呈正相關(guān)（圖6）。Rhizobium（OTU39）和Flavobacterium（OTU42）與透明度呈正相關(guān)（分別為r = 0.66、0.73和0.6），與濁度（分別為r = -0.65和-0.74）和pH（分別為r = -0.62和-0.80）呈負(fù)相關(guān)。Flavobacterium（OTU42）（p= 0.0001）也與DO呈負(fù)相關(guān)（r = -0.75）。在任何OTU和DOC之間均未觀察到顯著的相關(guān)性（圖6，補(bǔ)充表5）。在120 h時(shí)，對(duì)照組和處理組的透明度、濁度、pH、電導(dǎo)率和藍(lán)藻葉綠素出現(xiàn)了差異。許多OTU與處理組較高的電導(dǎo)率和透明度之間存在顯著的正相關(guān)：Blastomonas（OTU65）（電導(dǎo)率：r = 0.84；透明度：r = 0.68）、Rhodobacter（OTU81）（電導(dǎo)率：r = 0.75；透明度：r = 0.80)、Lacibacter（OTU160）（電導(dǎo)率：r = 0.80；透明度：r = 0.75）和未分類的Spirosomaceae（OTU37）（電導(dǎo)率：r = 0.82；透明度：r = 0.72）。未分類的Sphingobacteriaceae（OTU25）的豐度僅與電導(dǎo)率有關(guān)（r = 0.77）。與pH呈負(fù)相關(guān)并與處理相關(guān)的OTU是Spirosomaceae（OTU37）(r = -0.74)、Rhizobium（OTU39）（r = -0.62）、Flavobacterium（OTU42）（r = -0.80）、Blastomonas（OTU65）（r = -0.71）、Rhodobacter（OTU81）（r = -0.63）和Lacibacter（OTU160）（r = -0.71）（圖6，補(bǔ)充表5）。盡管Luteolibacter（OTU17）（p = 0.2）、未分類的Commonadaceae（OTU29）（p = 0.6）和Prosthecobacter（OTU88）（p = 0.2）與120 h的處理?xiàng)l件有關(guān)，但它們與非生物因素沒有顯著相關(guān)性（補(bǔ)充表 5）。此外，綠藻葉綠素與Cyanobium sp（OTU16）（r = 0.62）的豐度呈正相關(guān)，該OTU在對(duì)照條件下始終存在，而在處理組中略有增加。Prosthecobacter sp.（OTU88）與硅藻葉綠素呈正相關(guān)（r = 0.74），而未分類的Comamonadaceae（OTU29）與這兩個(gè)因素都呈正相關(guān)（綠藻：r = 0.6；硅藻：r = 0.73）。
圖6 每個(gè)采樣時(shí)間（通過SIMPER）下對(duì)照組和處理組的判別OTU與物理化學(xué)參數(shù)的規(guī)范對(duì)應(yīng)分析（CCA）。
研究的水庫用于飲用水供應(yīng)且最近有藍(lán)藻增殖的歷史，其中Planktothrix agardhii和Raphidiopsis raciborskii占優(yōu)勢。在這項(xiàng)研究中，通過在中宇宙尺度下施用H2O2以減輕藍(lán)藻水華并改善水質(zhì)參數(shù)。同時(shí)，我們研究了該處理對(duì)浮游細(xì)菌群落組成的影響。添加單一濃度的10 mg L-1 H2O2，并在120 h（五天）內(nèi)監(jiān)測生物和非生物參數(shù)。研究報(bào)告指出，5 mg L-1 H2O2就足以控制淡水環(huán)境中的藍(lán)藻。此處使用的濃度（10 mg L-1）基于先前使用Gavião水庫的水進(jìn)行的微宇宙實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮到其超富營養(yǎng)狀態(tài)和高有機(jī)碳含量。該濃度抑制了藍(lán)藻且對(duì)真核浮游植物的影響較小。盡管與其他浮游植物相比，藍(lán)藻會(huì)選擇性地受到H2O2的影響，但必須注意不要傷害其他生物，如浮游動(dòng)物。Spoof等人指出來自Köyliönjärvi 湖（芬蘭）的不同類別浮游動(dòng)物在暴露于10和20 mg L-1 H2O2后的脆弱性。浮游動(dòng)物敏感性可能因物種而異，如果原位應(yīng)用H2O2控制藍(lán)藻，則應(yīng)評(píng)估此問題。H2O2原位抑制藍(lán)藻的效率取決于其降解時(shí)間，其受有機(jī)碳濃度和浮游細(xì)菌密度和組成的影響。范等人使用太湖水樣發(fā)現(xiàn)10 mg L-1在15天內(nèi)有效抑制藍(lán)藻的生長，使得真核綠藻占主導(dǎo)地位，但沒有關(guān)于H2O2降解時(shí)間的信息。奇怪的是，太湖中DOC濃度基于地點(diǎn)或季節(jié)從2到8 mg L-1不等，比Gavião水庫中的 DOC低2-3倍。即便如此，在Gavião水庫中，10 mg L-1的H2O2對(duì)藍(lán)藻的抑制超過了120 h，與那些在較低有機(jī)碳濃度環(huán)境中應(yīng)用10 mg L-1或更少的研究相比，時(shí)間縮短了。在我們的實(shí)驗(yàn)中，從72 h開始就沒有檢測到H2O2。之后，根據(jù)葉綠素和16S rRNA測序分析，處理組的藍(lán)藻含量仍然低于對(duì)照組，但在120 h觀察到其略有增加。與對(duì)照相比，處理組的DOC濃度在72 h下降，這可能與光降解或微生物活動(dòng)有關(guān)，盡管沒有細(xì)菌OTU與DOC濃度下降相關(guān)。除藍(lán)藻外，真核浮游植物最初也受到H2O2處理的抑制，但H2O2降解后綠藻占主導(dǎo)地位。這證明藍(lán)藻對(duì)H2O2具有更高的敏感性或綠藻存在更高的恢復(fù)/適應(yīng)性。Sinhá等人指出藍(lán)藻生物量減少后，真核硅藻Synedra sp.和綠藻Cladophora sp.的數(shù)量增加，表明這些物種受益于藍(lán)藻的減少并利用了可用的營養(yǎng)。在另一項(xiàng)研究中，使用H2O2抑制了Microcystis aeruginosa的大量繁殖，促進(jìn)了綠色植物（Chlamydomonas spp.）的生長。盡管在我們的實(shí)驗(yàn)中未評(píng)估真核浮游植物的組成，但Aulacoseira sp.和Fragilaria sp.被確定為原水中的主要硅藻物種，并且在研究時(shí)存在Planktothrix和Raphidiopsis。隨著H2O2對(duì)浮游植物的抑制，水體透明度增加，并且隨著時(shí)間的推移與藍(lán)藻葉綠素相關(guān)，這與其他研究不同。因此，在我們的研究中，使用高濃度H2O2改善了水質(zhì)參數(shù)。DO濃度在72 h下降，這可能與藍(lán)藻減少和光合活性降低導(dǎo)致氧氣產(chǎn)量降低有關(guān)。淡水環(huán)境中的其他研究表明，pH值和溶解氧的增加可歸因于大規(guī)模水華中藍(lán)藻的生長以及較高的營養(yǎng)水平。有研究指出H2O2的處理會(huì)觸發(fā)再貧營養(yǎng)化，導(dǎo)致環(huán)境中的替代平衡，但在本研究中，H2O2添加并沒有影響?zhàn)B分濃度。許多研究指出H2O2處理后養(yǎng)分利用率增加，磷酸鹽和氨濃度的增加可能與微生物細(xì)胞裂解有關(guān)。養(yǎng)分利用率的維持或增加將有利于藍(lán)藻重新生長。此外，養(yǎng)分濃度的變化可能與藍(lán)藻水華的物種組成、水體的氧化還原電勢以及相關(guān)微生物群落的生長有關(guān)。H2O2降解后，在120 h觀察到藍(lán)藻生物量和序列相對(duì)豐度的增加，表明重新生長的群落組成與原始群落組成不同。Cyanobium是在處理組中主導(dǎo)藍(lán)藻群落的主要屬，但也檢測到來自Planktothrix和Microcystis的序列。超微型浮游細(xì)菌藍(lán)藻如Cyanobium（0.2-2 μm）含量豐富，但在貧-中營養(yǎng)或超營養(yǎng)條件下的淡水系統(tǒng)中卻被低估了。在貧營養(yǎng)海洋環(huán)境中，超微藍(lán)藻的代表性物種可以達(dá)到0.5 d-1的增長率。在我們的實(shí)驗(yàn)中，由于藍(lán)藻水華被H2O2抑制，生長速度相對(duì)較快的藍(lán)藻可能受益于競爭的緩解和養(yǎng)分的可用性。因此，長期顯微鏡分析、葉綠素測量和分子工具對(duì)于監(jiān)測剩余藍(lán)藻群落的發(fā)展和優(yōu)化緩解策略非常重要。除藍(lán)藻外，H2O2處理后放線菌門、疣微菌門、浮霉菌門和綠彎菌門就是這種情況，表明這些門的成員也對(duì)氧化過程敏感。相反，一些細(xì)菌分類群對(duì)H2O2處理具有抗性，包括厚壁菌門、變形菌門和Deinoccoci成員。Paracoccus和Deinococcus對(duì)處理組樣本（24和72 h）的細(xì)菌群落的貢獻(xiàn)比例相似。已知來自這兩個(gè)屬的成員可以產(chǎn)生參與細(xì)菌防御以抵抗氧化應(yīng)激的有害影響的酶。Deinococcus以其在各種極端環(huán)境條件（如電離、紫外線輻射和干燥）中生存的能力而聞名。電離和紫外線輻射可以介導(dǎo)和加強(qiáng)ROS的產(chǎn)生。耐輻射Deinococcus細(xì)胞具有高過氧化氫酶活性，并在添加H2O2時(shí)增加。當(dāng)用亞致死劑量的H2O2進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，細(xì)胞對(duì)更高濃度的H2O2具有抵抗力，并且對(duì)紫外線和γ射線的抵抗力更強(qiáng)，顯示出在各種壓力因素下提高存活率的潛力。處理組的主要屬為Exiguobacterium，其世界性分布可能與對(duì)極端環(huán)境條件（包括高紫外線強(qiáng)度）的適應(yīng)性有關(guān)。該屬的固有特征是過氧化氫酶的強(qiáng)烈活性。該屬的菌株提供了類胡蘿卜素C30合成的完整途徑，這可能有助于ROS淬滅以及防止光損傷。Exiguobacterium與水體透明度呈正相關(guān)，這是藍(lán)藻減少的結(jié)果。田等人表明Exiguobacterium sp.的提取物對(duì)藍(lán)藻有強(qiáng)烈的殺藻活性，在2天內(nèi)抑制浮絲藻、聚球藻和色球藻的生長，對(duì)綠藻無殺藻活性。H2O2降解后，Exiguobacterium的豐度下降，藍(lán)藻占主導(dǎo)地位。此后的主要貢獻(xiàn)者是與對(duì)照組相比豐度增加的Luteolibacter。先前有研究指出了該屬與超微藍(lán)藻之間的相關(guān)性。此外，Cardman等人認(rèn)為疣微菌門的成員（包括Luteolibacter sp.）可能參與海洋環(huán)境中藻類多糖的降解。這些結(jié)果表明，使用宏基因組學(xué)方法進(jìn)行的進(jìn)一步研究可以確認(rèn)氧化過程之后特定細(xì)菌分類群的流行以及藍(lán)藻再生長之前的后續(xù)組成變化。在這種情況下，重要的是要了解在用于水處理目的的氧化處理后主導(dǎo)浮游細(xì)菌的抗性細(xì)菌，因?yàn)樗鼈兛赡芤馕吨盟娘L(fēng)險(xiǎn)。此外，了解H2O2處理后微生物群落的動(dòng)態(tài)可以揭示細(xì)菌分類群可能有助于作為藍(lán)藻大量繁殖之前的生物監(jiān)測條件。我們沒有評(píng)估H2O2對(duì)藍(lán)藻毒素的潛在影響，因?yàn)樵谡麄�(gè)實(shí)驗(yàn)過程之前和整個(gè)過程中都沒有檢測到常規(guī)監(jiān)測的藍(lán)藻毒素（微囊藻毒素、石房蛤毒素和圓柱藻毒素）。盡管在原位和藍(lán)細(xì)菌培養(yǎng)物中均觀察到過H2O2消除微囊藻毒素的效率，但其他研究也報(bào)告了殘留的毒素。如果通過H2O2過程釋放且未經(jīng)過化學(xué)或生物降解的毒素仍然存在于水處理廠的進(jìn)水口，則可以在水處理廠的中采用其他步驟來完全去除，例如活性炭吸附或化學(xué)氧化。H2O2處理的優(yōu)點(diǎn)是它不需要在水處理廠的中添加新的基礎(chǔ)設(shè)施，并且只有當(dāng)原水水質(zhì)惡化到某個(gè)閾值時(shí)才可以應(yīng)用于水庫的一小部分（靠近取水口）。本文使用了半干旱地區(qū)的超富營養(yǎng)化水庫進(jìn)行中宇宙實(shí)驗(yàn)評(píng)估了H2O2對(duì)浮游植物、浮游細(xì)菌和非生物參數(shù)的影響。單次添加10 mg L-1 H2O2可改善水質(zhì)并在72小時(shí)內(nèi)抑制浮游植物群落，而當(dāng)H2O2降解后綠藻占主導(dǎo)地位。最初以浮絲藻為主的藍(lán)藻水華被抑制，但隨后藍(lán)藻的數(shù)量出現(xiàn)了明顯增加。這表明藍(lán)藻的再生與營養(yǎng)的可獲得性有關(guān)。異養(yǎng)細(xì)菌群落組成隨時(shí)間變化，主要由對(duì)H2O2具有抗性的分類群主導(dǎo)，尤其是Exiguobacterium。因此，H2O2通過對(duì)浮游細(xì)菌施加壓力條件，使細(xì)菌群落的門組成發(fā)生強(qiáng)烈的變化。需要更長的觀察期來確定H2O2降解后藍(lán)藻水華恢復(fù)的時(shí)間。我們的結(jié)果表明，監(jiān)測非生物參數(shù)和特定分類群的相對(duì)豐度可用于預(yù)測藍(lán)藻的再生。要觀察該過程是否成功，一個(gè)重要的方面是在何處施加H2O2，以便在水處理廠的進(jìn)水口中仍能觀察到處理后的效果。為此，除了了解水質(zhì)改善持續(xù)多長時(shí)間之外，還需要研究水庫流體動(dòng)力學(xué)（停留時(shí)間、優(yōu)先路徑）。
