丨论文ID丨

原名：Assessing the impact of source water on tap water bacterial communities in 46 drinking water supply systems in China

译名：基于中国46个饮用水供水系统评估水源水对龙头水细菌群落的影响

期刊：Water Research

IF：7.913

发表时间：2020.01

第一作者：韩子铭

通讯作者：杨敏、张昱

作者单位：中国科学院生态环境研究中心

丨文章亮点丨

• 基于大尺度的水源水和对应龙头水的“成对”采样，揭示了经过水厂处理和输配后水源水细菌群落仍然影响龙头水的细菌群落组成 

• 饮用水处理和输配过程显著降低了细菌群落的α多样性，改变了β多样性并削弱了生物地理学分布特征

• SourceTracker分析表明龙头水中有49.73%±30.22%的细菌群落可能来自水源水 

• 水源水细菌群落组成的差异是决定水源水对龙头水影响大小的重要因素

丨文章简介丨

饮用水的微生物安全和稳定性对公共卫生安全至关重要，微生物群落“从水源到龙头”（from source to tap）的动态变化规律是一个重要的科学问题。许多研究发现经过水厂处理和管网输配的饮用水中，水源微生物的影响已经微乎其微，然而，这个结论也一直存在争议。为了解决这个争议，需要回答经过了水厂处理和输配过程的龙头水细菌群落有没有水源水的“难以磨灭的烙印”？以及水源水细菌群落如何对龙头水细菌群落产生影响？

本研究在中国中东部地区采集了大尺度的样品，在46个水厂“成对”地采集了供水系统的水源水和对应的龙头水（图1A）。与之前研究只针对一个水源、一个水厂和一条管网的单独供水系统长期定点采样不同，本研究的采样策略同时获取大量的物种组成非常多样的水源和龙头样品，有助于分析水源水的差异对龙头水的差异的贡献；此外，大尺度、大规模的样品能够更好地克服小尺度、少量样品的偶然性、随机性的问题。

从水源到龙头水的细菌群落的物种组成、多样性、生物地理分布（图1、图2）等都发生了显著变化，但是SourceTracker溯源算法表明龙头水中的细菌群落有49.73%±30.22%可能来自相应的水源水，表明一系列的饮用水处理和输配过程依旧不能磨灭水源的“烙印”。Mantel检验、Procrustes检验（图3）、方差分解分析（VPA）、结构方程模型（SEM）（图5）等进一步佐证了这一结果。然而，不同样品的SourceTracker结果差异很大，表明不同的水源水有不同的影响龙头水细菌群落的能力。为了进一步探讨这一问题，基于随机森林（random forest）算法，将12类细菌主要类群分成了敏感类群（sensitive taxa，龙头水中比水源水中显著少）和耐受类群（resistant taxa，水源和龙头中差异不显著）（图1C）。SourceTracker比例与水源水中敏感类群丰度呈负相关，而与耐受类群丰度呈正相关（图4），说明水源水的物种组成差异是决定水源水对龙头水细菌群落影响大小的重要因素。敏感类群和耐受类群的划分实际上反映了不同细菌类群对水处理过程的响应差异，这一划分结果也被文献中不同细菌类群在饮用水处理和输配过程中的变化结果所佐证。综上所述，本研究发现了水源水能够对龙头水细菌群落产生重要影响，不同的供水系统影响程度差异显著，并揭示了产生这一现象的原因和影响因素。因此，在严格、规范处理饮用水的同时，也应当重视水源水的生物污染问题，尤其要关注水源中致病的、对处理过程有耐受力的微生物的污染问题；此外，为保障饮用水微生物安全，需要根据水源特征进一步开展相关技术研究与工程实践，阻断水源对龙头的“烙印”。

图1. 46个水源水（SW）样品和对应的46个龙头水（TW）样品的细菌群落差异（A）分布在中国中东部地区29个城市的46对样品的地理位置；（B）水源水和龙头水细菌群落的主坐标分析；（C）高丰度细菌类群（变形菌门的四个主要纲和除变形菌门外相对丰度>1%的门）箱线图；百分比表示龙头水中细菌群落相比于水源水中增加的百分比；MDA和MDGini由随机森林模型计算得到，细菌类群的MDA和MDGini的统计检验显著（*表示P < 0.05，**表示P< 0.01）表明其在水源水和龙头水中有显著差异-来自原文

图2. 水源水（A）和龙头水（B）细菌群落的距离衰减效应-来自原文

图3. 水源水（SW）和龙头水（TW）中细菌群落的相似性（A）所有水源水和龙头水样品的共有和特有的OTU；（B）每个龙头水样品中的OTU可以在相应水源水样品中检出的百分比的平均值；（C）Procrustes检验表明水源水和龙头水细菌群落之间有显著相关性（sum of squares M2 = 0.7761, r = 0.4731, P= 0.0001）-来自原文

图4. 水源水中的敏感类群与其SourceTracker比例之间的关系（A）水源水中143个敏感类群的OTUs（Planctomycetes, Verrucomicrobia, Acidobacteria,Chloroflexi, δ-Proteobacteria中相对丰度>0.01%的OTU）热图；（B-D）热图中4个Cluster的SourceTracker比例、敏感类群丰度、耐受类群丰度的比较-来自原文

图5. 水源水细菌群落、地理分布、龙头水化学性质、龙头水余氯浓度对龙头水细菌群落差异的贡献（A）方差分解分析（VPA）解析各个因素的贡献比例；（B）结构方程模型（SEM）解析了各个因素对龙头水细菌群落的直接和间接影响-来自原文

※原文信息：

※原文链接：

https://www-sciencedirect-com-443.webvpn.las.ac.cn/science/article/pii/S0043135420300051?via%3Dihub