河南主要城市细菌气溶胶群落结构特征和影响因素研究.pdf

摘要

细菌气溶胶是大气颗粒物的关键组成部分，它们通过传播过敏原和病原体威胁人类

健康，同时与气候变化、公共卫生以及大气环境等方面密切相关。但目前，研究主要集

中于不同空气质量和特征环境下的细菌群落结构变化，而对于区域性、季节性的多维度

条件下，细菌气溶胶的结构变化规律和关键影响因子研究较为匮乏。鉴于此，本研究采

集河南省域主要城市（安阳、郑州、新乡、洛阳、商丘、许昌、信阳）不同空气质量水

平（优、良、轻度污染、中度污染）、不同季节（春季、夏季、冬季）的PM2.5细菌气

溶胶样本，借助生物学技术（高通量测序和荧光定量分析技术），结合物化因子，探究

细菌和致病菌群落结构的变化规律和影响因素，对细菌气溶胶的主要贡献源进行分析，

揭示大区域生物气溶胶的时空变化特征和传播规律，为城市细菌气溶胶污染防治提供科

学依据。主要研究内容和结果如下：

1.采样点PM2.5样本中细菌的优势菌门分别为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌

门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、蓝藻菌（Cyanobacteria）。随空气质量

恶化，厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度呈上升趋势；而在信阳采样点厚壁菌门

（Firmicutes）相对丰度最低。通过进一步筛选致病菌，发现共同优势致病菌分别为洛菲

氏不动杆菌（Acinetobacter_lwoffii）、炭宜杆菌（Bacillus_anthracis）、痤疮丙酸杆菌

（Cutibacterium_acnes）。洛菲氏不动杆菌（Acinetobacter_lwoffii）和痤疮丙酸杆菌

（Cutibacterium_acnes）主要在冬季检出，而炭宜杆菌（Bacillus_anthracis）在夏季相对

丰度更高。基于单因素方差分析以及主坐标分析，研究了细菌和致病菌群落多样性和结

构特征，结果显示：相比空气质量，地区间细菌丰度和多样性呈显著差异，且样本呈现

以城市地域性聚类的特点，并且致病菌的区域性特征比总细菌更加突出。在不同城市、

季节条件下，样本在冬季和夏季聚类更明显，而不同城市间的样本则分布较分散。

2-+-

2.重金属元素（Cd、As）和水溶性离子（SO、NH、NO）与大多数气溶胶细菌

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属呈负相关。相比重金属元素，水溶性离子对细菌气溶胶群落结构影响较大。而重金属

元素和水溶性离子对致病菌的影响不明显，只与部分肠道相关的致病菌（屎肠球菌

（Enterococcus_faecium）、大肠杆菌（Escherichia_coli））呈显著负相关。气象因素对

细菌的作用机理较复杂，但O3对大多数致病菌都呈现抑制作用，这可能是由于O3可以

穿透大部分细胞结构，降低其生物活性。此外，湿度也是空气中各种来源微生物释放和

扩散的重要影响因素。

3.结合水溶性离子和稳定碳同位素分析指示细菌气溶胶的主要污染来源，结果表明

污染物来源主要与生物质燃烧有关。潜在来源分析显示：高浓度贡献区皆以受体点为中

心，受体点周边区域具有输送效应，主要以山西省、陕西省、河北省、安徽省为主，会

吸附当地污染物质到达覆盖区域。其中，洛阳市污染源区以条状分布，其余地区呈团状，

分布较紧密。后向轨迹分析表明，相同季节下，每个站点的气流传输方向大致相同。而

不同季节下，站点的气流轨迹发生改变。冬季站点本地源和近距离传输为主要轨迹，春

季和夏季站点气团轨迹主要来自四个不同方向，较为分散，与冬季气团轨迹方向存在差

异。

关键词：细菌气溶胶，分布特征，影响因子，群落结构，致病菌，来源解析

ABSTRACT

Bacterialaerosolisakeycomponentofatmosphericparticulatematter,whichthreatenshuman

healththroughthetransmissionofallergensandpathogens.Atthesametime,itiscloselyrelate