快速城市化流域细菌时空分布特征及影响因素解析

文章摘要：粪大肠杆菌是人类健康风险的重要指标之一，但在多土地利用的农村-郊区-城市流域中，河流粪大肠杆菌的时空变异性及其主要影响因素尚待研究。本研究对21个河段的粪大肠杆菌浓度进行了为期20个月的监测，并对441个样本进行了分析。采用多元回归分析法评价了粪大肠杆菌的时空动态。结果表明，城市化水平是影响粪大肠菌群空间分布的主要因素，除城市化水平较高的地区外，环境因素可以解释不同城市模式下粪大肠杆菌的时间动态。在温度、太阳辐射等自然因素难以改变的情况下，减少悬浮物是治理北运河粪大肠杆菌的直接方法。城市粪便大肠杆菌的输出对降雨事件反应迅速且敏感，短期内可增加数十倍。城市非点源粪大肠杆菌的主要影响因素是不透水地表及总体景观的破碎化。这项研究的结果将为河流粪大肠杆菌污染的管理提供参考。

正文详解

传统研究的不足：

1、缺少快速城市化流域背景下粪大肠杆菌时空动态研究；

2、缺少对影响NPS-FC传输的景观格局因素的分析。

根据北运河流域城市化特征，将流域划分为五个不同城市格局，并引入气象因子、城市化因子、地表水环境因子及景观格局因子等环境变量（如下表所示）探究快速城市化流域中粪大肠杆菌的时空动态及影响因素。

时空分布结果表明（如上图所示），在较低的城市化水平区域（P1和P5），通常月FC浓度较高；而在城市化水平较高区域（P3），其雨季FC浓度明显高于干季。这与分析的场次降雨前后河流FC浓度变化规律是一致的，浓度增长倍数大的河段主要位于城市化水平较高区域（如下图所示）。

影响FC时空动态的因素分析表明，除P3区域外，环境因子可以解释FC变化，城市区域内较多的点源是造成该现象的主要原因。景观格局影响因素研究表明，林地作为源、汇景观具有空间异质性，而不透水地表的连通性可对NPS-FC具有极好的促进作用。

主要结论

本文研究了5个城市格局下21个采样点两年来粪大肠杆菌的时空变异性及其影响因素。尽管所有城市模式都出现了严重的FC污染，但在农村区域模式P1和P5中发现了相对较高的月FC浓度。降雨使污染河段增加了47.62%，10-100和100-1000的浓度增加倍数主要集中在城市化水平高的地区。此外，FC浓度与环境因子之间的预测模型因城市化水平的不同而不同。回归分析表明，在不同的城市模式下，控制SS可以有效地降低FC，但在主城区P3内应考虑更多的因素。因此，未来粪便污染的预测可能需要考虑城市化水平，而不是一个普遍的情况。场次降雨尺度和季节尺度回归分析均表明，关键景观指标可以成功地解释复杂流域的NPS-FC，减少城市不透水面连通性是控制NPS污染的有效措施。总之，城市格局和景观指标的引入，使得更有针对性和精确地预测粪大肠杆菌时空动态特征。