南京城市水體細(xì)菌數(shù)量及健康風(fēng)險的研究

楊嘉儀

摘 要：城市水體微生物污染普遍嚴(yán)重，如今已嚴(yán)重影響了人居環(huán)境質(zhì)量。針對城市水體細(xì)菌污染現(xiàn)狀，對南京市區(qū)內(nèi)三類城市水體細(xì)菌含量進(jìn)行測定并比較水體細(xì)菌含量大小。結(jié)果表明，經(jīng)過治理的城市湖泊健康風(fēng)險在三種典型水體中較小，排污河道次之，封閉的景觀水體最大。

關(guān)鍵詞：南京；城市水體；細(xì)菌含量；熒光計數(shù)法；健康風(fēng)險

中圖分類號：X522 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0001-02

城市水體是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能有排水、分流、蓄水、防洪、防澇、滲補(bǔ)地下水、蒸發(fā)緩解熱島效應(yīng)、滋潤凈化空氣等，與當(dāng)今城市居民的生活密不可分。然而，由于過去幾十年城市快速擴(kuò)張、人口劇增、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，城市水體普遍污染較重，已嚴(yán)重影響了人居環(huán)境質(zhì)量。據(jù)調(diào)查，我國七大水系中近一半河段污染嚴(yán)重，86%的城市河段水質(zhì)普遍超標(biāo)，湖泊普遍遭到污染，導(dǎo)致細(xì)菌在各類水體里大量繁殖。人類需要通過水來完成人體內(nèi)的新陳代謝、營養(yǎng)的吸收與分配、體溫調(diào)節(jié)、廢物排泄等生命活動和洗滌、保持個體衛(wèi)生等生活活動[1]。水與人類密不可分，而水體微生物大量滋生易導(dǎo)致相應(yīng)的傳染疾病（如霍亂、傳染性肝炎、傷寒等），極大地增加了民眾的健康風(fēng)險，影響了居民的正常生活。

本研究旨在通過探究、對比各典型城市水體中細(xì)菌的含量，從而確定各類水體受污染程度并思考解決方案，引起人們重視、提高人們對污染水體細(xì)菌大量滋生的現(xiàn)狀的警惕。

1 項目方案與過程

1.1 方法的選取

我們初步選擇了平板計數(shù)法和顯微鏡熒光計數(shù)法兩種細(xì)菌觀察計數(shù)方法。

平板計數(shù)法通常做梯度稀釋，故計數(shù)的線性范圍大，平行性好，是經(jīng)典的計數(shù)方法。由于是菌懸液涂布、比較均勻，能較好的反應(yīng)菌落的疏密程度。但是此方法速度慢，需要平板上長出菌落后才能計數(shù)，因此在處理急性污染事件時無法及時有效測得實(shí)時細(xì)菌總量。

顯微鏡熒光計數(shù)法采用DAPI溶液（4，6-diamidion-2-phenylindole）對含有DNA的細(xì)菌進(jìn)行熒光標(biāo)記，使其可在顯微鏡下觀察計數(shù)。因?yàn)镈API可以透過完整的細(xì)胞膜、快速進(jìn)入活細(xì)胞中與DNA結(jié)合，可以用于活細(xì)胞和固定細(xì)胞的染色。在熒光顯微鏡觀察下，DAPI染劑是利用紫外光波長的光線激發(fā)。當(dāng)DAPI與雙股DNA結(jié)合時，最大吸收波長為358nm，最大發(fā)射波長為461nm，其發(fā)散光的波長范圍含蓋了藍(lán)色至青綠色。DAPI也可以和RNA結(jié)合，但產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度不及與DNA結(jié)合的結(jié)果，其發(fā)散光的波長范圍約在400nm左右。DAPI的發(fā)散光為藍(lán)色，且DAPI和綠色熒光蛋白（Green fluorescent protein， GFP）或Texas Red染劑（紅色熒光染劑）的發(fā)散波長，僅有少部分重疊，研究員可以善用這項特性在單一的樣品上進(jìn)行多重?zé)晒馊旧Ｍ瑫r，由于DAPI對水體中藻類等雜質(zhì)的染色效果不同于對細(xì)菌的染色效果，故此方法可以更大程度地避免由雜質(zhì)造成的數(shù)據(jù)誤差。雖然DAPI不穩(wěn)定易光解，而且細(xì)菌數(shù)量在顯微鏡下不易精確計數(shù)，但是操作相對平板計數(shù)法更簡單，而且可以有效區(qū)分細(xì)菌與雜物，時間相比平板計數(shù)法極大縮短，更適合環(huán)境管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行及時響應(yīng)并決策，現(xiàn)已應(yīng)用于發(fā)達(dá)國家城市供水系統(tǒng)中微生物致病風(fēng)險的評估。

經(jīng)過以上分析，相比之下，顯微鏡熒光計數(shù)法更符合本次研究實(shí)驗(yàn)的要求。

1.2 采樣

我們在南京市區(qū)內(nèi)選取了玄武湖（3處，按自外圍向湖心島方向的順序采樣）、珍珠河（1處）、地湖所內(nèi)池塘（2處）共6處采樣點(diǎn)并采樣，分別代表城市湖泊、排污河道、景觀用水三種典型城市水體；同時選取自來水、礦泉水兩種人體接觸頻繁的水體作為本實(shí)驗(yàn)對照組，對比探究城市水體微生物含量對人體的影響程度。

1.3 實(shí)驗(yàn)用品

采樣器、移液槍（200μL，1000μL，5000μL）、槍頭、熒光顯微鏡、抽濾裝置、高速震蕩機(jī)、鑷子、酒精棉、六種水樣、自來水、礦泉水、無菌水、墊膜、黑膜、1×SCB、DAPI溶液（10μL/ml）、浸鏡油。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

（1）稀釋：用無菌水以2%的比例稀釋各水體樣本。（2）染色：取8種稀釋后的樣本各10mL，加入10μLDAPI溶液和125μL1×SCB，震蕩2min，避光靜置10min（1×SCB作染色步驟的緩沖液）。（3）過濾：在抽濾裝置漏斗中央平鋪墊膜，確認(rèn)無氣泡后平鋪黑膜，將樣品沿漏斗壁下流流入漏斗，緩慢加壓抽濾。（4）裝片：取出黑膜置于載玻片，滴加浸鏡油，蓋上蓋玻片并壓勻浸鏡油至黑膜透明，完成裝片制取。（5）計數(shù)：將滴油后的八種裝片置于顯微鏡下，遮光片調(diào)節(jié)至3，調(diào)節(jié)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋至觀察到較清晰藍(lán)斑，記錄各裝片不重疊的十個視野各含有的細(xì)菌數(shù)目并取平均值，根據(jù)DAPI細(xì)菌計數(shù)公式*計算出各原水樣中細(xì)菌的含量（單位：萬個每毫升）并制表、制圖。

1.5 計數(shù)公式

在100倍油鏡下，一個視野的半徑是78微米。一張做DAPI的黑膜有效半徑為10.5毫米，即10500微米。

細(xì)菌個數(shù)（cell/mL）=5個視野個數(shù)的平均值×黑膜有效面積/視野面積×（1mL/過濾到膜上的原水樣體積）

黑膜有效面積/視野面積=（π×105002）/（π×782）=18121.3

細(xì)菌個數(shù)（cell/mL）=（5個視野個數(shù)的平均值×18121.3）/過濾到膜上的原水樣體積）

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析結(jié)論（如表1、圖1）

自來水和礦泉水是人體日常接觸極頻繁的水體，前者源于高山雪水、受人為或工業(yè)污染程度小，可直接飲用；后者經(jīng)過了凈水廠的氯氣除菌等一系列除菌處理，人體可直接接觸。由上表可知二者微生物含量遠(yuǎn)低于城市典型水體，經(jīng)查詢資料得知這兩種水體中微生物含量對人體健康不構(gòu)成威脅。

由表1可總結(jié)：玄武湖水體細(xì)菌含量在200-250萬個每毫升之間，平均含量約為自來水17.9倍、礦泉水的26.5倍，得知經(jīng)過治理的城市湖泊健康風(fēng)險在三種典型水體中較小；珍珠河水體細(xì)菌含量在230萬個每毫升左右，含量為自來水18.6倍、礦泉水27.6倍，得知排污河道健康風(fēng)險其次；池塘水體細(xì)菌含量在250-330萬個每毫升之間，平均含量約為自來水23.5倍、礦泉水34.7倍，得知封閉靜止的景觀水體健康風(fēng)險最甚。

分析水體背景及數(shù)據(jù)得：

玄武湖受南京有關(guān)部門管理，進(jìn)行了圍繞河道整治、管網(wǎng)建設(shè)、污水處理設(shè)施建設(shè)、引流補(bǔ)水、斷面水質(zhì)等十余項治理措施，因此在三類水體中玄武湖的細(xì)菌含量相對較少；但有數(shù)據(jù)可看出還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自來水和礦泉水的細(xì)菌含量。珍珠河河水引自玄武湖，目的是一定程度地清洗排污河河道，故和細(xì)菌含量略高于玄武湖。由上述結(jié)果可知，開放城市水體的微生物污染仍嚴(yán)重，居民需避免與之密切接觸甚至飲用等。

以景觀用水為代表的封閉城市水體由于受到大氣污染導(dǎo)致的降塵、酸雨的影響，含氮、磷的化合物富集，而封閉池塘無水循環(huán)系統(tǒng)，含氮、磷的化合物無法流出、不斷堆積，使水藻及其他浮游生物大量繁殖，水體溶解氧大幅下降，水質(zhì)惡化，導(dǎo)致魚類等水生動物死亡[2]。而其遺骸分解需要大量的微生物，因此就造成閉塞池塘水中的細(xì)菌數(shù)大于另外兩種開放城市水體。

3 討論與對策

由實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得知：城市中封閉的池塘的污染最為嚴(yán)重，其次是河流、湖泊等開放水體。

對于池塘等封閉的景觀水體，可以利用水生生物（如鳳眼蓮、蘆葦、多穗尾藻、麗藻、破銅錢等）吸收利用氮、磷元素進(jìn)行代謝活動以去除水體中氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，降低水體富營養(yǎng)化程度和細(xì)菌含量。目前，已經(jīng)有國家開始試驗(yàn)用大型水生植物污水處理系統(tǒng)凈化水體，特點(diǎn)是以大型水生植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，從而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，凈化污水，降低水體富營養(yǎng)化程度。此類水體中，池水無法流動更替而造成富營養(yǎng)化，故可定期換水、挖掘底泥，以減少潛在性內(nèi)部污染源；同時可采取人為湖底深層曝氣來補(bǔ)充氧，使水與底泥界面之間不出現(xiàn)厭氧層，經(jīng)常保持有氧狀態(tài)，有利于抑制底泥磷釋放[3]。

對于玄武湖此類娛樂用水的開放城市水體，政府部門應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行治理，確保避免外來污水入湖而污染水體；也可以采用上述水生生物污水處理系統(tǒng)的方法，遏制細(xì)菌的增殖、藻類的生長，并產(chǎn)生大量氧氣供魚類等水生動物呼吸；同時，官方需制定嚴(yán)格的旅游規(guī)定（限制觀光船的使用、對污染湖水的行為進(jìn)行罰款等），并避免過度利用湖水。此外，河流、湖泊還擁有一定自清能力。研究和正確運(yùn)用水體自凈的規(guī)律，采取人工曝氣或引水沖污稀釋等輔助措施，強(qiáng)化自凈能力，是減少或消除水體污染的途徑之一[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]劉貴民.蘇州市水源地保護(hù)生態(tài)補(bǔ)償研究[D].蘇州科技學(xué)院，2010.

[2]馬亞樂，高大興，蔡毅.衡水湖濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)與開發(fā)的調(diào)查報告[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2011，24（18）：40-41.

[3]孫向輝，李力.水體富營養(yǎng)化及其植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，（18）：5902-5905.

[4]楊樹軍.水體的富營養(yǎng)化與防治[J].河北水利，2010，（03）：25-25.