南京城市水体细菌数量及健康风险的研究

杨嘉仪

摘 要：城市水体微生物污染普遍严重，如今已嚴重影响了人居环境质量。针对城市水体细菌污染现状，对南京市区内三类城市水体细菌含量进行测定并比较水体细菌含量大小。结果表明，经过治理的城市湖泊健康风险在三种典型水体中较小，排污河道次之，封闭的景观水体最大。

关键词：南京；城市水体；细菌含量；荧光计数法；健康风险

中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0001-02

城市水体是城市生态系统的重要组成部分，其主要功能有排水、分流、蓄水、防洪、防涝、渗补地下水、蒸发缓解热岛效应、滋润净化空气等，与当今城市居民的生活密不可分。然而，由于过去几十年城市快速扩张、人口剧增、经济高速发展，城市环境基础设施建设滞后，城市水体普遍污染较重，已严重影响了人居环境质量。据调查，我国七大水系中近一半河段污染严重，86%的城市河段水质普遍超标，湖泊普遍遭到污染，导致细菌在各类水体里大量繁殖。人类需要通过水来完成人体内的新陈代谢、营养的吸收与分配、体温调节、废物排泄等生命活动和洗涤、保持个体卫生等生活活动[1]。水与人类密不可分，而水体微生物大量滋生易导致相应的传染疾病（如霍乱、传染性肝炎、伤寒等），极大地增加了民众的健康风险，影响了居民的正常生活。

本研究旨在通过探究、对比各典型城市水体中细菌的含量，从而确定各类水体受污染程度并思考解决方案，引起人们重视、提高人们对污染水体细菌大量滋生的现状的警惕。

1 项目方案与过程

1.1 方法的选取

我们初步选择了平板计数法和显微镜荧光计数法两种细菌观察计数方法。

平板计数法通常做梯度稀释，故计数的线性范围大，平行性好，是经典的计数方法。由于是菌悬液涂布、比较均匀，能较好的反应菌落的疏密程度。但是此方法速度慢，需要平板上长出菌落后才能计数，因此在处理急性污染事件时无法及时有效测得实时细菌总量。

显微镜荧光计数法采用DAPI溶液（4，6-diamidion-2-phenylindole）对含有DNA的细菌进行荧光标记，使其可在显微镜下观察计数。因为DAPI可以透过完整的细胞膜、快速进入活细胞中与DNA结合，可以用于活细胞和固定细胞的染色。在荧光显微镜观察下，DAPI染剂是利用紫外光波长的光线激发。当DAPI与双股DNA结合时，最大吸收波长为358nm，最大发射波长为461nm，其发散光的波长范围含盖了蓝色至青绿色。DAPI也可以和RNA结合，但产生的荧光强度不及与DNA结合的结果，其发散光的波长范围约在400nm左右。DAPI的发散光为蓝色，且DAPI和绿色荧光蛋白（Green fluorescent protein， GFP）或Texas Red染剂（红色荧光染剂）的发散波长，仅有少部分重叠，研究员可以善用这项特性在单一的样品上进行多重荧光染色。同时，由于DAPI对水体中藻类等杂质的染色效果不同于对细菌的染色效果，故此方法可以更大程度地避免由杂质造成的数据误差。虽然DAPI不稳定易光解，而且细菌数量在显微镜下不易精确计数，但是操作相对平板计数法更简单，而且可以有效区分细菌与杂物，时间相比平板计数法极大缩短，更适合环境管理机构进行及时响应并决策，现已应用于发达国家城市供水系统中微生物致病风险的评估。

经过以上分析，相比之下，显微镜荧光计数法更符合本次研究实验的要求。

1.2 采样

我们在南京市区内选取了玄武湖（3处，按自外围向湖心岛方向的顺序采样）、珍珠河（1处）、地湖所内池塘（2处）共6处采样点并采样，分别代表城市湖泊、排污河道、景观用水三种典型城市水体；同时选取自来水、矿泉水两种人体接触频繁的水体作为本实验对照组，对比探究城市水体微生物含量对人体的影响程度。

1.3 实验用品

采样器、移液枪（200μL，1000μL，5000μL）、枪头、荧光显微镜、抽滤装置、高速震荡机、镊子、酒精棉、六种水样、自来水、矿泉水、无菌水、垫膜、黑膜、1×SCB、DAPI溶液（10μL/ml）、浸镜油。

1.4 实验方法

（1）稀释：用无菌水以2%的比例稀释各水体样本。（2）染色：取8种稀释后的样本各10mL，加入10μLDAPI溶液和125μL1×SCB，震荡2min，避光静置10min（1×SCB作染色步骤的缓冲液）。（3）过滤：在抽滤装置漏斗中央平铺垫膜，确认无气泡后平铺黑膜，将样品沿漏斗壁下流流入漏斗，缓慢加压抽滤。（4）装片：取出黑膜置于载玻片，滴加浸镜油，盖上盖玻片并压匀浸镜油至黑膜透明，完成装片制取。（5）计数：将滴油后的八种装片置于显微镜下，遮光片调节至3，调节细准焦螺旋至观察到较清晰蓝斑，记录各装片不重叠的十个视野各含有的细菌数目并取平均值，根据DAPI细菌计数公式*计算出各原水样中细菌的含量（单位：万个每毫升）并制表、制图。

1.5 计数公式

在100倍油镜下，一个视野的半径是78微米。一张做DAPI的黑膜有效半径为10.5毫米，即10500微米。

细菌个数（cell/mL）=5个视野个数的平均值×黑膜有效面积/视野面积×（1mL/过滤到膜上的原水样体积）

黑膜有效面积/视野面积=（π×105002）/（π×782）=18121.3

细菌个数（cell/mL）=（5个视野个数的平均值×18121.3）/过滤到膜上的原水样体积）

2 实验数据与分析结论（如表1、图1）

自来水和矿泉水是人体日常接触极频繁的水体，前者源于高山雪水、受人为或工业污染程度小，可直接饮用；后者经过了净水厂的氯气除菌等一系列除菌处理，人体可直接接触。由上表可知二者微生物含量远低于城市典型水体，经查询资料得知这两种水体中微生物含量对人体健康不构成威胁。

由表1可总结：玄武湖水体细菌含量在200-250万个每毫升之间，平均含量约为自来水17.9倍、矿泉水的26.5倍，得知经过治理的城市湖泊健康风险在三种典型水体中较小；珍珠河水体细菌含量在230万个每毫升左右，含量为自来水18.6倍、矿泉水27.6倍，得知排污河道健康风险其次；池塘水体细菌含量在250-330万个每毫升之间，平均含量约为自来水23.5倍、矿泉水34.7倍，得知封闭静止的景观水体健康风险最甚。

分析水体背景及数据得：

玄武湖受南京有关部门管理，进行了围绕河道整治、管网建设、污水处理设施建设、引流补水、断面水质等十余项治理措施，因此在三类水体中玄武湖的细菌含量相对较少；但有数据可看出还是远远高于自来水和矿泉水的细菌含量。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，故和细菌含量略高于玄武湖。由上述结果可知，开放城市水体的微生物污染仍严重，居民需避免与之密切接触甚至饮用等。

以景观用水为代表的封闭城市水体由于受到大气污染导致的降尘、酸雨的影响，含氮、磷的化合物富集，而封闭池塘无水循环系统，含氮、磷的化合物无法流出、不断堆积，使水藻及其他浮游生物大量繁殖，水体溶解氧大幅下降，水质恶化，导致鱼类等水生动物死亡[2]。而其遗骸分解需要大量的微生物，因此就造成闭塞池塘水中的细菌数大于另外两种开放城市水体。

3 讨论与对策

由实验的结果可以得知：城市中封闭的池塘的污染最为严重，其次是河流、湖泊等开放水体。

对于池塘等封闭的景观水体，可以利用水生生物（如凤眼莲、芦苇、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等）吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质，降低水体富营养化程度和细菌含量。目前，已经有国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化水体，特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，从而产生协同效应，净化污水，降低水体富营养化程度。此类水体中，池水无法流动更替而造成富营养化，故可定期换水、挖掘底泥，以减少潜在性内部污染源；同时可采取人为湖底深层曝气来补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放[3]。

对于玄武湖此类娱乐用水的开放城市水体，政府部门应继续进行治理，确保避免外来污水入湖而污染水体；也可以采用上述水生生物污水处理系统的方法，遏制细菌的增殖、藻类的生长，并产生大量氧气供鱼类等水生動物呼吸；同时，官方需制定严格的旅游规定（限制观光船的使用、对污染湖水的行为进行罚款等），并避免过度利用湖水。此外，河流、湖泊还拥有一定自清能力。研究和正确运用水体自净的规律，采取人工曝气或引水冲污稀释等辅助措施，强化自净能力，是减少或消除水体污染的途径之一[4]。

参考文献

[1]刘贵民.苏州市水源地保护生态补偿研究[D].苏州科技学院，2010.

[2]马亚乐，高大兴，蔡毅.衡水湖湿地生态环境保护与开发的调查报告[J].科技创业月刊，2011，24（18）：40-41.

[3]孙向辉，李力.水体富营养化及其植物修复技术研究进展[J].安徽农业科学，2014，（18）：5902-5905.

[4]杨树军.水体的富营养化与防治[J].河北水利，2010，（03）：25-25.