江 磊,朱德軍,陳永燦,趙恒光

(清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室,北京 100084)

我國地表水體糞大腸菌群污染現(xiàn)狀分析

江 磊,朱德軍,陳永燦,趙恒光

(清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室,北京 100084)

基于20世紀80年代以來公開發(fā)表的文獻,調研了我國地表水體(河流、湖泊、水庫、近海海域)糞大腸菌群的含量,對糞大腸菌群含量的時空分布及變化進行了分析,并對影響這種分布特性的因素進行了系統(tǒng)的分析和討論。結果表明:我國地表水體糞大腸菌群含量普遍較高,受到較為嚴重的糞便污染,其中河流水系含量最高,湖泊、海域次之,水庫最低;糞大腸菌群含量的年際和年內波動都較大,年內豐水期含量高于枯水期含量;糞大腸菌群含量的空間分布特性為南北無明顯差異,東部水域含量高于西部水域含量,下游水體含量高于上游水體含量,近岸水體含量高于遠岸水體含量,人為干擾嚴重的水體含量高于干擾輕的水體含量。降雨徑流對糞大腸菌群含量的時空變化存在非常顯著的影響,同時水體有機物含量、富營養(yǎng)化程度、鹽度及溫度等物理化學特性也影響著糞大腸菌群在水體中的分布。

地表水體;糞大腸菌群;病原微生物;含量分布;污染特性

水體受到病原微生物污染后,可能導致霍亂、傷寒等多種腸道傳染病,并造成大范圍的爆發(fā)[1-2],據(jù)調查我國廣西、貴州、江蘇等省(自治區(qū))的傷寒、副傷寒以水傳播為主,如貴州50年間577起傷寒、副傷寒的爆發(fā)中水型爆發(fā)占到64.82%[3-5]。病原微生物主要來源于人和動物等的糞便[6],水體中病原微生物種類多、含量較少并且生存周期短,檢測困難,通常采用檢測與病原微生物具有密切相關性的指示微生物來指示和估計病原污染[7]。糞大腸菌群(Faecal Coliforms)由于其直接來源于糞便且檢測方法相對容易而被廣泛應用為衡量水體糞便污染的指示微生物,水體存在糞大腸菌群表明已被糞便污染[8]。

表1 河流水系糞大腸菌群含量

GB 5749—1985《生活飲用水衛(wèi)生標準》中特別增加了糞大腸菌群指標,規(guī)定100mL水樣中不得檢出。而在最新頒布的GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》中,規(guī)定Ⅰ、Ⅱ、III、Ⅳ及Ⅴ類水糞大腸菌群的含量依次為小于或等于200、200～2 000、2 000～1萬、1萬～2萬及2萬～4萬個/L。GB 3097—1997《中華人民共和國海水水質標準》規(guī)定的第一、二、三類海水的糞大腸菌群含量為小于或等于2 000 個/L。我國地表水體糞大腸菌群含量普遍較高,部分水域含量甚至超過V類水質標準數(shù)萬倍。目前我國糞便微生物指標的評價還處于起步階段,水質評價多以常規(guī)理化指標為主,水質等級的評定也多以常規(guī)理化指標的評價結果為基礎。各機構頒布的水資源公報和環(huán)境狀況公報中只公布了水質等級的評定結果,缺少糞大腸菌群含量的具體數(shù)據(jù)。雖然部分研究人員對我國水體糞大腸菌群的含量和分布特性開展了研究,但一般只針對某一特定水域,還缺少對我國水體受糞大腸菌群污染的整體狀況和分布特性的研究。

本研究主要基于20世紀80年代以來公開發(fā)表的文獻資料,系統(tǒng)調研我國河流、湖泊、水庫和近海海域中的糞大腸菌群含量,分析其在不同水域中的時空分布特征,并結合國內外的研究成果,對影響我國地表水體中糞大腸菌群分布特性的因素進行分析和討論。

1 水域總體污染情況

1.1 河流水系

我國主要河流水系糞大腸菌群含量見表1,可以看出河流糞大腸菌群含量變化范圍較大。

a. 長江水系。長江水系流域范圍較大,面積約180萬km2。全流域內多年糞大腸菌群含量變化范圍為20～108個/L,河段內自上而下糞大腸菌群污染情況為:三江源地區(qū)生態(tài)環(huán)境較好,人為干擾較少,整體水質較好[9];宜賓段2001年糞大腸菌群含量處于103～105個/L量級,年內豐水期含量最高、平水期次之、枯水期最低,三大河流岷江含量最高、長江次之、金沙江最低[10];重慶段1999和2005年均存在糞大腸菌群超標的情況,其中2005年城區(qū)排污口附近糞大腸菌群含量超標最為嚴重[11-12];三峽庫區(qū)巴東段2002年和2004年糞大腸菌群含量平均值多在104個/L左右[13];長江口水體糞大腸菌群含量基本在103個/L以上,局部排污口附近達109個/L以上[14]。

表2 湖泊水庫糞大腸菌群含量

b. 黃河水系。黃河近年來水量偏少,水體自凈能力相對較差。黃河流域多年糞大腸菌群含量變化范圍為1.79×104～1.2×107個/L,如蘭州段2001—2006年糞大腸菌群濃度均在104個/L以上,超標情況比較嚴重[15-16];而渭河及其支流的糞大腸菌群含量變化范圍為103～106個/L,局部高達107個/L以上[17]。

c. 珠江水系。珠江水系水質相對較好,但城市河段的糞大腸菌群污染情況依然嚴重,如廣州段2004—2006年間珠江前航道糞大腸菌群含量均值變化范圍為1.007×106～1.227×106個/L[18];廣州河段2008—2009年中大碼頭和魚珠碼頭微表層、表層糞大腸菌群含量年均值范圍為(2.45±0.73)×106～(7.01±2.43)×106個/L[19]。

d. 海河水系。海河水系污染較為嚴重,城市生活污水的排入是導致糞大腸菌群含量偏高的主要原因,海河天津段1997年入境時糞大腸菌群含量約為103個/L,出境時糞大腸菌群含量約為105個/L,表明城市生活污水大量排入[20-21]。北京溫榆河上游糞大腸菌群含量明顯低于下游糞大腸菌群含量[22]。

e. 松遼水系。松遼水系糞大腸菌群含量變化范圍較大,遼河流域含量明顯高于松花江流域含量。松花江吉林段2001—2005年糞大腸菌群含量范圍為580～4 760 個/L[23],遼河流域遼南少水區(qū)及遼東多水區(qū)糞大腸菌群含量變化范圍為10～5.4×106個/L[24],渾河(撫順段)2005年糞大腸菌群含量為4.0×104～ 2.6×107個/L[25]。

f. 其他水系。除前述幾大水系外,其他水系糞大腸菌群含量亦較高,水體受到較為嚴重的糞便污染,如京杭大運河揚州段和杭州段2004年和2006年糞大腸菌群含量為281～1.16×105個/L[26-27]。

1.2 湖泊水庫

我國部分湖泊水庫的糞大腸菌群含量見表2,可知湖泊糞大腸菌含量普遍高,污染較嚴重,而水庫由于受到較好的保護,糞大腸菌群含量低,污染較輕。

a. 湖泊。杭州西湖1999年3條入溪河流糞大腸菌群含量均在105個/L以上,其中1999年6月暴雨后湖內糞大腸菌群含量1.6×104個/L[29]。武昌東湖1988—1989年糞大腸菌群含量變化范圍為700～4.4×107個/L,其中水果湖污染最為嚴重[30]。洞庭湖1993年大腸菌群含量平均值為7 834 個/L[2]。洱海部分水域的糞大腸菌群含量超過國家Ⅱ類水質標準值(2 000 個/L)近26倍,但枯水期時糞大腸菌群含量較低,均達到Ⅱ類水質標準[31]。

b. 水庫。遼陽湯河水庫2009年各時期各測點的糞大腸菌群含量均小于90 個/L,枯水期和平水期為清潔水，豐水期則輕污染;參窩水庫各時期各測點均小于260 個/L,水質都比較好,枯、平、豐水期均為輕污染[32]。海南沙河水庫2003年6月糞大腸菌群含量略高，達1 000 個/L[33]。

1.3 海域

我國四大海域糞大腸菌群含量見表3,可知糞大腸菌群含量變化范圍為20～106個/L,不同海域之間污染狀況無明顯的趨勢性變化,渤海各海域多年糞大腸菌群含量變化范圍為20～4.8×104個/L,糞大腸菌群含量與降雨量及季節(jié)變化存在明顯的關系[34-36];黃海各海域多年糞大腸菌群含量略低,變化范圍為20～2.4×104個/L[37];東海沿岸多為經濟發(fā)達地區(qū),城市生活污水大量排入導致水體受到較為嚴重的污染,多年糞大腸菌群含量范圍為20～2.238×105個/L[38-42];南海各海域除紅沙港受到較為嚴重的人為干擾而導致糞大腸菌群含量較高外,其余各海域多年糞大腸菌群含量較低,范圍為20～1.6×104個/L[43]。

表3 主要海域糞大腸菌群含量

2 污染變化特性

2.1 時間變化特性

糞大腸菌群含量年際年內波動范圍較大,年際之間無明顯的趨勢性變化規(guī)律,長江口毗鄰海域1996—2005年糞大腸菌群含量在1999年達到最高值,此后呈波狀變化,整體雖有略微下降,但趨勢性并不明顯[12]。廈門海濱浴場2003—2010年糞大腸菌群含量在2005年達到最大值,其后存在逐漸減小的趨勢[2]。松花江2001—2005年糞大腸菌群含量逐年增加,并于2005年達到最大值[23]。黃河蘭州段2001—2006年糞大腸菌群含量在2003年達到最大值,其余無明顯的規(guī)律性變化[15-16]。年內變化則表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性,眾多研究均表明其豐水期含量最高、平水期次之、枯水期最低[10,20,29-30,33,41]。

2.2 空間分布特性

a. 糞大腸菌群含量南北向無明顯差異,東部水域高于西部水域?？傮w而言,我國地表水糞大腸菌群含量南北向差異性不明顯,河流糞大腸菌群含量多在104～106個/L之間,局部有所偏高;東西向呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化,主要表現(xiàn)為東部水域糞大腸菌群含量明顯高于西部水域[2],這主要是由于西部多為河流水系發(fā)源地,水體受到人為的干擾較少,糞大腸菌群含量較低,而東部水域多位于河流下游或是入海口,流經沿途工農業(yè)較為發(fā)達的地區(qū)或城市,大量的工農業(yè)廢水、生活污水排入或是受降雨沖刷進入水體,導致糞大腸菌群含量偏高。

b. 流域上游糞大腸菌群含量低于下游。流域內上游糞大腸菌群含量低于下游,長江三江源水體糞大腸菌群含量小于20 個/L[9],宜賓段為5 400～2.4×104個/L[10],重慶段為106～107個/L[12],而長江口為3 300～2.4×107個/L[14]。京杭大運河揚州段糞大腸菌群含量為281～5.018×104個/L[27],杭州段為1.16×105個/L[26]。北京溫榆河上游糞大腸菌群含量變化范圍為501～5.37×106個/L,而下游均值在6.3×106個/L以上[22]。

c. 橫向分布近岸區(qū)糞大腸菌群含量高于遠岸區(qū)。對于某一特定位置,糞大腸菌群含量隨岸邊距離的增加而減小,長江口水域附近糞大腸菌群自排污口至江中央數(shù)量急劇下降,由于江水的縱向稀釋擴散作用,呈平行于岸邊的帶狀分布特點[14]。秦皇島海域糞大腸菌群隨遠離海岸的距離濃度基本呈線性減小[36]。大連海域糞大腸菌群含量隨距離增加表現(xiàn)出相似的規(guī)律[2]。

d. 人為干擾大的水體糞大腸菌群含量高于干擾小的水體。城市地區(qū)由于人口密度大,工業(yè)集中,大量生活污水和工業(yè)廢水的排放導致河流城市段的糞大腸菌群含量高于非城市段,城市湖泊的糞大腸菌群含量高于非城市湖泊。津河入境時糞大腸菌群含量為3 350 個/L,而出境時則高達1.476×105個/L,后者遠高于前者[21]。位于武漢市區(qū)內的東湖糞大腸菌群含量最高達107個/L[30],而非城市湖泊的洞庭湖糞大腸菌群含量最高只有105個/L[2]。黃河流域渭河糞大腸菌群含量為3.4×105～1.2×106個/L,其支流某斷面高達1.2×107個/L,而黃河干流糞大腸菌群含量多為105個/L左右[15-16]。

e. 糞大腸菌群含量垂向分布相對較為復雜。糞大腸菌群含量沿垂向分布比較復雜,受諸多因素的影響,包括溫度、鹽度、懸浮物、光照等,一般深水底部低溫黑暗的環(huán)境更適合糞大腸菌群的存活[6]。珠江廣州段中大碼頭微表層、表層糞大腸菌群含量的年均值分別為(7.01±2.43)×106個/L和(2.75±0.73)×106個/L,魚珠碼頭為(4.81±1.84)×106個/L和(2.45±0.73)×106個/L,微表層濃度高于表層[18]。羅源灣2002—2005年糞大腸菌群含量為表層海水大于底層海水[38]。浙江近岸海域第一次航行表層和底層水類大腸菌群含量均值分別為460 個/L和1 150 個/L;第二次航行分別為750 個/L和370 個/L[42]。

2.3 水域類型差異特性

a. 內陸水域河流水系糞大腸菌群含量明顯高于湖泊水庫。河流由于承受了較多的人為干擾,糞大腸菌群含量要明顯高于其他水域,河流糞大腸菌群含量多為104～106個/L量級,局部可高達107～108個/L。湖泊糞大腸菌群含量多為103～104個/L量級,水庫糞大腸菌群含量多為102～103個/L量級。

b. 內陸水域水庫糞大腸菌群含量低于湖泊。水庫由于受到了較好的保護水質好于湖泊,水庫水體中糞大腸菌群含量在102～103個/L量級(50～2.8×103個/L),而湖泊水體中糞大腸菌群含量多在103～104個/L量級,部分地區(qū)如武昌東湖水果湖污染嚴重,可達3.68×104～4.4×107個/L。

c. 海域糞大腸菌群含量相比于內陸水域較低。海域糞大腸菌群含量在102～103個/L量級,而內陸水域則在102～106個/L量級,以104個/L以上的量級較為常見。不同水域的水體物理化學特性的不同導致其糞大腸菌群含量的不同,高鹽度的海水由于具有抑菌作用,會加劇糞大腸菌群的衰亡,因此其糞大腸菌群含量低于內陸河流湖泊。

3 污染影響因素

3.1 降雨徑流影響

糞大腸菌群含量年際年內的波動主要受降雨沖刷的影響,降雨導致地表徑流攜帶大量的工農業(yè)生活污水進入水體,增大水體糞大腸菌群含量,松花江吉林段2005年糞大腸菌群含量的升高與2005年的降雨存在密切的關系[23],遼東灣2002年夏季糞大腸菌群含量較高也與夏季降雨量較大、陸源污水大量入海有關[35],海口某浴場2000年7月某日糞大腸菌群檢出量就與當日降雨量存在明顯的正相關關系[2],洱海2007—2008年豐水期糞大腸菌群含量的嚴重超標系季節(jié)性的雨水沖刷帶來的生活污染物大量流入所致[31]。

3.2 水體物理化學特性影響

a. 水體糞大腸菌群含量與有機物含量正相關。在河流湖泊等水體中,微生物數(shù)量往往和有機物的含量成正比,COD和BOD指標可反映水體中有機物含量的高低,宜賓三江水體中糞大腸菌群含量與CODMn指數(shù)變化趨勢相同,二者呈正相關關系[10]。渾河(撫順段)2005年水體中糞大腸菌群含量與COD含量存在明顯的相關關系,COD含量高的水體,糞大腸菌群含量也高,且兩者變化趨勢相同[25]。杭州灣水體中糞大腸菌群含量與水體中COD含量呈正相關關系[41]。長江尚山斷面2002—2005年水體糞大腸菌群含量與BOD5或COD之間的相關分析表明,糞大腸菌群含量與BOD5的相關性好于COD[2]。松花江吉林段水體糞大腸菌群含量與CODMn指數(shù)變化趨勢相同,二者正相關[23]。

b. 水體糞大腸菌群含量與富營養(yǎng)化程度正相關。水體糞大腸菌群含量與水體富營養(yǎng)化程度呈正相關關系,黃河蘭州段的研究則表明糞大腸菌群含量與總磷有較強的相關性[15-16]。杭州灣糞大腸菌群含量與無機磷等環(huán)境因子的相關性較高[41]。杭州西湖糞大腸菌群含量與水體富營養(yǎng)化程度正相關[29]。長江口水域糞大腸菌群含量與富營養(yǎng)化程度成正比[40]。

c. 水體糞大腸菌群含量與鹽度負相關。高鹽度的海水具有抑菌作用,會加劇糞大腸菌群的衰亡,海域糞大腸菌群含量低于內陸水域在一定程度上與海水的高鹽度有關。焦俊鵬等[41]在1999年5—6月對杭州灣的調查結果顯示,糞大腸菌群含量與鹽度負相關,而蔡雷鳴等[38]在羅源灣也得到相似的結論。長江口糞大腸菌群含量的空間分布與鹽度負相關[14]。

d. 水體糞大腸菌群含量與溫度正相關。大多數(shù)微生物對水體溫度都極其敏感,糞大腸菌群最適宜的生存溫度為37℃左右,夏季水溫較適合糞大腸菌群的生存。黃秀清等[14]在長江口水域的調查研究結果表明,糞大腸菌群的含量與水溫的相關系數(shù)R2=0.601,含量與水溫正相關。杭州灣糞大腸菌群含量與水溫相關系數(shù)R2=0.622,含量與水溫正相關[41]。

4 結 論

a. 我國地表水體糞大腸菌群含量較高,范圍為20～108個/L,水體受到較為嚴重的糞便污染。河流糞大腸菌群含量最高,湖泊次之,近岸海域和水庫最低。

b. 糞大腸菌群含量年際之間波動較大,無明顯的規(guī)律性變化,年內豐水期含量高于枯水期含量;空間分布南北向無明顯的特點,東西向東部水域含量明顯高于西部;流域上游含量低于下游,局部近岸區(qū)含量則高于遠岸區(qū),表明人為干擾嚴重的水體糞大腸菌群含量高于干擾輕的水體;而糞大腸菌群含量在水體表底的分布則較為復雜。

c. 糞大腸菌群含量時間分布特性主要與降雨徑流有關,降雨量大則相應水體糞大腸菌群含量較高;空間分布特性受眾多因素影響,包括有機物含量、富營養(yǎng)程度、鹽度、溫度等,有機物含量、富營養(yǎng)程度、溫度高則糞大腸菌群含量高,鹽度高則糞大腸菌群含量低。

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·簡訊·

Analysis on Fecal Coliform pollution in surface waters of China//

JIANG Lei, ZHU Dejun, CHEN Yongcan, ZHAO Hengguang

(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Fecal Coliform (FC) concentration in surface waters, such as, rivers, lakes, reservoirs and coastal areas, of China was surveyed based on literatures published since 1980s. From the survey, the temporal variation and the spatial distribution of FC concentration is analyzed, and then influencing factors on distribution characteristics of FC are systematically discussed. The results demonstrate that FC concentration is generally high throughout the surface waters in China, which indicates that the waters suffer a severe microbial contamination. Rivers are most severely contaminated among different water bodies while reservoirs are cleanest. The concentration of FC shows significant inter-annual and intra-annual fluctuations, with the concentration in wet seasons being much greater than that in dry seasons. There is no obvious distribution pattern of FC concentration between southern and northern waters, while the FC concentration in eastern areas is obviously greater than that in western areas. The FC concentration in lower reaches of rivers is greater than that in the upper reaches, and the FC concentration near shore is greater than offshore. These indicate that human actions significantly increase the concentration of FC. Rainfall-runoff has a significant impact on the temporal variation and spatial distribution of FC. Besides, many other physical-chemical factors, including organic content, trophic level, salinity, and temperature of water are also responsible for the spatial distribution and temporal variation of concentration of FC.

surface water; Fecal Coliform; pathogenic microorganism; concentration distribution; pollution characteristic

清華大學自主科研計劃(20121088082); 國家自然科學基金(51039002)

江磊(1987—),男,湖北公安人,博士研究生,主要從事水-沙-污染物輸移過程研究。E-mail:beiai-qq25@163.com

朱德軍(1980—),男,江蘇建湖人,副教授,博士,主要從事河湖水動力-物質輸移過程研究。E-mail: zhudejun@mail.tsinghua.edu.cn

10.3880/j.issn.1006-7647.2015.03.003

TV 211.1

A

1006-7647(2015)03-0011-08

2014-01-19 編輯：熊水斌)