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仁济医院西部的地址:
上海交通大学医学院附属仁济医院（西部）
地址：上海市黄浦区山东中路145号（山东中路福州路，近轨道2/10号线南京东路站）
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上海市长宁妇幼保健院
上海市第一妇婴保健院秦淮河底栖微生物特征及其与水质关系研究_甜梦文库
秦淮河底栖微生物特征及其与水质关系研究
摘要摘要随着城市化进程的加快，城市河流污染加剧。由于水体水质与底栖微生物之 间具有相互影响关系，底栖微生物对水质污染具有一定的指示作用。本论文以南京市秦淮河为例，在野外调查的基础上，分析了水质和底栖微生物的时间和空间变化特征，研究了秦淮河底栖微生物与水质的关系。全文具体内容如下： （１）对秦淮河进行了为期一年的水质调查，分析了其总体污染特征及各季节、各河段的污染状况。结果表明：秦淮河水体水质未达到其环境功能规划的Ⅳ类水标准，主要污染物为Ｎ，且以ＮＨ３．Ｎ为主要污染形态，而高锰酸盐指数及ＴＰ含 量达标；从季节变化看，秋季水质最好，冬季水质最差；不同河段水质的空间变 化表明，入河口区水质最差，自然河段水质最好。 （２）对秦淮河进行了为期一年的底栖微生物调查，分析了底栖微生物特征。 结果表明：在秦淮河所监测的几种底栖微生物中，细菌数量最多，平均达到了１０７ 数量级；氮素循环菌中氨化菌数量最多，而亚硝化菌最少；底栖微生物数量的季 节变化春夏季数量较多，秋季数量相对较少，冬季数量最少；底栖微生物数量在入河口区最少，而在自然河段最多。（３）研究了秦淮河水质与底栖微生物关系。结果表明：水质状况较好的自然 河段底栖微生物数量最多，水质最差的入河口区底栖微生物数量最少，并且冬季 底栖微生物数量也最少，水质与底栖微生物数量之间呈现一定的负相关；相关性分析也表明：底栖微生物数量与综合污染指数呈负相关：并且，可以考虑以底栖 固氮菌作为指示秦淮河综合污染程度的底栖微生物；而固氮菌和放线菌可分别作 为指示秦淮河春季和夏季综合污染程度的底栖微生物；氨化菌可作为指示自然河 段综合污染程度的底栖微生物。关键词：秦淮河；底栖微生物；水质；相关性；城市河流Ａｂｓｔ忸ｄＡｂｓｔｒａｃｔ触ｏｎｇｗｉｔｈｕｒｂ锄ｉｚｅｄａｄｖ卸ｃｅｍｅｎｔＳｐｅｅｄｉｎｇｕｐ，ｕｒｂ锄ｒｉＶｅｒｐｏｌｌｕｔｉ册ａｇｇｒａｖａｔｉｎｇ．，ｂｅｃａｕｓｅ ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ觚ｄｔｈｅ ｂｅｎｔｈｉｃｍｉｃｒ００ｒｇ鲫ｉｓｍｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｅａＣｈ０ｔｈｅｒ，ｔｌＩｅ ｂｅｎｔｈｉｃ ｍｉｃｒ００唱ａｎｉｓｍ ０ｆｔ明ｈａｓ ｃｅｎａｉｎ ｉｎｓｔｎｌｃｔｉｏｎ ｆＩｌｎｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐａｐｃｒ ｔａｋｅｓ ＱｉｎｈｕａｉｆｉＶｃｒ弱觚ｃｘａｍｐｌｅ，ｉｎｔｈｃ 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市气候、涵养水源、为微生物提供栖息地。而且在城市的生态建设、经济及社会的发展中更显示出不可替代的作用。然而，目前我国城市河流水环境污染问题严重。据记载，全国６６９个城市中，其中严重缺水的有１１０多个城市，受污染的水体也逐年增加，全国９０％的城市水域遭到了前所未有的严重污染【１，２】。城市河流的污染已经严重威胁到人们的正常生产和生活实践及国家的可持续发展。 底泥是城市河流污染物的重要归宿，水体中的污染物通过向底泥中累积和以 间隙水的方式间接的影响生存于底泥中的微生物的生长繁殖。污染物通过大气沉 降、废水排放、雨水淋溶与冲刷进入水体，最后沉积到底泥中并逐渐富集，所以 说底泥中的污染物来自于水体，是水体污染物的主要归宿之一。同时底泥环境是 河流底泥微生物的重要栖息地。由于底泥中的污染物来自于水体，水质差异会影 响底泥污染的差异，而底泥作为微生物生长的环境，会影响生存于其中的底栖微 生物，另外底泥中含有来自于水体的间隙水，也会对底栖微生物生长产生影响。 因此水体污染会对底栖微生物产生间接影响。 微生物也可以通过自身生命活动对上覆水体水质状况产生间接影响。微生物作为物质循环和能量流动的主要参与者，具有分解转化污染物的功能，在河流的生态系统中发挥着非常重要的作用，它可以以底泥中累积的污染物为营养进行新 陈代谢作用，分解转化底泥中的污染物并促使其向水体释放或者厌氧作用将污染 物分解为气体，因此底泥中的微生物与水质存在一种相互的间接影响关系。由于水体水质与底栖微生物存在的间接相互影响的关系，同时由于城市河流 污染的严重性，在对城市河流水质和底栖微生物调查的基础上开展二者之间的关 系研究具有一定的实际意义。对城市河流水质状况进行调查，可以了解河流的污河海大学硕士学位论文染特征，同时，也可以为城市河流污染的治理提供一定的思路和方法指导；对城 市河流底栖微生物特征进行研究，一方面可以了解城市河流的底栖微生物的状况， 另一方面也为解释河流水污染成因提供一定的支持；对底栖微生物特征与水质之 间相关关系进行研究，通过建立底栖微生物特征与河流水质关系，可以实现利用 底栖微生物特征来反映河流综合水质状况的目标，即为河流水质提供指示作用。１．２研究现状基于水质与底栖微生物之间可能存在的间接影响关系的认识，研究现状主要 分为以下三方面：有关城市河流污染特征及主要污染物分析；底栖微生物群落结 构的研究现状；以及底栖微生物和水质之间关系的相关研究。以期从前人的研究 中寻找切入点，并提出本文的研究内容。１．２．１城市河流水质特征目前我国河流的水污染日益严重，据我国国家环保总局发布的《２００６年中国 环境状况公报》显示在国家环境监测网监测的７４５个地表水监测断面中，Ｉ。ＩＩＩ 类，Ⅳ、Ｖ类，劣Ｖ类水质的断面比例分别为４０％、３２％和２８％。七大水系中， 珠江、长江水质良好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为重度污染。 太湖、滇池为劣Ｖ类水质，巢湖为Ｖ类水质【３Ｊ。而比较２００４和２００６年全国七大 水系水质状况发现Ｉ―ＩＩＩ类水质所占比例呈减少趋势，而劣Ｖ类水质呈上升趋势。 可见我国河流污染之严峻。 城市中小河流的污染尤其严重，随着社会经济的高速发展，人类活动的加剧， 水资源的日益短缺，工业发展伴随着大量人口涌入城市，大量工业废水以及城市 生活污水排入城市河流，城市河流水环境严重的破坏。近年来全国水域的水环境 质量调查统计，流经全国４２个大中城市的４４条河流中有９３％被污染，其中重污 染和中度污染占７９％，“％的城市河段为Ⅳ类或Ｖ类水质，而且河流污染也趋向 富营养化的趋势１４１，如上海市的城市河流苏州河，又称吴淞江，发源于太湖，横 贯整个上海市区中心。２０世纪８０年代以来，苏州河的水质污染越来越严重。水 体氮磷污染尤其严重，总氮介于８．８８―３１．５０ｍ∥Ｌ之间，其中氨氮介于 ６．８５～２６．７２ｍｇ／Ｌ【５ｌ，磷介于０．４２―１．２３ｍｇ，Ｌ之间【６１。北京市的长河水系污染也相当２第一章绪论严重，据调查２００３年长河水系总氮含量在０．９７６以．０３ｍｇ／Ｌ之间变动，平均含量 达到了１．６３３ｍｇ／Ｌ；总磷含量在０．０５２２―０．２７７５ｍ∥Ｌ之间变动，平均达到０．１５ｍｇ儿。 ２００４长河水系全年总氮含量在１．２８２以．３２９ｍｇ／Ｌ之间变动，平均为１．７０１ｍｇ／Ｌ；总磷含量在Ｏ．０５４加．２２８ｍｇ／Ｌ之间变动，平均含量也达到了Ｏ．１３７ｍｇ彬‘刀。苏州的城市河道南园河、竹辉河、内城河、薛家河、苗家河和内城河六条河的调查表明ＴＮ含量平均为７．５ｍ班，其中ＮＨ３．Ｎ全年平均为６．７ｍｇ／Ｌ，ＴＰ平均为ｏ．５３ｍｇ／ＬＩ剐。可见城市河流污染之严峻，氮磷污染也已成为城市河流的主要污染物。１．２．２微生物群落结构研究现状学术界对微生物生态结构的研究一开始多针对于土壤中【９’ｌｏ】、水中１１１１、后来发展到对一些具有类似净化功能的生物反应器群落结构进行对比研究【１２】，再逐渐 发展到对河流湖泊沉积物以及滩涂和河口三角洲沉积物的研究【１３Ｊ，研究手段也从传统微生物培养方法逐渐发展到利用现代的分子生物学技术【１４’１５】。齐泽民【１６１等通过对苞箭竹根际土壤微生物数量采用平板分析法研究发现苞箭竹根际土壤细菌、真菌数量显著高于非根际土，而放线菌数量无明显差异。说 明细菌和真菌对于苞箭竹的生长作用很大。吴根福等１１３ｌ通过对杭州西湖水域氮利 用细菌采用活菌计数法进行培养发现，杭州西湖水域的可培养氨化菌和固氮菌的 年平均值为５１０和２３６ＣＦＵ／『ｍｌ，而氨氧化菌、亚硝酸氧化菌、硝酸盐还原菌和脱氮均的数量分别为８．５、１６、５８７和１６ＭＰＮ／ｍＩ，而表层沉积物中这几种微生物的 数量则远远大于水体中的数量，分别为２．２７×１０５、７×１０４Ｃ兀Ｊ儋干泥和６．８×１０３、２．３×１０５、１．１×１旷和１．０１×１０４ＭＰＮ／ｇ干泥，由此也说明底泥是微生物的主要栖息地。从季节变化看，温度较低的１２月份、３月份数量比温度较高的５月份、１０月份高，其表层底泥中可培养异养细菌的季节分布也是冬季高于夏季，由此可见微生物群落结构是随着季节演替不断变化的。吴根福等【１７】还将２００２年的调查数 据和疏浚前的疏浚进行了对比，发现疏浚后氨化菌和氨氧化细菌的数量有所减少， 说明疏浚后底泥的有机污染物减少，可供氨化菌利用的有机物的减少造成了氨化菌数量的降低，从而使得生成的氨盐含量减少，进而使得氨氧化细菌的数量也维持在较低的水平，证实了疏浚的成效较好，达到了水体净化的目的。因此说明微 生物群落的研究可以在一定程度上反映水质修复工程对水质改善的具体效果。 刘艳芳１１８１等采用传统微生物方法对滇池底泥中的固氮菌、硝化细菌、亚硝化３河海大学硕士学位论文化细菌种类的分布进行研究发现滇池底泥中固氮菌数量较多的点，硝化菌和亚硝化菌也数量也较多。为滇池藻类爆发区域以及以微囊藻属㈣ｃ加ｃ粥出）和束丝藻属似加口咒如Ｄｍｅ，ｌＤ，１）所产生的“水华”最为严重的现象提供了理论支持。王京法等【１９】 认为底泥中细菌数量种类的分布状况有助于了解底泥中Ｃ、Ｎ、Ｐ的循环，同时可 以为水体管理者制定整体的保护及治理措施提供一定的依据，通过对滇池底泥细 菌和放线菌空间分布研究发现，细菌和放线菌在滇池西南的含量比较稳定，而在 东北部的含量比较高，且趋势线震荡较厉害，这和滇池水的流向是从西南流向东 北及滇池常年盛行西南风有一定的关系，通过细菌和放线菌的相关关系分析发现 二者相关性极好，Ｒ２为ｌ，说明了环境因素对二者的影响相当。 史春龙【２０】通过对南京莫愁湖底泥中的反硝化作用微生物进行的数量及功能 的研究，结果表明不同深度的底泥微生物数量是不一样的，反硝化菌的数量随着 在２．６ｃｍ范围内深度的增加而增加，８ｃｍ时有所减少，反硝化菌数量与硝酸盐还 原菌的数量之比是在４ａｎ处最高，向下逐渐减少，说明莫愁湖底泥中的反硝化作 用微生物在４ｃｍ深度处作用最大。而刘国才等１２１ｌ对池塘沉积物中细菌数量的调查 表明，池塘底泥中的细菌由于受到温度等因素的影响，数量在季节上呈现较大的 波动，冬季数量少夏季数量急剧上升。说明微生物的群落结构受到温度影响变化 较大。Ｐｅｐｔｅａ等【２２ｌ研究了Ｒｏｓｕ和ＩａｃｌＩｂ两个湖沉积物中的固氮菌、硝化细菌及 反硝化细菌，认为沉积物中硝化细菌和反硝化细菌存在着复杂的相互关系。 Ｇｎｏｖｅｓｅ等【２３１人报道Ｇａ北ｉｒｆｉ盐湖底泥中氨化细菌和明胶分解菌相当活跃，而尿素分解菌只在深层底泥中才能找到。弼ｚｊｌｏｖａ ＴＨＺｊｌｉｖａ㈣在研究Ｄ柚ｕｂｃ河Ｃｚｅｃｏｃｌｏｖａｋ断面不同细菌功能类群的数量及分布时发现，氨化细菌及反硝化细菌 的数量上有规律的出现，即只有在糖萝卜收获季节随着大量的有机物排入河道时， 这些细菌的数量也大为增加。波兰的Ｎｉｅｑｏｌａｋｌ２５】研究认为污染较严重的Ｊｅｚｉｏｒａ Ｍａｌｙ湖中细菌生理群的数量比Ｊｅｚｉｏｒａｋ贫营养湖的数量大得多，相差几个数量级。 近年来随着分子生物学的发展，分子生态学方法也逐渐从土壤应用于水污染处理的反应器和湖泊底泥的微生物多样性的分析中【硐，～ｌｅｎｅ１６ｓｋＲｏｗ姐等【１２】采用ｒＲＮＡ的ＰＣＲ．ＤＧＧＥ（聚合酶链式反应．变性梯度凝胶电泳技术）技术对比了在处理相同原水的前提下，实际大小的生物曝气池和滴滤池微生物的群落结构和 生物多样性，结果发现滴滤池的生物多样性高于生物曝气池，同时出水水质较好４第一章绪论了生物曝气池，因此说明生物群落结构与水质之间具有一定的关系。瑞典Ａｎｎ．Ｌ０ｕｉｓｅ等【２７１．通过对湖泊底泥的研究表明随着深度的增加底泥中细菌的活性和丰度呈递减趋势，且在所研究的深度范围内细菌的活性普遍都很低。可见利用分子生物学的方法可以更好的了解微生物的多样性，从而更全面的了解微生物群 落结构。由于底泥是水体微生物的主要栖息地，底栖微生物以底泥中的污染物质为营 养经过一系列化学反应一部分降解一部分转变成自身细胞的成分，同时由于底泥中所沉降具体污染物的不确定性一定程度会影响甚至抑制微生物的生长，所以理 论上每一受污染水体底泥的微生物群落结构都是经过了长期适应并逐渐形成的，并且会随着底泥性质以及外界条件的改变发生适应性的调整，微生物群落结构的 改变，会导致不同功能微生物的配比发生变化，从而造成水体自净功能存在差异。因此研究底泥中微生物群落结构时空演替不仅能够为了解河流底泥污染修复提供基础资料，还可以通过了解微生物数量的变化特征了解河流不同时段河流纳污能 力的差异，进而方便管理。１．２．３微生物与水体水质关系研究现状由于微生物对水体污染物的转化和分解作用，因此一定程度上可以说微生物 与水质之间必然存在着某种联系，国内外学者也利用两者之间的这种关系，利用水体中的微生物数量来对水质进行评价，水体中的细菌和大肠菌群数量与水质的 关系相对比较明了，王鹏【冽对细菌总数采用污水生物带来划分水质污染程度，总 大肠菌群按照ＧＢ３８３８．８８ＩＩＩ地表水环境质量标准来评价，建立了水体中细菌总数和大肠菌群值的水质评价标准，具体见表１．２．１。王家玲【２９１通过对官厅水库的异 养细菌及大肠菌群的监测，结果表明夏季和冬季微生物数量都较多，夏季值较冬 季值高，并以此说明水库各部分已经不同程度的遭受了严重的污染。李勤生等ｆ则表１．２．１细菌总数和大肠菌群值水质评价标准对东湖异氧细菌群落结构采用系统分类方法和微机聚类分析做了比较研究，计算河海大学硕士学位论文了各采样点细菌的多样性指数，发现各点的细菌的多样性与水环境理论指标相吻 合。说明了水体水质与微生物群落结构之间确实存在某种联系。Ｒｉｃｃａ【３１Ｉ对Ｂｏｓｔｏｎ 海湾的表层水质检测发现大肠杆菌噬菌体、大肠菌群数、肠球菌等指标与水体受 粪便污染程度相关，前两者是很好的指示菌。卢冰等【３２】利用显著性检验分析游泳 池水体细菌总数和理化指标（游离余氯、浑浊度、尿素和ｐＨ）之间的相关性，同 时以散点趋势图加以说明，并选用回归模型分析结果之间的联系，结果表明微生 物与水质指标之间不是直线回归模型，其相关也不是简单相关，存在着联系的多 向性和复杂性，各双项之间的单独联系强度较松散，不存在因果关系。 万欢等１３３】通过２００４年对京杭大运河杭州段水体中可培养微生物的生态分布 进行了为期１年的调查后发现，京杭大运河水体中总异养细菌年平均值高达１．６４ ×１０５ａ驯ｍｌ，说明有机污染仍相当严重。且所调查微生物的季节和河段差异并不显著，基本属于同一数量级下的微小波动，通过对氨氧化细菌和水体中氨态氮 的相关性研究发现，两者之见几乎没有相关性，相关系数仅为０．１２９，而对硝酸盐还原菌和水体中硝酸盐氮的含量的相关分析表明，具有较好的相关性，相关系数为Ｏ．７９４，同时还发现异养菌与硝酸盐还原菌和硝酸盐氮之间的相关性较好。相关 系数分别为０．９８７和Ｏ．７８４，说明水体中微生物数量与水质确实存在一定的关系。 付融冰【矧等利用混菌法和稀释涂布平板法测定微生物数量的方法，对人工湿 地基质中的微生物与净化效果的相关关系的研究中发现，数量上湿地上层基质的 微生物较下层多两个数量级，显著分析表明上下层的细菌数量具有显著差异，且 细菌和放线菌的数量与ＢＯＤ５及ＴＮ的去除有显著的相关性，说明微生物的作用 是去除有机物和Ｎ污染的重要途径，而基质微生物数量与１１Ｐ的去除率相关性不 明显。湿地基质硝化速率，其硝化能力与亚硝化细菌的数量呈显著相关。吴振斌 【３５】等的研究也得出了类似的结论。 樊竹青等№３７ｌ通过研究滇池底泥上层土样异养菌的数量和分类。滇池底泥的 细菌数量在１．３９×１０１．１．８×１０６个／ｇ土样之间，其数量的多少与水体污染程度有一 定的相关性，在水体严重污染的北部和西部的微生物数量较少，污染较轻中部和 东部相对细菌的数量较多，细菌数量和水质污染呈现负相关，认为存在这种负相 关的原因不明，还需要进一步研究和探讨。陈金霞等ｆ３８ｌ对上海苏州河底泥的研究 发现底泥中的硝化菌、亚硝化菌、大肠菌群，反硫化细菌的数量的季节变化均呈６第一章绪论现秋季到夏季减少趋势，其中大肠菌群不分污染河段，全部是春季数量最多，研 究还发现，污染程度与微生物数量的变化趋势一致，污染越严重微生物数量越多。 林国芳等１３９ｌ对巢湖和龙感胡底泥微生物的研究中发现，巢湖底泥样品比龙感湖含 有更多的放线菌和溶磷菌，龙感湖底泥样品则比巢湖含有更多的反硝化菌和纤维 素分解菌，认为巢湖底泥目前的微生物区系结构状况从总体上讲有利于水体高富 营养化状态的维持和继续发展。底泥中的微生物群落结构与水体富营养化之间是相互影响关系，而这种相互影响的生态效应有必要进行进一步研究。 综上所述，微生物数量随着季节、垂直方向和不同污染类型会发生一定的变 化，且在微生物与水质的关系研究中，水体中的微生物与水质的关系较明确，在对湿地及河流湖泊底泥微生物与水质关系的研究中，都表明底泥中微生物的数量 与水质状况之间存在一定的相关关系，但是具体关系仍然不明确，对于微生物数 量与水质之间是存在正相关还是负相关目前还存在分歧，有待于进一步的研究。１．３研究对象．秦淮河由于目前南京秦淮河已经受到了严重的污染，而底泥微生物在其中发挥的作 用还不明确，本文选取南京市的城市河流秦淮河来开展研究工作，秦淮河介绍及 污染和污染治理情况以下详细介绍。１．３．１秦淮河概述秦淮河古称淮水，全长１１０ｋｍ，流域面积达２３６ｌｋｍ２，其中南京市区占８．８％。 秦淮河主要支流有１６条Ｉ加】，共有南北两源，南源出自溧水县东芦山，流经溧水 县城，称溧水河；北源出自旬容县北武歧山，流经句容县城，称句容河。溧水河 和句容河在江宁区西北村汇合为秦淮河干流。秦淮河干流长３６．６公里，在江宁东 山镇分为两支，一支为秦淮新河，从东山镇的河定桥起经铁心桥、西善桥在雨花区的盒胜圩入长江，全长１６．８公里；另一支从东山镇往北由七桥瓮入南京城区。 进入城区的秦淮河干流在东山镇以下有运粮河、友谊河、响水河、南河等支流汇入，在象房村附近又分为两支：一支经武定门的节制闸环古城墙绕行，在三汊河口入江，称为外秦淮河：另一支称为内秦淮河，由东水关穿越古城墙，进入南京老城区，经城南夫子庙出西水关，荐次汇入外秦淮河。７河海大学硕士学位论文秦淮河作为南京地区长江段的主要支流和秦淮风光带的核心组成部分，在南京人心中有着举足轻重的地位。然而近年来秦淮河污染情况严重，开展秦淮河水环境治理己受到广泛关注。１．３．２秦淮河水污染现状秦淮河是南京的城市内河，目前水体受到了严重的污染，究其原因主要是外源污染和内源污染。进入秦淮河的外源污染主要有工业废水和居民、宾馆、饭店、医院等排放的 生活污水。根据有关资料统计，秦淮河流域日接纳污水约１０５万吨，其中运粮河口以上９４公里的上游河段为１７万吨／日，占１６％，运粮河口以下１６公里长的外秦淮河段为４８万吨／日，占４６％，内秦淮河为４０万吨／日，占３８％。从污染负荷 来源结构看，在上游河段，工业废水１２万吨，占７１％，生活污水５万吨，占２９％； 外秦淮河段工业废水约ｌＯ万吨，占２１％，生活污水３８万吨，占７９％；内秦淮河工业废水８万吨／日，占２０％，生活污水３２万口屯／日，占８０％。可见，内、外秦 淮河控制的重点都是生活污染源，其次是工业污染源；上游河段控制的重点是工业污染源，其次是生活污染源。此外，在上游段，汇水区内还有大量农田，农业 面源的污染负荷随地表径流进入河道，也是一个不容忽视的重要污染来源…。 此外秦淮河底泥中各种污染物释放造成的污染也是造成秦淮河水质恶化的重 要原因，周灵辉【４２１通过室内模拟试验研究外秦淮河底泥释放对上覆水水质的影 响，上覆水中ＣＯＤ质量浓度是前４ｄ呈下降趋势，至第１４ｄ后有所升高，ＮＨ３．Ｎ 质量浓度是前４ｄ呈上升趋势，表明外秦淮河底泥释放对上覆水水质有一定影响。 近几年南京外秦淮河水环境状况较差，据记载ｆ４３】秦淮河自１９９８开始治理，至今 水体污染物有明显的下降趋势，但是仍属于劣Ｖ类水，尤其是ＮＨ３．Ｎ污染超标严 重。根据近年水质监测资料，外秦淮河近２００１～２００５年水质较差，市区凤台桥段 水质一直是劣于Ｖ类水，超标物质主要有ＤＯ、ＮＨ３．Ｎ、高锰酸盐指数、ＢＯＤ５等， 该４个项目超标率均为１００％，最大超标倍数达１２．２倍，因此秦淮河污染现状仍然十分严重。１．３．３秦淮河水环境治理及研究现状目前，南京秦淮河水环境治理主要是在以保障防洪安全等河道社会功能为前８第一章绪论提的基础上Ｉ州，兼顾改善水质为目标对其水环境进行治理，其综合整治思路主要包括以下几点：首先全面提高城市防洪标准，确保河道行洪，为城市发展提供防洪安全保障，水环境的治理首先要以安全为前提；其次以为提高城市居民生活质量为期望，对水环境质量进行改善，主要通过对秦淮河实施清淤、清污，减少河流内源污染的可能性；同时从美观角度出发，按城市防洪规划标准建设防洪堤， 拆除违章建筑，沿堤绿化布景，实现秦淮河水清河畅，岸绿景美；最后需要政府 及水行政主管部门及时对河流的水质状况了解，通过法律手段加强流域沿岸企业 的污水处理及排放１４５１，并适时实行流域调水对秦淮河进行引水稀释。 南京秦淮河水环境的治理及保护早在２０世纪８０年代就受到了政府的重视。 先后对秦淮河实施了一系列的整治及治理措施。自１９８５年开始，政府投资１０亿元左右，对秦淮河重点实施了三大系统工程：一是建成了日处理量为２６万吨 的江心洲污水处理厂：二是按规范计算的污水载流比（溢流坝高），完成了东水关 至西水关（内秦淮河南段）、淮清桥至涵洞口（内秦淮河中段）、珍珠河一线（内秦淮河北段），以及明御河、清溪河、玉带河（内秦淮河东区）等全流域污水载流和部分河岸绿化美化工程；三是投资６０００余万元，建设和运转了大桥水厂和上元门水厂共计１８万吨／日引水冲洗内秦淮河设施。１９８８年，南京市人大常委会为加强 内秦淮河保护制定了《南京市内秦淮河管理条例》，对内秦淮河河道整治、维修、 保护和管理都作了明确规定。 ２０世纪８０年代末，政府在夫子庙设置了橡胶坝，采用清水注入换水的方法。保护好风景区段的水质。２００１年６月，南京市政府制定了《南京市主城区水环境 治理与保护规划》，并加大了资金投入【矧。２００２年政府开展综合整治外秦淮河与 河西新城区的建设同步规划一期工程，共花费３年时间，重点通过水利、环保、安居、景观、路网等５大工程进行整合，对主城段１６公里进行综合整治。从水源、 流域方面入手，通过调水、防洪工程，提升水位等措施，实现３个阶段性目标， 即“水质改善、景观改美、道路改畅＂。水质改善的目标是，通过治污、截污、清 淤等，控制水体的黑臭，清除河中的污染物，提高水体视觉效果【４７１。目前，总体上秦淮河水质状况有了很大的改观，但由于河道水质问题影响因 素的复杂性，突发性水污染事故依然存在。近年来，南京市政府又开展了秦淮河进一步整治。要长期保持水环境整治效果需要对秦淮河水质及污染变化动向作出河海大学硕士学位论文详细的了解，以能对应采取有效的科学治理措施。如通过了解秦淮河水质季节及 不同污染河段的变化规律，可以反应不同河段和河段环境因素对河流的影响，包 含了污水排放，人类活动等综合影响，了解了这些可以为管理者提供一种科学而 有效管理河流的方法，方便管理者及时对其进行排放控制、生态修复和引水稀释等治理措施。同时，由于底栖微生物特征是河流水质信息的综合反映，通过调查秦淮河底 栖微生物的时空变化特征有助于了解其复杂的水环境问题。并且，通过对秦淮河 不同河段底栖微生物特征及其与水质关系的分析，建立相关关系模型，有助于建 立一种评价秦淮河水环境问题及水环境改善效果的方法，从而为秦淮河的后续治 理提供有效的技术支持。１．４研究内容本文开展了以下研究： （１）秦淮河不同河段和不同时间水体污染以及水质变化特征研究。在三个不 同特征河段分别设置采样点，自２００６年１１月至２００７年１０月对秦淮河不同河段 水质特征进行了为期一年的监测，一方面了解秦淮河水体污染状况，另一方面，为研究秦淮河水质与底栖微生物关系提供基础数据。（２）秦淮河底栖微生物群落特征随河段及季节的变化研究。在三个不同特征 河段分别设置采样点，自２００６年１１月至２００７年１０月开展秦淮河不同河段底栖 微生物数量的变化特征研究，以了解秦淮河的底栖微生物特征，同时为建立秦淮 河水质与底栖微生物关系提供基础数据支持。 （３）秦淮河水质与底栖微生物相关关系研究。以一年为周期分别分析受人为 影响程度不同的三个不同特征河段、不同季节整条河流以及自２００６年１１月至 ２００７年１０月一年内整条河流的底栖微生物与水质相关性，从中找出底栖微生物 与水质的关联性，希望能为全面了解秦淮河水质以及评价秦淮河后续的治理效果 提供有效的技术方法。１．５技术路线本文围绕秦淮河底栖微生物特征及其与水质关系的研究，制定了研究技术路１０第一章绪论线，如图１．５．１所示。日回－ －ｌ ｌ ● －Ｉ● ● ＩＤ；Ｉ Ｉ Ｉ ● ● Ｉ － ● Ｉ ●ｒ●，ＩＩ Ｉ●Ｉ ●－ｌ● ｌ ｌ ｌ Ｉ ● － ｌ － － Ｉ－ｌ●＿－ｌ－图１．５．１技术路线１１第二章调查及实验方法第二章调查、实验和数据分析方法２．１采样点的布置对秦淮河进行调查时采样点的设置是按照受人类活动影响程度的不同进行划 分的。考虑到城市河流不同河段的水质与底栖微生物状况存在一定的差异。，按照 受人类活动影响程度的不同，结合秦淮河的不同河段特征差异性，采样设置为三 个河段进行，即自然河段，城市河段和入河口区，其中入河口区除了人为影响居中外还兼具受河口潮汐影响的特征。采样点的具体布置见图２．１．１，图中实心圆标记点为采样点，共三个采样点，分别为：清凉门桥附近，位于市区附近，认为代 表城市河流，受人为影响最大；三汊河桥附近，位于入河口区，认为受潮汐影响 较多，又集中体现了城市人为影响；河定桥附近，位于郊区，可认为是自然河流， 受人为影响最微小。各河段具体采样图片见２．１．２～２．１－４。图２．１．１采样点布置图河海大学硕士学位论文建溪一，嚣鋈图２．１．２自然河段采样图片图２．１．３城市河段采样图片？一警图２．１＿４入河口区采样图片２．２水样的采集与监测分析２．２．１水样的采集（１）水样的采集 于２００６年１１月之００７年１０月，以一年为周期，每月月末采集水样一次进行 分析，水样的采集采用水样采集器，于水面以下０．５ｍ采集水样，置于聚乙烯瓶 中放于４℃冰箱，于２４ｈ内测量水质。水样采集器见图２．２．１。第二章调查及实验方法图２．２．１采水器图片２．２．２水质监测分析方法水质监测指标及测定方法或仪器【镐】见表２．２．１。表２．２．１监测指标及测定方法或仪器 监测指标水温ｐＨ Ｎ０２－Ｎ Ｎ０３－Ｎ ＮＨ３－Ｎ ＴＮ分析方法或仪器 普通温度计 玻璃电极Ⅳ－＜１‘蓑基）＿乙二胺光度法酚二磺酸光度法 纳氏试剂光度法（Ａ） 过硫酸钾氧化一紫外分光光度法 过硫酸钾氧化一钼锑抗分光光度法 高锰酸盐指数法”高锰酸盐指数２．２．３综合污染指数的计算本论文综合污染指数的计算是按照以地表水环境质量标准（ＧＢ３８３８―２００２） Ⅳ类水为标准进行计算的，具体计算公式如下【４９】：Ｐ。迸Ｉ（２．２－１）其中，Ｃ：代表污染指标实测浓度（ｍ鲫Ｌ）； Ｓ：代表地表水环境质量Ⅳ类标准值（ｍｇ／Ｌ）； Ｉ：总共的污染物种类数： ｉ：第ｉ种污染物；１４河海大学硕士学位论文２．３底泥样品的采集与处理２．３．１底泥样品的采集于２００６年１１月～２００７年１０月，每月月末采集泥样一次进行分析，泥样的采 集于泥水分界面下１５．２０ｃｍ范围内进行取样。每个代表河段，沿岸边每隔２ｍ采 一个样，共采５个样，将其混合后作为该河段泥样带回实验室并进行后续预处理。 泥样采集器图片如图２．３．１所示。鼍豫。：’图２．３．１采泥器图片一。，…－－２．３．１底泥样品的处理（１）泥样的预处理 底泥样品采回后，需首先将采集的泥样置于阴凉处自然风干，风干后过１００ 目筛并保存，经预处理后的样品可进行微生物数量的测定。 （２）泥样含水率的测定【耜１ 本文中底栖微生物数量最终是以每ｇ干土中所含有的活菌数来计算的，因此 需要对进行微生物数量测定的经预处理后的泥样用含水率换算成千土的质量。含 水率的测定采用烘箱法进行，具体操作如下：先称取土样５９，放入已知重量的铝 盒中，放入烘箱，在温度１０５℃下烘至恒重，约６ｈ，取出后放干燥器内冷却，一 般冷却２０ｍｉｎ，后称取铝盒和烘干样的总重量９２，含水率计算公式如下：Ｗ：盟×１００％ｇｌ―ｇｏ（２．３．１）其中，Ｗ为含水率； 勘为铝盒重； ９１为铝盒和湿土样总重；第二章调查及实验方法９２为铝盒和烘干土样总重；２．４底泥样品的监测分析２．４．１监测对象本论文对底栖微生物监测对象的选取是基于能够反映底栖微生物特征的微生 物进行的。由于细菌和放线菌属于生态系统中常见的大类群的微生物，不同的生 态系统，不同的污染胁迫下会导致其数量发生改变，进而引起生态系统物质和能 量流动发生变化，在生态系统中的地位非常重要。另外由于目前我国江河湖泊普 遍出现富营养化现象，而氮、磷营养盐超标是引起富营养化的根本原因，因此以 不同形态氮素为营养进行新陈代谢的功能微生物的数量一定程度上可以反映水体 或者生态系统的氮素循环情况，与水体水质具有一定的关系。因此本文选择细菌、 放线菌以及氮素相关微生物（固氮菌、氨化菌、亚硝化菌和硝化菌）作为本研究的监测对象。下面分别对这几种微生物进行介绍：（１）细菌 细菌是生物圈广泛存在的单细胞原核生物，其形态多为球状、杆状、螺旋状 和丝状，是在自然界分布最广，个体数量最多。自然界物质循环参与最多的微生 物。对于各类耕作土壤、森林土壤、牧场及人工湿地等微生物类群分布的大量研 究中都选用其作为评价湿地净化效果优劣的一个指标。可见细菌的数量与污染物 质的净化具有明显的关系。 （２）放线菌 放线菌的形态比细菌复杂，但仍属于单细胞。在显微镜下，放线菌呈分枝丝 状，这些细丝一样的结构叫做菌丝，菌丝直径与细菌相似，小于１ｕｍ。菌丝细胞 的结构与细菌基本相同。大多数放线菌为腐生菌，少数为寄生菌。腐生菌是仅次 于细菌的广泛存在于自然界中的微生物，在自然界物质循中起积极作用，如在土 壤中能促进土壤形成团粒，改良土壤，在有机固体废弃物的填埋和堆肥发酵剂废 水生物处理中起积极作用。放线菌作为一个指标经常用于各类耕作土壤、森林土壤、牧场及人工湿地等微生物类群分布的研究。近年来我国江河湖泊富营养化进程大大加快，氮、磷污染越来越严重。微生 物在氮素循环占有十分重要的地位。如微生物中的真菌和细菌可以分解蛋白质、１６河海大学硕士学位论文几丁质、尿素等。尤其是细菌在完成各种氮化物包括氨、氮气、亚硝酸盐和硝酸 盐之间的转化学转化中起着非常重要的作用。氮循环过程包括的生物固氮、氨化、 硝化反硝化及同化等作用，其中生物固氮、氨化、硝化是微生物所特有过程，微生物对氮素化合物的降解一般分为以下几个部分：每一过程都由具有这一特殊降解功能的微生物来主导完成，即固氮菌、氨化菌、亚硝化菌和硝化菌【５０１。 ①固氮作用：首先空气以及周围介质中的游离态氮在固氮菌的作用下转化为 氨，进而合成有机氮化合物； ②氨化反应：然后有机氮化合物（尿素、蛋白质等），在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮，这一过程甚至为氨化反应，③硝化反应（亚硝化菌和硝化菌） 氨态氮在硝化菌的作用下，进一步分解氧化，就此分为两个阶段进行，首先 在亚硝化菌的作用下，使氨态氮转化为亚硝酸氮，然后，亚硝酸氮在硝酸菌的作用下，进一步转化为硝酸氮。 基于以上的认识，本文选取细菌、放线菌、固氮菌、氨化菌、亚硝化菌和硝 化菌六种微生物作为本研究的监测对象。２．４．２测定方法．底栖微生物数量的测定本文底栖微生物数量的测定是采用稀释涂布平板法进行的，由于采用此方法在固体培养基上接种微生物时，在一定的培养条件下，经过一定时间的培养，微生物就会在固体培养基上繁殖成一个由无数微生物组成的具有一定形态特征的微 生物集团即菌落【５¨。并且由于每一个菌落都是有一个微生物生长繁殖而成，所以通过菌落数的测定可以间接测得原始接种水样或者土样中含有的活的微生物数量，因此通过培养，然后计数培养皿中的菌落数即可以得知原土样中的微生物数 量。本文Ｊ下是基于此原理对底栖微生物即底泥中的活菌数进行测定的。细菌和放 线菌数量的测定分别采用微生物学经常采用的牛肉膏蛋白胨培养基和高氏ｌ号培 养基；其余微生物属功能菌，即具有对某一特定的化学物质的专有利用功能，培 养基应选用各自对应的选择性培养基，所谓的选择性培养基就是利用微生物对各 种化学物质敏感程度的差异，在培养基中加入一些酸，碱，盐等物质，可以抑制 非目的微生物生长而促进所要培养的微生物生长繁殖的培养基，因此用选择性培养基可以测定固氮菌、亚硝化菌、硝化菌和氨化菌的数量。１７一 －＿＿＿―――――――＿＿＿――＿―――＿－―――――●―＿――――――――――――－―――――――――――――――――――――――――――――一笙三兰塑奎墨塞竺查鎏．一――（１）底栖微生物培养基： ①细菌 牛肉膏蛋白胨培养基【５２】： 牛肉膏３９；ＮａａｐＨ ５９； ７．２；蛋白胨１０９： 琼脂２０９；蒸馏水１‰ｌ；ＮａＣｌ ０．５９；②放线菌 高氏１号培养基：可溶性淀粉２０９；ＫＮ０３ １９； ０．５９；Ｋ２ＨＰ０４０．３８９；０．０１９；ＭｇＳ０４。７Ｈ２０ＦｅＳ０４?７Ｈ２０琼脂１５－２０９；ｐＨ ７．４―７．６：蒸馏水１０００Ｉｎｌ；③固氮菌舡ｈｂｖ培养基嘲：ＫＨ２Ｐ０４ №ＩＣｌ 琼脂０．２９；Ｍｇｓ０４。７Ｈ２０Ｏ．２９０．２９； １８９； ０．１９；甘露醇（ＧＨｌ４０６）１０９ＣａＣ０３ ５９－Ｃａｓ０４?２Ｈ２０蒸馏水１０００ｎＩｌ；④亚硝化细菌呷４）２Ｓ０４Ｆ龄０４?７Ｈ２０Ｍｇｓ０４。７Ｈ２０Ｏ．５９； Ｏ．０３９； Ｏ．０３９；Ｎａａ０．３９； １９；Ｋ２ＨＰ０４ＣａＣｌ２ ＰＨ７．５９Ｉ蒸馏水１咖ｌ：ＮａＮ０２ １９；自然；⑤硝化细菌１５４ｌＭｇＳ０４‘７Ｈ２００．Ｏｌｇ； Ｏ．０３９；ＭｎＳ０４?Ｈ２０Ｋ２ＨＰ０４Ｏ．７５９； Ｏ．１９９；Ｎａ２Ｃ０３ｌｇ；Ｎａ２ＨＰ０４ ＰＨ自然；蒸馏水１咖ｌ；固体培养基加５％琼脂；１８河海大学硕士学位论文⑥氨化细菌１５５】蛋白胨ｌｏｇ；ＦｅＳ０４０．００１９； ０．５９：Ｋ２ＨＰ０４ １９； ＭｇＳ０４ Ｏ．５９；Ｎａａ微量元素液１ｍｌ；微量元素液：硼酸０．５９； 水１００ｍｌ； （２）底栖微生物数量测定方法： 钼酸钠０．５９： 用Ｎａ２Ｃ０３１０％调ｐＨ至７．２．７．４；本文采用稀释平板法１５６’５７１测定底栖微生物的数量，具体操作如下：称取经自 然风干，并过１００目筛后的泥样５９，置于三角烧瓶内，加无菌水４５ｍｌ，混合均 匀，再按照１０倍稀释系列稀释至１０巧，共三个重复，取１０．３，１矿和１０－５三个浓度的风干土悬浮液各０．１ｍ１接种于倒有培养基并已经凝固的培养皿中，然后用涂布棒涂布均匀，使得尾声中均与布于整个平皿中，过２０ｌＩｌｉｎ后将培养皿倒置，然后置于３０℃恒温培养箱中培养５天后，数培养平皿中的菌落数，取菌落数为３０．３００ 的稀释度分别计菌落总数。具体计算公式如下；每ｇ干土中微生物数量。堕萼盖篓警警Ｅｘｃｃｌ（２．４－１）２．５数据分析方法（１）分析软件本研究数据的处理及曲线的绘制是采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｏｆｆｉｃｅ ２００３进行的，底栖微生物与水质的相关性分析及回归分析采用ＳＰＳＳｌｌ．５统计软件进行１５引， ＳＰＳＳ是具有相关分析，回归分析，方差分析等多种统计分析功能的一种统计分析软件，它适用于自然科学、社会科学等多个领域的，也适用于环境领域的相关统计分析。（２）相关性分析的分析对象水质指标：ＴＮ、ＮＨ３．Ｎ、Ｎ０３．Ｎ、ＮＯｒＮ和综合污染指数 底栖微生物指标：细菌、放线菌、固氮菌、氨化菌、亚硝化菌和硝化菌（３）分析方法１９第二章调查及实验方法对水质和底栖微生物的实测值进行ｐｅｆｓｏｎ简单相关分析，当水质指标和底栖 微生物指标的相关性分析Ｐ≤Ｏ．０５，并且Ｒ＞０．６时即认为相关性较强，从其中选 择相关系数最大的底栖微生物，认为可以考虑以该种底栖微生物作为指示相对应 水质指标污染程度的底栖微生物。第三章秦淮河水质调查与变化规律分析第三章秦淮河水质调查与变化规律分析为了更好了解秦淮河不同河段和不同时间水体污染以及水质变化特征，本章 将秦淮河三个河段（自然河段、城市河段和入河口区）在２００６年１１月一２００７年１０月一年的水质调查数据，分别进行了时间和空间的变化分析，以期找出秦淮河 水质状况的季节变化规律，受人类影响下的水质波动状况，一方面可以了解微生物生存的外界水体环境状况，另一方面也为底栖微生物与水质的相关性分析提供 基础数据。３．１秦淮河水质状况总体特征对秦淮河各个水质指标，全年三个不同河段的３６个调查数据取平均值并绘制 成柱状图，结果如图３．１．１所示。从图中可以看出秦淮河水体１Ｎ全年平均含量为 ５．２７ｍｇ／Ｌ，按照秦淮河水体环境功能规划，秦淮河水体水质必须达到地表水环境 质量标准Ⅳ类水标准，Ⅳ类水标准ＴＮ含量要求必须≤１．５ｍｇ／Ｌ，可见秦淮河水体 ＴＮ没有达到环境功能规划的要求，超标倍数达３．７５；高锰酸盐指数的平均含量 为４．９７ｍｇ／Ｌ，Ⅳ类水标准高锰酸盐指数要求必须≤ｌＯｍｇ／Ｌ，因此，秦淮河有机污 染并不严重，达到了要求的Ⅳ类水标准；ＮＨ３．Ｎ含量为４．１５ｍｇ／Ｌ，Ⅳ类水标准 ＮＨ３．Ｎ含量要求必须≤１．５ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３．Ｎ的超标倍数为２．７７，且ＮＨ３．Ｎ含量占ＴＮ含量的７４％，是Ｎ的主要污染形态；Ｎ０３．Ｎ和Ｎ０２．Ｎ含量全年平均较低，对ＴＮ 含量的贡献不大；ＴＰ含量全年平均为０．２５ｍｇ／Ｌ，Ⅳ类水标准ＴＰ含量要求必须≤ ０．３ｍｇ／Ｌ，因此，秦淮河全年平均Ｐ污染并不严重，达到了要求的Ⅳ类水标准。从 标准偏差来看，ＴＮ、高锰酸盐指数和ＮＨ３．Ｎ的标准偏差都较大，说明秦淮河水 体这三个指标全年的波动较大。综上所述，秦淮河水体没有达到其功能规划的Ⅳ类水标准，主要污染物质为Ｎ，且以ＮＨ３．Ｎ为主要污染形态，而高锰酸盐指数和四含量达标。２１河海大学硕士学位论文８ ７ ６ ５ ４０瓷ｇｖ嘲如 ３２ ｌ Ｏ’ｌ刊ＣｏＤ地ＮＨ３制Ｎ０３刑１’ＰＮ【Ｊ２刑图３．１－ｌ秦淮河水质状况图３．２秦淮河水质的时间变化规律３．２．１水温随时间的变化规律自２００６年１１月至２００７年１０月，对三个采样点的表层水温进行了观测。结 果如图３．２．１所示，图中可以看出，随季节的更替，秦淮河水体水温差别较大， 但三个观测点之间水温差别不大，变化较一致，全年最低水温出现在１月份，平 均为７．３℃；最高温度出现在６月份，平均为３１．７℃；全年平均水温为１８．７℃。其 中１１月份到１月份三个观测点水温均较低，平均水温在８．６℃，２月份到１０月份 温度较高，平均水温为２２．１℃。 温度是微生物生长的重要的生存因子之一，在适宜的温度范围内微生物能大 量繁殖，根据一般微生物生长对温度的最适生长需求，以细菌为例，微生物可以 分为：嗜冷菌、嗜中温菌、嗜热菌和嗜超热菌，大多说细菌都是嗜中温菌，这类细菌生长的最低温度为５～１０℃，最适温度为２５枷℃，最高温度为４５～５０℃。按照对秦淮河水体温度的监测表明，水温范围是较适宜于微生物生长的。第三章秦淮河水质调查与变化规律分析３５ ３０ ２５§２０篝１５１０ ５０ ０６：ｌｌ １２ Ｕｚ－ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０时问（Ｙ－Ｍ）图３．２－ｌ水温随时间变化曲线 ３．２．２ｐＨ的时间变化规律对秦淮河水体全年ｐＨ值的观测结果如图３．２．２所示，从图中可以看出，三个观测点ｐＨ值范围均在７―８之间。其中２月份ｐＨ值最低，为７．０８．５月份最高，达７．９６；全年平均ｐＨ值为７．５。按照符合地表水环境质量标准秦淮河须符合Ⅳ类 一般景观要求水域水质要求，调查结果表明已达标。８．５８．０薯７．５７．００６二ｌｌ １２ Ｕ’ｚ．１ ２３４５６７８９ｌＯ时问（Ｙ－Ｍ） 图３．２－２ ｐＨ值随时间的变化ｐＨ值也是微生物生长的重要生存因子之一，如果微生物生长环境的ｐＨ值超过了微生物生长的ｐＨ阈值，微生物就会生长缓慢甚至死亡，不同的微生物生长 需要有不同的ｐＨ值，大多数细菌的最适生长ｐＨ值为６．５―７．５，生存的ｐＨ阈值可２３河海大学硕士学位论文以向两边少量延伸。按照对秦淮河水体ｐＨ值监测表明，全年各个月份微生物均适宜生长。３．２．３ ＴＮ的时间变化规律ＴＮ浓度的全年变化规律如图３．２．３所示，从图中可以看出，ＴＮ浓度全年各 河段均在６月份出现最大值，分别为６．３２ｍｇ／Ｌ、８．８５ｍｇ／Ｌ和１１．３５ｍｇ／Ｌ，４月份 和５月份污染相对较轻，浓度较低。按照地表水环境质量标准Ⅳ类水标准，ＴＮ 浓度需≤１．５ｍｇ／Ｌ，计算全年３６次监测结果中超标次数的概率可知秦淮河ＴＮ含量１００％超标。１２１０８笛 的邑６置０６．１ｌ １２ ０７－１２３４５６７８９１０月份（Ｙ－Ｍ） 图３．２．３ＴＮ浓度随时间变化曲线３．２．４研的时间变化规律ＴＰ浓度的全年变化规律如图３．２－４所示，从图中可以看出，ＴＰ浓度全年变化 规律总体呈先平缓上升后下降的趋势，且城市河段和入河口区变化规律相似，城市河段和入河口区均在７月份口污染最严重，而自然河段在５月份污染较严重，其余月份ＴＰ浓度波动不大。在城市河段和入河口区７、８月份ＴＰ浓度均较高， 其中７月份含量最高，城市河段达到了０．７２９ｍｇ／Ｌ，入河口区达到了０．５７４ｍｇ／Ｌ， １１月份浓度最低，平均浓度为０．０４３ｍｇ／Ｌ；而自然河段ＴＰ浓度总体变化幅度较 小，除５月份浓度较大为０．３７５ｍｇ／Ｌ外，其余各月浓度均约在０．１ｍｇ／Ｌ左右，说 明水体ＴＰ污染夏季较严重。按照地表水环境质量标准Ⅳ类水标准，ＴＰ浓度≤第三章秦淮河水质调查与变化规律分析０．３ｍｇ／Ｌ，有２７％的监测结果超标。１．０ Ｏ．９ ０．８ Ｏ．７３ ０．６＼誉０．５ 昌０．４０．３ ０．２ ０．１ ０．００６．１１ １２ ０７．１２３４５６７８９１０月份（Ｙ｜．Ｍ） 图３．２＿４。Ｉ＇Ｐ浓度随时间变化曲线３．２．５高锰酸盐指数的时间变化规律高锰酸盐指数的全年变化规律如图３．２．５所示，从图中可以看出，高锰酸盐指 数全年三个河段变化规律基本一致，均在２月份浓度最高，５月份浓度较低，其余月份变化较平稳。各河段全年高锰酸盐指数的变化幅度均在２―８ｍ∥Ｌ之间，但是自然河段变化幅度最大，城市河段最小，按照地表水环境质量标准Ⅳ类水标准， 高锰酸盐指数≤１０ｍｇ／Ｌ，全年监测结果表明秦淮河高锰酸盐指数含量１００％达到 标准。９ ８ ７３６ｂｏ昌５、－一吞４８３２ １ ０ ０６．１１ １２ ０７．１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０月份（Ｙ－Ｍ） 图３．２－５高锰酸盐指数随时间变化曲线２５河海大学硕士学位论文３．２．６ＮＨ３．Ｎ的时间变化规律ＮＨ３．Ｎ浓度的全年变化规律如图３．２．６所示，从图中可以看出，ＮＨ３．Ｎ浓度 全年变化波动较大，以城市河段为例，最小浓度出现在１０月份为１．５８ｍｇ／Ｌ，最 大值出现在１月份为６．９５ｍｇ／Ｌ，变幅较大；从图中还可以看出在冬夏季污染较严 重，春秋季较轻：按照其环境功能规划要求须符合地表水环境质量标准Ⅳ类水标 准，全年监测结果秦淮河ＮＨ３一Ｎ含量８９％的超标率，为秦淮河Ｎ污染的主要形 态。１０ ９ ８ ７毫６ 吕三５ｎ墨４ Ｚ ３ ２１Ｏ０矗－Ｊ１ １２叮石１２３４５６７８９１０月份（ＹＭ） 图３．２．６ ＮＨ３．Ｎ浓度随时间变化曲线３．２．７Ｎ０３．Ｎ的时间变化规律Ｎ０３．Ｎ浓度的全年变化规律如图３．２．７所示，从图中总体可以看出Ｎ０３．Ｎ全年除了在６月份浓度较高外，其余月份浓度变化较平缓，且三个河段变化规律 基本一致。在全年浓度最高的６月份，自然河段Ｎ０３．Ｎ含量最小，入河口区浓度 最大，分别为１．５８ｍｇ／Ｌ和３．１７ｍ∥Ｌ；因此说６月份Ｎ０３一Ｎ污染较严重。第三章秦淮河水质调查与变化规律分析３．５３．Ｏ ２．５ｇ６Ｚ窖２．ｏ１．５艺１．００．５Ｏ．０Ｉ№１．’ｌ１２ Ｉ，压１２３４５６７８９１０月份（ＶＭ）图３．２．７ ３．２．８Ｎ０３－Ｎ随时间变化曲线Ｎ０２．Ｎ的时间变化规律Ｎ０２．Ｎ浓度的全年变化规律如图３．２．８所示，从图中可以看出，Ｎ０２．Ｎ浓度全年变化规律总体呈螺旋式上升而后缓慢下降的趋势，且三个河段变化规律相似， 均在７、８月份污染较严重。自０６年１１月到０７年７月Ｎ０２．Ｎ三个河段平均浓度 由０．０８４ｍｇ／Ｌ缓慢上升至０．１６０ｍｇ／Ｌ，变幅较大，至１０月份下降至０．１１０ｍｇ／Ｌ， Ｎ０２．Ｎ污染１１月份到５月整体浓度都较小，污染较轻，６月份到１０月份浓度相 对较大，污染较严重，因此夏季污染较严重。但由于其浓度较低，在秦淮河ＴＮ 污染中所占比重较小。Ｑ ０ Ｑ Ｏ ０ ０ Ｏ＾１／战昌－Ｚ＾ｏＺＱ ＯｃｉＯ加勰垢Ｈ屹ｍ鸺∞舛舵∞Ｏｑｌ１２ ０７－１２３４５６７８９１０月份（Ｙ－Ｍ） 图３．２?８ Ｎ０２－Ｎ随时间变化曲线２７河海大学硕士学位论文综上所述，秦淮河水质随时间的变化分析表明：水温在全年６月份达到最高， １月份最低，ｐＨ值全年在７－８之间波动，平均７．５，７、８月份ＴＰ含量较多，２月 份有机污染较严重，ＴＮ全年含量都较高，且以ＮＨ３．Ｎ污染为主，６月份Ｎ０３．Ｎ 含量为全年最高值，７、８月份Ｎ０２．Ｎ含量相对较高。３．２．９综合污染指数的季节变化规律由于各个污染指标随着时间的变化规律不一致，很难确定秦淮河不同季节的水质差异，为了更清楚的认识秦淮河不同季节的污染差异，将全年的水质调查数据，按照《地表水环境质量标准》（ＧＢ３８３８．２００２）Ⅳ类水标准分季节进行综合污染指数的计算，对比其各个季节的水质综合状况差异，结果见表３．２．１。从表中可以看出ＴＮ、ＮＨ３．Ｎ和高锰酸盐指数冬季较高，口污染夏季较高。而秦淮河冬季、春季、夏季、秋季的综合污染指数分别为２．６３，１．６８、２．０８和１．４７，秋季水质状 况最好，冬季水质最差。表３．２．１秦淮河不同季节综合污染差异３．３秦淮河不同河段水质变化规律３．３．１不同河段水质指标变化规律对实验设置的秦淮河三个不同河段，将２００６年１１月一２００７年１０月污染物浓 度的连续调查数据按河段划分并取全年平均值进行分析，结果如图３．３．１所示。 从图中可以看出，不同河段各污染物浓度各不相同。高锰酸盐指数、ＴＰ浓度和 Ｎ０２．Ｎ浓度在城市河段最多，入河口区次之，自然河段最小，说明有机污染和Ｐ 污染在城市河段最严重；而ＴＮ、ＮＨ３．Ｎ和Ｎ０３．Ｎ浓度则在下游入河口区最高， 城市河段次之，自然河段最低，说明Ｎ污染在入河口区最严重；从图中还可以看 出且ＴＮ和ＮＨ３．Ｎ的标准偏差都较大，其次是高锰酸盐指数、Ｎ０３．Ｎ，ＴＰ和Ｎ０２．Ｎ 的标准偏差则最小，说明ＴＮ和ＮＨ３．Ｎ污染变化幅度较大，ＴＰ和Ｎ０２－Ｎ浓度变第三章秦淮河水质调查与变化规律分析化幅度较小。Ｏ ９ ８ ７ ０ 面目、－，６ ５ ４ ３ ２ １ Ｏ。ｌＮ ＣｏＤＭａ ＮＨ３?Ｎ Ｎ０３－Ｎ １甲Ｎ０２－Ｎ删 钿图３．３一ｌ秦淮河不同河段水质状况图３．３．２不同河段综合污染指数变化规律为了更清楚的对比三个河段的污染差异，不同河段水质进行综合污染指数的 计算，对比结果见表３．３．１。从表中可以看出，自然河段、城市河段和入河口区的 综合污染指数分别为１．１５，２．１９和２．３７，由此可见自然河段水质最好，入河口区 水质最差，这可能与污染物的沿程积累有关，入河口区位于下游，污染物具有累 积效应，同时发现城市河段和入河口区污染差异并不明显，这可能与城市河段受 人为影响较大，而入河口区受长江水稀释有关。表３３．１秦淮河不同河段综合污染差异３．４本章小结（１）按照秦淮河环境功能规划的地表水环境质量标准Ⅳ类水标准，秦淮河水河海大学硕士学位论文体高锰酸盐指数和ＴＰ全年平均含量达标，ＴＮ和ＮＨ３．Ｎ超标倍数分别为３．７５和 ２．７７，而ＮＨ３．Ｎ含量占ＴＮ的７４％．因此秦淮河水体没有达到其功能规划的Ⅳ类 水标准，主要污染物质为Ｎ，且以ＮＨ３．Ｎ为主要污染形态，而有机污染物及ＴＰ 含量均达标。 （２）秦淮河水质随时间的变化表明：２月份有机污染较严重，夏季Ｐ污染较严 重，Ｎ污染全年以ＮＨ３．Ｎ污染为主，６月份Ｎ０３．Ｎ含量全年最高，７～１０月份Ｎ０２．Ｎ 污染相对较严重；综合污染指数对各个季节的水质评价结果表明秦淮河总体水质 是秋季水质最好，冬季水质最差。 （３）不同河段的水质特征分析表明：高锰酸盐指数、ＴＰ和Ｎ０２．Ｎ在城市河段污染最严重，而ＴＮ、ＮＨ３．Ｈ和Ｎ０３．Ｎ污染则在入河口区最严重，且所有水质指标均在自然河段浓度最低；综合污染指数的水质评价结果表明，秦淮河总体水质 状况是自然河段水质最好，入河口区水质最差。第四章秦淮河底栖微生物特征调查与分析第四章秦淮河底栖微生物特征调查与分析为了更好的了解秦淮河底栖微生物群落特征，本章将秦淮河２００６年１１月一２００７年１０月以及所设三个河段（自然河段、城市河段和入河口区）的底栖微生物调查数据，分别进行不同时间和河段的分析，希望找出秦淮河底栖微生物的时间和河段变化特征，为后续底栖微生物与水质的相关性分析提供基础数据。４．１秦淮河底栖微生物总体特征分别对秦淮河六种底栖微生物在三个不同河段全年的３６个调查数据取平均值进行分析并绘制成柱状图，结果如图４．１．１所示。从图中可以看出秦淮河底栖微生物中细菌数量最多，平均数量为２．３９×１０７ＣＦ【垤干土，氮素循环微生物中氨化菌数量最多，亚硝化菌则最少，另外放线菌、氨化菌和固氮菌数量为同一数量 级，均为１０６，而亚硝化茵和硝化菌则同属１０５数量级。从标准差可以看出，细菌 数量全年波动最大，硝化菌数量全年波动较小，说明细菌数量受各种因素的影响 数量不稳定，而硝化菌则较稳定。５．∞Ｅ汨叮４．５０晰Ｉ强睦ｒ蝴一３ 州 Ｈ．３．０魄’＋０ｒ７５０晰主２．５０Ｅ＋０７ 函２?ｏｏＥ锕籁１．５０Ｅ＋０７１．００Ｅ州”５．０ｃ哑湘６Ｏ．００Ｅ．｝００细菌放线菌固氮菌氨化细菌亚硝化菌硝化菌图４．１－ｌ秦淮河底栖微生物特征图３１河海大学硕士学位论文４．２秦淮河底栖微生物的时间变化特征４．２．１细菌数量的时间变化特征对秦淮河三个河段底泥细菌数量随时问的调查结果如图４．２．１所示，从图中 可以看出，在自然河段和城市河段细菌数量分布均呈双峰状，４月份和７月份各 出现一次峰值，入河口区则没有出现峰值。对自然河段而言其数量最低值出现在 １２月份，数量级为１０６，随着气温逐渐升高在４月份达到第一个峰值，数量较最 低月份１２月份上升了两个数量级。另一个峰值出现在７月份，数量级仍然在１０８， 但相对而言４月份细菌数量为全年最大值；城市河段细菌数量最低出现在１１月份， 第一个峰值出现在４月份，数量较１１月份上升了一个数量级为１０７；７月份出现 第二个峰值，且相比之下７月数量为该河段为全年最大值；对入河口区而言细菌 数量没有明显的峰值，全年变化较平缓，秋冬季数量较春夏季少１个数量级，秋 冬季数量较少可能与温度较低不适宜微生物生长有关。２５０２００州莛１５０ｊ ‰ Ｕ色１００捌 籁５００ ０６－１１ １２ ０７―１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８９ １０月份（Ｙ－Ｍ） 图４．２．１细菌数量随时间变化曲线４．２．２放线菌数量的时间变化特征对秦淮河三个河段底泥放线菌数量随时间的调查结果如图４．２．２所示，从图 中可以看出，自然河段和城市河段河段放线菌数量分布全年呈双峰状，４月份和７ 月份各出现一次峰值，入河口区则在５月份和７月份出现峰值。对自然河段而言３２第四章秦淮河底栖微生物特征调查与分析放线菌的数量在１月份出现最低值２．８８×１０６ ＣＦＵ／ｇ干土，随后逐渐升高到４月份达到峰值为３．１８×１０７Ｃ刚ｇ干土，数量为最小值的１１０倍，另一个峰值出现在７月份数量较４月的有所减少为１．５７×１０７ＣＦＵ／ｇ干土，但是全年最大值为４月份； 而城市河段放线菌全年最低值出现在１１月份，４月份和７月份分别出现两次峰值，其中４月份相对较大，为１．２５×１０７ＣＦＵ儋干土，是该河段的全年最高数量为最低 值的３５倍，但是最大值仅为自然河段最大值的Ｏ．３９倍，说明城市河段放线菌数 量较自然河段少：入河口区放线菌数量在５月份和７月份出现较小的峰值，且最 大值出现在５月份，其余月份放线菌数量变化较平缓。３５０ ３００，厶掷２ｍ １卯一州卜∞／ｒ匠ｕｂｏ删籁 １∞卯ｏＯ＂ｌ１２ Ｏ召ｌ２３４５６７８９１０月份（Ｙ．Ｍ）图４．２．２放线菌数量随时问变化曲线４．２．３固氮菌数量的时间变化特征秦淮河三个河段底泥固氮菌数量随时间的变化结果如图４．２．３所示，从图中可以看出，对城市河段固氮菌从２月份开始复苏，到４月份达到峰值，该河段全年存在两个峰值，在分别在４月份和９月份，其中９月份全年最大值，为９．５２×１０６ＣＦＬ『／ｇ干土，全年最低值出现在１１月份，对自然河段固氮菌也是从２月 份开始缓慢复苏，到５月份达到峰值，数量为１．２１×１０７ＣＦＵ／ｇ干土，且全年该河段仅存在此一个峰值，入河口区固氮菌复苏同自然河段也是从２月份开始缓慢复苏，到５月份达到峰值，但是不同于自然河段，该河段分别在１１月份、５月份、 ７月份和１０月份出现较小的峰值，其余月份数量均较稳定。河海大学硕士学位论文１４０１２０书 ∞电 名宦踯 ∞、０ 删赧 ∞加０ ０６二Ｕ １２ Ｏ五１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０月份（Ｙ．Ｍ） 图４．２．３固氮菌数量随时间变化曲线４．２．４氨化菌数量的时间变化特征秦淮河三个河段底泥氮化菌数量随时间的变化结果如图４．２．４所示，从图中 可以看出，氨化菌数量在全年的分布呈单峰状，城市河段４月份达到峰值，自然 河段和入河口区５月份达到峰值。对自然河段而言，５月份达到最高值，为３．２９×１０ ７ＣＦＬ『／ｇ干土，６月份降至全年最低值，仅为最高值的７％；而城市河段最高值出现在４月份，数量为５．５０×１０。７ＣＦＵ／ｇ干土，最低值同自然河段也是出现在 ６月份数量仅为最高值的２．１３％；而对于入河口区全年最低值出现在１月份，最 高值同自然河段出现在５月份，数量为１．９６×１０７ Ｃ兀Ｊ／ｇ干土。６０５０∞ ∞ 加加Ｏ一卅十町吾‰ｕｂＨ一嘲籁畦１１１２ ０７―１２３４５６７８９ｌｏ月份（Ｙ－Ｍ）图４．２－４氨化菌数量随时间变化曲线３４第四章秦淮河底栖微生物特征调查与分析４．２．５亚硝化菌数量的时间变化特征秦淮河三个河段底泥亚硝化菌数量随时间的变化结果见图４．２．５所示，从图 中可以看出，全年三个河段亚硝化菌数量均存在一个峰值，且从自然河段到城市河段到入河口区即从上游到下游的顺序峰值月份逐渐后推，分别为２月份，４月 份和７月份。自然河段亚硝化茵数量从１２月份开始回升，到２月达到全年最高值３．４５×１０６ＣＲ．Ｉ／ｇ干土，随后４“月份数量都较少，为全年数量最少的一个阶段，７―１０月份数量居中且呈逐渐减少趋势；城市河段亚硝化菌数量从１１月份开始回 升，回升速度较慢到４月份达到全年最高值７．９２×１０６ ＣＦＵ僮干土，随后５、６月份降至全年最低值４．８１×１０３ＣＦ【Ｊ儋于土，仅为最高值的０．６％；而对于入河口区数 量在波动中螺旋上升、到７月份骤升为全年最高值８．４５×１０５ＣＲＪ旭干土，为最低 值的３０７倍，且从图中可以看出入河口区亚硝化菌数量相对于自然河段和城市河段少很多。９０００ ８０００７∞０帮６０００啪盲５０００ ‰Ｕ鼍４０００棚３０００ 籁 ２０００ １０００ Ｏ ０６一１１ １２ ０７－１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０月份（Ｙ－Ｍ） 图４．２．５亚硝化菌数量随时间变化曲线４．２．６硝化菌数量的时间变化特征秦淮河三个河段底泥硝化菌数量随时间的变化结果如图４．２．６所示，从图中 可以看出，全年自然河段和城市河段硝化菌数量分布全年呈双峰状，均在４月份和７月份出现峰值，且都是其中４月份出现较大的峰值，而入河口区全年１１月份 数量最大之外在４月份和７月份也出现较小的峰值。具体而言，自然河段１１―１３５河海大学硕士学位论文月份随着冬季的来临、温度的降低，硝化菌的数量逐渐减少，１月份达到最低值 ３．６０×１０５ＣＦＵ／ｇ干土，随后随着气温逐渐回升，硝化菌数量呈现上升趋势，４月份 该河段达到全年最高值４．０８×１０６ＣＦＵ儋干土，为最低值的１１倍，７月份一个较小 的峰值，其余月份数量分布较平缓：城市河段１１４月份硝化菌数量呈现波动性的 螺旋上升，４月份达到全年最高值４．７９×１０６ＣＦＵ／ｇ干土，随后数量有所下降，６月 份降至全年最低值，７月份数量稍有回升达到一个较小的峰值，这可能与夏季气 温较适合微生物生长有关；入河口区数量变化为，１１月份为全年最高值，数量为３．３１×１０６ ＣＦＵ儋干土，随后在４月份和７月份个出现较小的峰值，其中４月份数量相对较大为８．６４×１０５ｃＲ『／ｇ干土，全年其它月份数量均较少，且数量级全部为 １０５。６∞５００枷 如 一Ｈ卅∞宦ｕｂＨ一蚓籁 枷 姗。０６：１１ １２ ０７：１２３４５６７８９１０月份（Ｙ．Ｍ）图４．２．６硝化菌数量随时闻变化曲线综上所述，秦淮河底栖微生物随时间的变化分析表明：细菌和放线菌的变化 规律相似，全年变化规律呈双峰状，自然河段和城市河段的峰值出现在４月份和 ７月份，入河口区的出现在５月份和７月份；固氮菌和氨化菌在城市河段复苏较 早４月份达到最大值，而在自然河段和入河口区则在５月份达到最大值；亚硝化 菌三个河段按照复苏迟早，顺序依次为自然河段早于城市河段早于入河口区，分 别在２月份、４月份和７月份；而硝化菌则在４月份出现全年最大值。第四章秦淮河底栖微生物特征调查与分析４．２．７底栖微生物的季节变化特征由于六种底栖微生物随着时间的变化规律不一致，很难确定秦淮河不同季节 的底栖微生物整体特征，为了更清楚的认识秦淮河不同季节的底栖微生物特征，将秦淮河底栖微生物的调查数据进行季节特征分析，结果如图４．２．７所示。从图中可以看出出固氮菌外其余所监测底栖微生物春夏季数量较多，秋季数量相对较少，冬季数量最少。３．５０Ｅ劓”３．００Ｅ＋０７，、２．５０Ｅ＋０７ 卅●－。矗２．００Ｅ＋０７壶２栅 １．５０Ｅ＋０７籁１．００Ｅ锕５．００Ｅ＋０６细菌放线菌固氮菌氨化菌亚硝化菌硝化菌图４．２．７秦淮河不同季节底栖微生物特征４．３秦淮河不同河段底栖微生物分布特征对秦淮河全年底栖微生物数量的调查数据按河段划分并取全年平均值进行分 析，结果如图４．３．１所示。从图中可以看出，不同河段底栖微生物数量各不相同， 其中细菌的平均数量最高，为２．３９×１０７ＣＦ【Ｊ／ｇ干土，从标准偏差也可以看出，细菌数量全年变化幅度最大：氮素循环微生物中氨化菌和固氮菌数量较多，平均达到了９．７０×１０ ７ＣＦｌＪ儋干土和４．３６×１０ ７ＣＦＵ／ｇ干土，说明秦淮河底泥中底栖细菌和氨化菌占绝对优势，这可能与秦淮河水体ＮＨ３．Ｎ污染较严重具有一定的关系； 从图中还可以看出细菌、放线菌、固氮菌、氨化菌和硝化菌在三个河段底泥中数量分稚由多到少为自然河段＞城市河段＞入河口区，而亚硝化菌数量分布为城市 河段＞自然河段＞入河口区。从中也可以看出所监测六种微生物数量均在入河口３７河海大学硕士学位论文区最少。可能由于入河口区位于下游河段，污染物的过度累积破坏了微生物生存 环境，从而使得微生物的数量减少。一卅卜∞／ｎ函ｕ一 咖籁图４３－１不同河段底栖微生物分布图４．４本章小结（１）秦淮河底栖微生物中细菌数量最多，氮素循环微生物中氨化菌数量最多， 亚硝化菌数量最少，另外氮素循环菌中氨化菌和固氮菌为同为１０６数量级，亚硝化菌和硝化菌为同为１０５数量级。（２）底栖微生物数量时间变化的结果表明：细菌和放线菌在自然河段和城市 河段的变化规律相似，全年呈双峰状，峰值出现在４月份和７月份，入河口区细 菌变化较平缓，未出现峰值，放线菌则在５月份和７月份出现峰值；固氮菌和氨 化菌在城市河段复苏较早４月份达到最大值，而在自然河段和入河口区则在５月 份达到最大值；亚硝化菌的复苏自然河段早于城市河段早于入河口区，分别在２ 月份、４月份和７月份；硝化菌全年变化呈双峰状，峰值出现在４月份和７月份， 且都在４月份达到最大值。所监测几种微生物均在春夏季数量较多，秋季数量相 对较少，冬季数量最少。 （３）不同河段的底栖微生物数量的分析结果表明：细菌、放线菌、固氮菌、 氨化菌、硝化菌五种微生物数量在三个河段的分布规律为自然河段＞城市河段＞ 入河口区；而亚硝化菌则为城市河段＞自然河段＞入河口区。所监测几种底栖微第四章秦淮河底栖微生物特征调查与分析生物数量均在入河口区最少，这可能因为入河口区污染最严重，超过了微生物适 宜生长的生存阈值所致。第五章秦淮河水质与底栖微生物的关系分析第五章秦淮河水质与底栖微生物的关系分析由第三章水质调查和分析可知秦淮河水质状况受季节变化影响很大，水质评 价结果表明秦淮河总体水质是冬季最差，秋季最好，且从自然河段，城市河段再 到入河口区其水体受污染程度呈现加剧的趋势；由第四章底栖微生物数量调查和 分析发现，所监测几种微生物均在春夏季较容易出现峰值，秋季变化较平缓，冬 季数量较少，且从河段间差异看，所监测几种底栖微生物数量均在入河口区最少， 对比水质变化规律与底栖微生物的数量分布特征，发现其中似乎是污染较严重的 河段和季节其底栖微生物的数量较少，为了从相对杂乱的水质和微生物数量的变 化中寻找规律，探索秦淮河底栖微生物与水质之间是否存在定量的相关性，以及 相关性的大小，本章开展秦淮河不同河段和季节底栖微生物与水质的关系分析。５．１水质与微生物相互影响的原理分析５．１．１水体水质与水体中的微生物之间的相互影响从水质影响微生物的角度看，每一种微生物都有其适合生存的生境要求，只 有在适宜的条件下，微生物才能健康而稳定的发挥生态系统中的作用和功能。一 般来讲，微生物生长需要的营养元素有：碳素、氮素、磷、无机盐和其它诸如温 度、ｐＨ等的生存因子，只有在各种生存环境条件都适合时，微生物才能维持正常 的生命活动。当水体水质受到严重污染时，如果污染物的浓度超过了微生物生长 的生理阈值，就会影响微生物的正常生长，从而对水体中的微生物群落结构产生影响。从微生物影响水质的角度看，水质状况作为微生物生长的外部环境影响了微 生物的生长，同时微生物由于其自身特殊的功能，可以利用水体中的各种化学元 素通过生化反应将其进行转化或者降解。以本文涉及的氮素循环的功能微生物为 例来解释微生物的生命活动对水体水质的影响（具体过程见图５．１―１）。空气中的 分子态氮在固氮菌的作用下首先被转化成中间产物ＮＨ３．Ｎ，然后生化反应继续进 行ＮＨ３．Ｎ被固氮菌进一步转化成有机氮，而水体中含有的有机氮和经过固氮菌作 用生成的有机氮，都可以被氨化菌转化成ＮＨ３．Ｎ，水体中原有的ＮＨ３．Ｎ和微生物 作用生成的ＮＨ３．Ｎ同时还会在亚硝化菌和硝化菌作用下被转化成Ｎ０２．Ｎ、Ｎ０３．Ｎ，河海大学硕士学位论文除此以外氨氧化细菌还可以将ＮＨ３．Ｎ氧化成Ｎ２，Ｎ０３．Ｎ在厌氧的条件下会经过 反硝化菌的作用被转化成Ｎ２，因此微生物的作用不仅会引起水体中不同形态氮素 之间的相互转化，而且还会使ＴＮ含量有所变化，因此说微生物作用会影响水体的水质状况。化菌图５．１．１微生物参与的氮转化过程图５．１．２水体水质与底栖微生物之间的相互影响与水体水质与水体中的微生物之间的影响关系相比，底泥中的微生物群落结构与水体水质之间也存在相互影响的关系，然而与水体中的又有所不同，它是一种间接影响。 从水质影响微生物的角度看，污染物通过大气沉降，废水排放，雨水冲刷等进如水体，吸附于悬浮物表面，沉降于水体底部，形成水体底泥的一部分，因此 底泥中的污染物最初来自于水体，底泥中微生物生长的环境条件受水体污染的状况的影响。另外水体水分以间隙水的方式存在于底泥中，成为底泥微生物生长的 生存环境而对底栖微生物生长起到间接影响的作用。水体水质对底栖对微生物的影响，结果可能会使两者之间呈现正相关和负相关两种情形，水质差，可能会使 沉积与底泥中的污染物质浓度上升，过高时可能会对微生物产生毒害作用，使得 微生物数量较少；水质差，代表污染物含量较高，沉积与底泥中的污染物浓度也 相对较高，也可能为微生物提供了更充足的营养，使得大量生长繁殖，微生物的 数量较多，也就是说从水质对微生物影响的角度看，存在正相关和负相关。 从微生物影响水质的角度看，微生物的生长繁殖反过来也会对水质产生影响， 微生物可能通过利用底泥中的污染物质进行自身生长代谢，使底泥中的污染物质浓度降低，从而减少对上覆水体的污染，水质可能较好；另一方面，一些微生物 的活动很可能促进了底泥中污染物质向水体的释放，也就是说微生物数量对很可４１第五章秦淮河水质与底栖微生物的关系分析能会使水体污染物含量增加，水质较差，因此从微生物对水体水质的作用看，它 们之间的关系可能存在正相关也可能存在负相关。而且有关研究也表明由于营养 物质的过量输入，使沉积物成为水体营养盐的重要蓄积库【５９’鲫，这些蓄积在沉积 物中的营养物质在一定条件下由于微生物的作用通过形态变化，改变界面特性和 释放等途径，严重影响湖泊上覆水的质量【６１，６２】；除此之外，有资料还表明无论是 草海还是外海，间隙水中的ＴＮ、ＮＨ３．Ｎ质量浓度均高于上覆水，这也可能是底 泥中的微生物在实现自身氮元素循环的同时，有向水体扩散的趋势，这些都说明 底栖微生物会对上覆水体水质产生影响。５．２秦淮河水质特征与底栖微生物特征的关系分析（１）不同季节水质特征与底栖微生物特征的关系 如本文第三章３．２．９所述，从秦淮河水质不同季节的综合污染指数看，秦淮河 春秋季水质较好；夏冬季水质最差，其中秋季水质最好，冬季水质最差。从本文第四章４．２．７可知，除圃氮菌外其余所监测底栖微生物春夏季数量较多，秋冬季数量较少，冬季数量最少。对比不同季节水质特征和底栖微生物特征发现，冬季水 质最差，冬季底栖微生物的数量也最少。因此从不同季节水质及底栖微生物特征 的分析可以得知，水质最差的冬季，底栖微生物的数量最少，说明污染物含量越 多，底栖微生物的数量就越少，二者之间呈现一定的负相关。 （２）不同河段水质特征与底栖微生物特征的关系 从本文第三章３．３可知，秦淮河自然河段水质最好，入河口区水质最差。而 从本文第四章４．３可知，秦淮河底栖微生物的河段分布是入河口区数量最少，且 除亚硝化菌菌外，其余底栖微生物均在自然河段数量最多。对比水质特征与底栖 微生物的特征可以发现，污染严重的河段底栖微生物数量较少，污染较轻的河段 底栖微生物数量相对较多，二者之间呈现一定的负相关。综上所述，从不同季节及不同河段的底栖微生物与水质特征的比较得知，秦淮河水质污染程度与底栖微生物之间呈现一定的负相关。４２河海大学硕士学位论文５．３秦淮河综合污染指数与底栖微生物的相关关系分析５．３．１秦淮河年际综合污染指数与底栖微生物关系分析对秦淮河全年全河段综合污染指数与底栖微生物数量之间的ｐｅｒｓｏｎ相关性分 析结果见表５．３．１。５．３?１秦淮河综合污染指数与底栖微生物的ｐｅｒ∞ｎ相关系数表ｎ＝３６注：’…在Ｐ≤Ｏ．０５水３Ｆ存在显著差异¨…．在Ｐ≤Ｏ．Ｏｌ水平存在显著差异从表中可以看出，综合污染指数与所监测六种微生物之间均呈负相关，其中 与细菌、放线菌、固氮菌、氨化菌和硝化菌在Ｐ≤Ｏ．０５水平存在显著负相关，其 中仅与固氮菌的相关系数较大，为．０．６２３，表明固氮菌与综合污染指数的相关性 较强。 以上分析可知，对秦淮河全河全年的综合污染指数与底栖微生物的相关关系 分析的结果表明：综合污染指数所监测几种微生物均呈负相关；固氮菌与综合污 染指数的污染具有较强的负相关，可以考虑以固氮菌作为综合污染的指示性底栖 微生物。５．３．２秦淮河不同季节综合污染指数与底栖微生物关系分析对秦淮河四个季节综合污染指数与底栖微生物数量之间的ｐｅｒｓｏｎ相关性分析 结果见表５．３．２。表５．３?２秦淮河不同季节综合污染指数与底栖微生物的ｐｅｒ鲫ｎ相关系数表ｎ＝９注：?…．柱Ｐ≤０ｊ晒水、ｌ，存确：姓著差异¨～桠Ｐ≤Ｏ．Ｏｌ水、Ｆ存确：娃著差异从表中可以看出，冬季秦淮河综合污染指数与所监测底栖微生物均呈负相关， 且相关系数均较小，且不显著，表明冬季秦淮河没有发现与综合污染指数相关性较强的微生物；春季综合污染指数与所监测六种微生物之问均呈负相关，其中放４３第五章秦淮河水质与底栖微生物的关系分析线菌、固氮菌和硝化菌与综合污染指数的在Ｐ≤０．０１水平下存在显著负相关，且 相关系数较大，分别为．０．７７０，．０．８１６和．０．７４８，其中与固氮菌的相关性最大，固 氮菌与综合污染指数具有较强的相关性，可以考虑以固氮菌作为秦淮河春季综合 污染程度的指示性底栖微生物；夏季综合污染指数与所监测几种微生物均呈负相 关，其中放线菌、固氮菌和氨化菌与综合污染指数的在Ｐ≤０．０１水平下存在显著 负相关，且相关系数较大，分别为．０．８４５、．０．８０２和．０．７３６，其中放线菌的相关系 数最大，因此夏季可以考虑以放线菌作为综合污染程度的指示性底栖微生物：秋 季综合污染指数与所监测几种微生物均呈负相关，其中细菌与综合污染指数的的 相关系数较大，为－０．４８９，但是不显著，其余微生物与综合污染指数也存在一定 的相关性，但是相关系数均较小，说明在监测的几种底栖微生物中，秋季秦淮河 没有与综合污染指数相关性较大且较显著的底栖微生物。 以上分析可知，底栖微生物与综合污染指数呈负相关，可以考虑以底栖固氮 菌作为指示秦淮河综合污染程度的底栖微生物；分别以固氮菌、放线菌和氨化菌作为指示秦淮河春季和夏季综合污染程度的底栖微生物。５．３．３秦淮河不同河段综合污染指数与底栖微生物关系分析对秦淮河三个河段综合污染指数与底栖微生物数量之间的ｐｅｒｓｏｎ相关性分析结果见表５．３．３。表５３－３秦淮河不同河段综合污染指数与底栖微生物的呻瑚ｎ相关系数表舾１２注：‘…－在Ｐ≤０．０５水平存在显著差异 ”…．在Ｐ≤Ｏ．０１水平存在显著差异从表中可以看出，自然河段综合污染指数与所监测几种底栖微生物均呈负相 关，其中与细菌、固氮菌和氨化菌在Ｐ≤０．０５水平呈显著负相关，相关系数为 ．Ｏ．６２３、．０．５８９和．０．６４３，其中与氨化菌的相关性最大，表明氨化菌与综合污染指 数具有较强的负相关，可以考虑以氨化菌作为指示自然河段综合污染程度的底栖 微生物；城市河段综合污染指数与所监测几种微生物均呈负相关，其中固氮菌与 综合污染指数的相关系数较大，为０。４０４，但是不具有相关性，其余几种底栖微生４４河海大学硕士学位论文物与综合污染指数的相关性均较小，说明秦淮河城市河段没有与综合污染指数相关性较大且较显著的底栖微生物；入河口区综合污染指数与所监测几种微生物均 呈负相关，其中与氨化菌的相关性最大，相关系数为．０．５２４，表明综合污染指数 与氨化菌具有一定的相关性，但是相关性并不显著，说明秦淮河入河口区没有与 综合污染指数相关性较大且较显著的底栖微生物。 以上分析可知，底栖微生物与综合污染指数呈负相关，可以考虑氨化菌作为 指示秦淮河自然河段综合污染程度的底栖微生物。综上所述，对秦淮河综合污染指数与底栖微生物的相关分析表明，底栖微生物与综合污染指数呈负相关。可以考虑以底栖固氮菌作为指示秦淮河综合污染程 度的底栖微生物；分别以固氮菌、放线菌和氨化菌作为指示秦淮河春季、夏季和 自然河段综合污染程度的底栖微生物。为了更直观的表示底栖微生物对水质综合污染指数的指示作用，将各季节、各河段的指示微生物总结成表５．３．４。表５３－４各季节、各河段综合污染指数的指示性底栖微生物总表５．４秦淮河水质指标与底栖微生物的相关关系分析５．４．１秦淮河年际水质指标与底栖微生物关系分析对秦淮河全年全河段水质指标与底栖微生物数量之间的ｐｅｒｓｏｎ相关性分析结 果见表５．４．１。表５．４．１秦淮河全年水质指标与底栖微生物的ｐｅｒ鲫ｎ相关系数表ｎ＝３６注：?～在Ｐ≤Ｏ．０５水、Ｉ‘存舀！姓署差异¨…．在Ｐ≤Ｏ．０１水、ｒ存确；娃著差异从表中可以看出，秦淮河水体ＴＮ含量与所监测几种微生物均呈负相关，其中与放线菌和固氮菌Ｐ≤０．０１水平呈极显著负相关，相关系数分别为．０}