細菌作為海洋環境監測指標的研究
細菌生長迅速,繁殖周期短,運轉費用低,它們在海洋中的廣泛分布和對水體環境起著較大影響因而廣受國內外海洋學家們的重視[1,2]。近年來的研究工作主要針對海洋細菌學的分布、豐度、種類組成以及生理生化特點[3-5]。但是,有關細菌作為海洋環境監測指標方面的報道還很少,需要進一步開展研究。
本論文以天津渤海灣的3個入海河口為調查研究對象,實驗采樣位點設在大港渤海灣的青靜黃排水河入海口、獨流減河入海口和塘沽渤海灣的海河入海口。在不同季節進行了表層水現場取樣和分析,建立了用細菌指標作為海洋環境監測的方法,并對水樣中理化指標與細菌指標的污染評價結果及其相關性進行了比較與分析。
1 材料與方法
1.1 樣品處理
采用多點混合采樣的格局,用無菌瓶直接采集水下50 mm的水樣放入冷藏箱,盡快帶回實驗室完成微生物操作。水質分析采樣依據《海洋監測規范》(GB 17378.4-1998)標準執行。樣品采集后迅速拿到實驗室進行分析測試。
1.2 方 法
對水樣測定的項目有細菌指標,如異養菌數、大腸菌群、弧菌數和石油降解菌。理化指標,如溫度、鹽度、pH、DO、COD、硝酸氮、亞硝酸氮和氨氮。測定方法均按《海洋監測規范》執行,海水評價標準參考《海水水質標準》[6,7]。
2 結果與討論
3次采樣的各項指標的檢測結果見表1、表2、表3。
表1 2006-12-13第1次采樣水樣各項指標檢測結果
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表2 2007-06-02第2次采樣水樣各項指標檢測結果
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2.1 理化指標評價水質
根據國家海洋水質評價標準,此3個河口的理化指標如COD、無機氮等多超過國家四類水質標準(COD<5 mg/L,無機氮<0.5 mg/L),其中青靜黃排水河污染較為嚴重,其次是獨流減河,海河污染相對較輕。比較3次采樣結果,對于青靜黃排水河,第2次采樣時因施工已截流,樣品中混有一定比例的地下水,理化檢測指標(DO、COD)顯示水質好于第1次采樣,但無機氮含量明顯增加,富營養化程度趨于嚴重;獨流減河中無機氮含量變化較大,第2次采集的水樣無機氮含量最大(無機氮>1.2 mg/L),到第3次采樣時,無機氮含量降到國家水質三類標準(無機氮<0.4 mg/L);海河閘前后水體中無機氮含量和COD變化較大,閘后面的水質要明顯好于閘前面的水質。
表3 2007-07-21第3次采樣水樣各項指標檢測結果
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2.2 細菌作為監測指標對水質污染情況的評價
2.2.1 異養菌數
異養菌數是最常用來指示有機污染的一個指標。異養細菌能有效利用陸源溶解有機污染,對凈化海水化學環境、維持生態系統穩定性有重要作用。異養細菌代表海域受有機污染程度,菌數與有機物濃度呈正相關[8,9]。根據吉田提出的標準污水區菌數在105以上以及水質污染等級評價標準,分析3次采樣結果,發現3個河口中青靜黃排水河口采樣站位中異養細菌數均達到或接近污水區標準,屬重污染程度(104~105);其次是獨流減河與海河,異養菌數平均在103~104變化,屬中污染程度;這表明青靜黃排水河有機污染最為嚴重。
2.2.2 大腸菌群
大腸菌群細菌在海水中較容易死亡,在污濁少的海域檢測出很少,但在污染河水流入的附近海域或在特別污染的海域數量較多。大腸菌群是水質糞便污染的指示菌[10,11],是海水陸源污染的重要生物之一。大腸菌群指數是環境狀況評價的重要參數。觀察分析3次采樣結果發現,3個河口均受到大腸菌群的污染。青靜黃排水河3次采樣結果變化很大,第1次采樣結果中其大腸菌群為23 800 CFU/mL,按國家海洋水質評價標準規定此水質已超過Ⅲ類標準(大腸菌群數<10 000 CFU/mL),而后2次結果中為230 CFU/mL,變化的主要原因在于青靜黃排水河的截流。獨流減河和海河受陸源糞便污染較輕,但比較2次取樣結果,海河污染趨于嚴重。
2.2.3 致病性弧菌
弧菌是自然海水中生存的正常菌群成員之一,是目前海水養殖中最為常見的條件致病菌[12]。有學者調查結果表明,弧菌喜好生長于有機質豐富的環境中,其數量的多寡可以指示有機質的豐富程度。比較3次采樣結果,3個河口均檢測到了弧菌,說明3個河口中都不同程度地受到養殖海水的污染。第2次采集獨流減河和海河中弧菌數明顯增加,其中海河水樣中弧菌數增加最明顯,數量級由10增加到103;這表明獨流減河和海河污染程度有所增加,海河污染趨于嚴重。這與大腸菌群的評定結果相一致。
2.2.4 石油降解菌
石油降解菌的豐度在一定程度上客觀地反映了海區受油類物質污染的程度[13]。本次調查的3個河口中,獨流減河的采樣位置位于大港油田附近,而海河采樣點位于清淤碼頭附近,從測定結果可以看出,海河、獨流減河的石油降解菌數明顯高于青靜黃排水河,表明2個河口受石油污染的程度較深。
2.3 細菌指標和理化因子的相關性分析
用SPSS軟件分析了表層海水中異養菌數、大腸菌群、弧菌數、石油降解菌數和水溫、DO、COD、pH、鹽度、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨等理化因子的相關性,具體結果見表4。
表4 表層海水各類菌數與理化因子的相關分析結果
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注:1)表示p<0.05水平下顯著相關;2)表示p<0.01水平下非常顯著相關;其他均為p>0.05,相關性不明顯。
2.3.1 異養細菌
由表4可以看出,異養細菌與COD極顯著正相關(P<0.01),相關系數R為0.635,與DO呈顯著負相關性(R=-0.499,P<0.05)。與各種無機氮成負相關,但P較大相關性不明顯。而與其他理化因子的相關性不明顯。根據焦俊鵬等[14]對杭州灣調查的結果,異養細菌與COD呈正相關,與無機氮呈負相關。還有黃秀清等[15]調查的結果,異養細菌與DO呈負相關,林曉濤等[16]對山東月湖的調查結果,細菌數量與DO為顯著的負相關關系。本次調查結果與以往調查結果基本相同。
2.3.2 大腸菌群
由表4可以看出,大腸菌群與COD(R=0.395)正相關,與DO顯著負相關(P<0.05);與鹽度、NO3--N、水溫呈負相關,相關系數分別為-0.427、-0.433、-0.206,可信度P分別為0.077、0.073、0.412。焦俊鵬等[14]對杭州灣調查的結果糞大腸桿菌與鹽度呈負相關,與水溫、COD呈正相關。除溫度之外,調查結果基本符合。
2.3.3 致病性弧菌
由表4可以看出,致病性弧菌與DO、NO2--N、氨氮、pH的相關性為負相關(P>0.05),與COD正相關。許多研究表明弧菌的數量與水溫和鹽度相關,但本次調查研究中這種相關性并不明顯。梁玉波等[17]實驗結果表明弧菌的數量與有機污染環境中氨及無機氮呈顯著的正相關、與NO2--N有明顯的正相關。這與本次的調查結果不一致。
2.3.4 石油降解菌
由表4可以看出,石油降解菌與COD負相關,與NO3--N、氨氮、鹽度正相關(P>0.05)。與鹽度的相關性表明石油污染主要來自海洋污染。所測得石油降解菌數量基本符合采樣點的地理位置特點,這充分體現了此菌的石油指示作用。
3 結 論
(1)細菌指標與理化指標對污染指示結果有一定的相似性,均指示青靜黃排水河河口污染較嚴重。2種污染評價結果基本一致。細菌作為監測海洋環境的指標,直接反映環境對生物的影響,更能反映生境的真實狀況。細菌指標對于海洋環境質量的變化有較好的指示作用,其中的異養菌數、大腸菌群、弧菌數、石油降解菌數可以從不同角度指示海洋污染的情況,作為海洋環境監測指標。
(2)異養細菌與COD極顯著正相關(P<0.01),與DO呈顯著負相關性(R=-0.499,P<0.05)。大腸菌群與COD(R=0.395)正相關,與DO顯著負相關(P<0.05);與鹽度、NO3--N、水溫呈負相關。致病性弧菌與DO、NO2--N、氨氮、pH的相關性為負相關(P>0.05),與COD正相關。石油降解菌與COD負相關,與NO3--N、氨氮、鹽度正相關(P>0.05)。可見,理化因子和細菌指標之間具有一定的相關性。這可以進一步證明細菌作為海洋污染監測指標的可信度,可以用細菌指標對海洋污染狀況作評價。但是,細菌指標也只是對海洋環境一個角度的評價,還應同理化因子和其他生物因子的監測結果相結合,對海洋環境質量作出較為客觀的、全面的和準確的評價。
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