太原市南沙河水體的環境特征及其污染評價和相關性研究

摘 要：將太原市汾河支流南沙河（建設路以西、濱河路以東）河段按照進水到出水的方向劃分四個斷面，采用平板菌落計數法測定四個斷面水體微生物類群；采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、鉬酸銨分光光度法、火焰原子吸收分光光度法，測定四個斷面水體中污染物含量；利用綜合污染指數法評價南沙河水質；采用SPSS15.0統計分析軟件，分析南沙河污染物總氮（TN）、總磷（TP）、Cd、Cr和Pb與細菌、真菌、放線菌的相關性。結果表明：南沙河各類群微生物數量依次為：細菌>真菌>放線菌；污染物的含量為TN>TP>Pb>Cr>Cd；其污染指數均大于1，超過了太原市地表水各水體執行標準，為國家地表水Ⅴ類水；污染負荷比依次為TP>Pb>TN>Cr>Cd；四個斷面S1、S2、S3和S4的水質綜合指數分別為10.4007、10.9775、10.0878和9.6713，污染嚴重程度為S2>S1>S3>S4；相關性研究結果表明，南沙河水體中的細菌、真菌與水體中的污染物TN和TP含量呈顯著正相關（P< 0.01），與Cr和Pb含量呈顯著負相關（P< 0.01）。水體中的污染物Cd含量與細菌（P< 0.01）、真菌（P< 0.05）呈顯著負相關。水體中的放線菌與污染物TN含量呈顯著正相關（P< 0.01），與重金屬Cd、Cr和Pb含量為顯著負相關（P<0.05）。但放線菌與TP相關不顯著。TN含量與重金屬Cd含量（P< 0.01）、Cr含量及TP含量與重金屬Cd、Cr含量之間（P< 0.05）呈顯著負相關。

關鍵詞：南沙河；微生物；污染物；綜合污染指數法；相關性

中圖分類號：X522文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）03-0083-06

汾河是山西省主要河流，千百年來，汾河水一直滋潤著三晉大地，但近些年來，由于工業“三廢”的排放、污水灌溉以及富含重金屬的城市垃圾、污泥和化肥的不合理應用，農業土壤鎘污染程度日益加重[1]。政府加強了對汾河治理的力度，先后建設了汾河公園和汾河濕地公園用以改善汾河主干道的生態環境。但是汾河太原城區段由北向南貫穿太原市區，沿途接納了多條支流及工業廢水、城市生活污水，所以要從根本上解決汾河主干道的生態環境，還需要從汾河流域的各條污染嚴重的支流著手。南沙河作為貫穿太原市的汾河支流之一，是集行洪、防澇、灌溉于一體的常流河。隨著工農業生產的發展，大量污廢水排入南沙河中，致使河流水質惡化，嚴重影響了沿岸景觀和居民的身心健康[2]。著力解決太原城區段南沙河的生態環境，能為解決汾河生態環境問題提供參考依據，因此南沙河生態環境的治理刻不容緩。

水體中污染物總氮、總磷含量是反映水體富營養化的主要指標。如果氮、磷等植物營養物質大量而連續地進入湖泊、水庫及海灣等緩流水體，將提高各種水生生物的活性，刺激它們異常繁殖，繼而帶來一系列的嚴重后果。重金屬污染物一般具有潛在危害性，電鍍、制革、防腐、燃料等工業中的重金屬如：鎘、鉻、鉛等對環境有很大的毒害作用，影響著生態環境，并對人們的健康造成了威脅[3，4]。傳統處理廢水中污染物的方法，運行費用和原材料成本相對過高。所以環境科學工作者更加注重研究用生物吸附法去除廢水中的重金屬離子，對很多微生物如：根際微生物（Rhizosphere microorganisms） [5]，酵母細胞（Saccharomyces cerevisiae） [6]等去除重金屬離子的性質已進行了研究。水體中的氮、磷等營養鹽能夠被水生植物吸收轉化，而微生物在其中起到了決定性的作用[7]。研究微生物與污染物的相關性能夠有效利用微生物去除水體中的污染物，從而更加有效、科學地利用生物吸附法。

通過研究太原城區段汾河支流南沙河水質特征，分析水體微生物與水體污染物之間的相關性，對于利用水體微生物有效吸附、降解水體污染物具有重要的意義。試驗結果將更準確地反映水體污染物總氮、總磷、鎘、鉻、鉛與微生物種群數量之間的相互關系，為總氮、總磷、鎘、鉻、鉛污染水體的微生物修復研究提供科學的依據。本研究對南沙河生態環境的恢復、沿河工業合理布局、緩解水資源短缺都有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 水樣采集方法

本試驗水樣于2010年4月至2012年1月分別采于市區南沙河上游到下游四個斷面，即南沙河與東崗路交匯處河水S1、南沙河與并州路交匯處河水S2、迎澤公園南門口處南沙河河水S3和南沙河與濱河東路交匯處河水S4。

1.2 微生物計數方法

南沙河水體微生物生物量分析采用平板菌落計數法，分別用牛肉膏蛋白胨培養基培養細菌，高氏一號培養基培養放線菌，馬丁氏培養基培養真菌[8]。

1.3 樣品預處理和污染物測定方法

總氮（TN）含量的測定：用氫氧化鈉溶液或硫酸溶液調節pH至5～9制備樣品，后采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89）測定；總磷（TP）含量的測定：采集500 ml水樣后加入1 ml硫酸調節樣品的pH值，使之低于或等于1，或不加任何試劑于冷處保存，再采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測定；重金屬鎘、鉻、鉛含量的測定：取污水150 ml，在電熱板上緩緩加熱濃縮至約5 ml，加入10 ml HNO3和5 ml HClO4在電熱板上加熱消解，待棕色煙霧消失后繼續加熱，濃縮至約5 ml，將樣品移入10 ml容量瓶中，用二次蒸餾水定容，最終采用火焰原子吸收分光光度法（GB7475-87）測定樣品中的重金屬鎘、鉻、鉛含量[9]。

1.4 數據處理及污染評價方法

數據分析采用Excel 2003完成，方差分析和相關性分析采用SPSS15.0數據統計軟件完成。

本評價以《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）為標準，采用綜合污染指數法對南沙河水質中重金屬污染物Cd、Cr、Pb和TN、TP作出評價，定性和定量說明太原城區汾河主要支流的水質狀況[10～12]。

綜合污染指數法是把具有不同綱量的量進行標準化處理，換算成同一綱量的指數（單項污染指數），使其具有可比性。然后進行數學上的歸納和統一，得出一個較簡單的數值來表示地表水的污染程度，并以此作為地表水的分類依據，反映地表水環境質量狀態及其變化趨勢。