水体中微生物的来源及相关水污染-应用微生物学原理与技术

1)水体中的微生物来源

微生物广泛存在于各种水体之中，在海洋、湖泊、河流、水库、运河、池塘、污水处理系统中都可以发现它们的踪迹。 由于不同的水生环境在营养物质、光照、温度、溶解氧、pH 值、盐分等方面差别很大，其中生活的微生物种类和数量也有明显的差异。 例如，海洋中的微生物大都是耐盐或嗜盐的，它们能够在含盐量30 g/L 以上的海水中正常生存，而淡水中的微生物不具备这一特性。 污水中大肠菌群的含量往往高达109 个/L，而在保护良好的水源中则不超过103个/L。 由此可见，微生物的种类和数量与所处水环境是密切相关的。 水体中的微生物主要有以下4 类来源。

（1）水中的土著微生物

有些微生物是水体中的“原住民”，也被称为水中的土著微生物。 在洁净的湖泊和水库中的有机物含量很低，其中存在的微生物主要是化能自养微生物和光能自养微生物，它们能够利用CO2、碳酸盐、阳光作为碳源和能源，合成自身生长所需要的物质。 硫细菌、铁细菌、蓝细菌、绿硫细菌和紫细菌等都属于这一类。 色杆菌属、无色杆菌属和微球菌属等少数腐生性细菌和部分水生性的霉菌，在含有少量有机物的水体中也能够存活。 军团菌、铜绿假单胞菌等病原菌或条件致病菌也是水中的土著微生物，它们会对人体健康构成一定威胁。

（2）来自土壤的微生物

由于雨水和径流冲刷作用，土壤为水体中提供了丰富的有机物和无机物。 与此同时，土壤中的微生物也被带到水体中。 土壤是微生物在自然界中的大本营，所含的微生物数量最多、类型最广。 细菌是土壤中数量最多的一类微生物，占总数量的70% ～90%。 大多数细菌是自养菌，还有一些随着动物尸体进入土壤的腐物寄生菌，需要复杂的化合物作为代谢底物才能存活。 而随着动植物尸体或其排泄物进入土壤的致病菌，由于营养要求严格，一般在土壤中很快就死亡了，只有能形成芽孢的细菌才能长期存活。 土壤中的放线菌数量也很多，多生长于耕作层土壤中，数量随着土壤深度增加而减少。 常见的种类有链霉菌属、诺卡菌属、小单胞菌属和高温放线菌属。 土壤中的真菌是以菌丝体和孢子形式存在，常见的种类有酵母菌、毛霉属、根霉属、青霉属、曲霉属、木霉属、头孢霉属、念珠霉属等。 由此可见，土壤中的大部分微生物都是非致病性的，但一些病原微生物的侵入会使土壤受到污染，从而间接造成水体的病原性污染。

（3）来自空气中的微生物

空气中缺乏微生物可直接利用的营养物质，微生物不能独立地在空气中生长繁殖。 因此，空气中并没有固定的微生物种群，其中的微生物主要是通过土壤尘埃、水滴、人和动物体表的干燥脱落物、呼吸道的排泄物等方式被带入空气中。 这些微生物附着在灰尘或液滴上，随气流在空气中传播。 细小的悬浮颗粒物是微生物的主要载体，通常尘埃越多的空气，所含的微生物种类和数量也就越多。 尘埃的飘散性极强，即使在距离地面几十千米的高空也存在微生物，但由于尘埃的自然沉降，越接近地面的空气含菌量就越高。 在人类聚居区、牲畜养殖场、污水处理厂的空气中，微生物含量都比较高。 自然界中的水体与空气是相互接触的，因此尘埃的自然沉降和降水过程都会将空气中的微生物带入水体。 空气中的微生物大部分为非致病性微生物，常见的有芽孢杆菌属、无色杆菌属以及一些放线菌和霉菌等。

（4）来自人类活动的微生物(www.xing528.com)

自然界的河流和湖泊是很多废物的主要受纳环境之一。 随着社会的发展和人口的激增，生活污水和工业废水的排放对水体中的微生物种类和数量的影响越来越显著。 这些污水中的微生物主要是无芽孢的革兰阴性菌，例如变形杆菌、肠杆菌、弧菌等。 它们特别适应有机物浓度高、溶解氧低的污水环境，能够大量繁殖，而其他种类的微生物逐渐消亡。 因此在受污染严重的水体中，微生物种群类型往往也比较少。 流经城市、乡村的河流，往往会接纳大量含有人畜排泄物的污水。 粪便中的细菌含量极高，其中还有很多病原菌。 例如痢疾患者的每克排泄物中志贺菌的数量高达109 个。 这些病原微生物随着水体流动而迁移，遇到合适的环境就会定居下来并大量繁殖，从而造成疾病的流行。

2)与微生物相关的水污染

与微生物相关的水污染主要是指水体的病原微生物污染。 病原微生物种类繁多，能够引起很多种疾病，对人体健康构成严重威胁。 事实上，自从有历史记载以来，人类就一直遭受着水传播疾病的危害。 通过水传播而引起的霍乱、伤寒、骨髓灰质炎、甲型病毒性肝炎等疾病，曾夺走了千百万人的生命。 时至今日，由于水传播而引起的病原微生物感染仍是世界上危害范围最广的环境问题。 1995 年，世界卫生组织（World Health Organization，WHO）估计大约有300万人死于由病原微生物污染的水、食物导致的传染病。 根据美国疾病控制中心的资料，美国在1980 到1996 年里，共暴发了402 起水传播疾病，患者多达50 万人。 在发展中国家和一些贫困地区，水体病原性污染的问题更加严重。 大约有12 亿人无法得到安全的饮用水，霍乱、伤寒、脊髓灰质炎等疾病不断暴发。 例如，2005 年西非暴发了大范围的霍乱疫情，9 个国家受到霍乱的影响，4 万余人发病，788 人死亡。 2006 年安哥拉暴发霍乱，短短4 个月内就有1 893 人死亡。 正如联合国环境与发展大会上通过的《21 世纪议程》中所指出的:“与水相关的疾病仍然是一个重大的健康问题，特别在发展中国家，80%的疾病和1/3 的死亡率与受过污染的水有关。”

还有一类水污染也和微生物相关。 1998 年9 月18 日至10 月3 日，渤海锦州湾东部发生赤潮，面积达3 000 km2；天津新港外发生赤潮，面积达800 km2。 据统计，该次赤潮灾害给沿岸省市海洋水产业造成的直接经济损失约为5.61 亿元。 2007 年5 月29 日，太湖水域暴发蓝藻，形成大面积的水华，导致无锡市大部分地区自来水发臭无法饮用，对当地的生产和生活造成严重影响。

赤潮（red tide）是指海洋中某些微小的浮游藻类、原生动物或细菌，在一定的条件下暴发性繁殖或突然性聚集，引起水体变成红褐色的现象。 淡水中的藻类（主要是蓝藻）大规模暴发，在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫现象称为水华（water bloom）。 近年来，有关赤潮和水华的报道屡见不鲜，不仅在渤海、太湖，在黄海、东海、巢湖、滇池、武汉东湖等水域都有类似的现象发生，这充分说明此类水污染问题的普遍性。 浮游藻类的大规模暴发，会大量消耗水中的溶解氧，造成其他水生生物大量死亡。 更为严重的是，蓝藻中有些种类，例如微囊藻，能够产生一种叫作“藻毒素”的物质，会造成贝类、鱼类、虾蟹中毒死亡，对人畜也有强烈的毒害作用，是肝癌的重要诱因。 藻毒素极为稳定，即使在300 ℃下也不会分解，如果在食物链中被吸收富集，将造成不堪设想的后果。

研究表明，藻类的生长繁殖需要25 ～30 种元素，其中碳、氮、磷是合成核酸、蛋白质必备的基本元素。 与碳元素相比，自然水体中的氮、磷含量较少，因此就成为制约藻类繁殖的重要因素。 一般来说，当水体中硝态氮浓度为0.3 mg/L，磷酸盐浓度为0.02 mg/L 时，水体就可能出现藻类暴发。 此外，藻类大量繁殖和持续时间与气温、光照和水文气象等外部条件也密切相关。

调查发现，赤潮几乎都是出现在人口居住较稠密的沿海水域，水华也都出现在严重污染的水体中。 这说明人类活动与这类污染现象的发生密不可分。 尽管赤潮和水华发生的具体原因十分复杂，但总的来说，水体的富营养化是其发生的根源。 造成水富营养化的物质主要来源于工业、农业和生活废水。 据估算，每年排入渤海湾的污水量高达数十亿吨，其中含有大量的氮、磷元素，为藻类的大规模暴发提供了物质基础。 因此，解决赤潮、水华等污染问题的根本在于控制污水排放，降低受纳水体中的氮、磷含量，防止富营养化的形成。