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1、第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆参赛作品 作品名称： 三峡库区腹地水体微生物污染调查及其风险评价 申报者姓名 （集体名称）： “三峡库区水体微生物污染监测”课题组 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 报送方式：省级报送作品高校直送作品第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技竞赛作品三峡库区腹地水体微生物污染调查及其风险评价Microbial Contamination Investigation and Risk Assessment of Waters in the Three Gorges Reservoi
2、r Area作者：“三峡库区水体微生物污染监测”课题组指导教师：肖国生地址：重庆市万州区沙龙路二段780号 邮编：404000中文摘要对库区水体微生物污染调查和风险评估有助于了解其水质卫生状况。08年3月、78月和11月从万州、云阳、开县和忠县的21个监测点共采集40份水样，用平板菌落计数法和多管发酵法分别测定水样的细菌总数和总大肠菌群数，结合水体接触问卷调查，用-泊松模型对水样大肠杆菌感染概率进行初步评价。结果发现， 89.5%（34/38）为极不清洁水，10.5%为不清洁和不太清洁水。根据国家地表水环境质量标准判断，28.9%（11/38）为V类、7.9%（3/38）为IV类、26.3%（
3、10/38）为III类、26.3%（10/38）为II类、10.5%（4/38）为I类。主要表现为排污口附近的江河水和经城的河水污染较重，污水处理厂下游、城郊支流和远离排污口的江水污染较轻，而不同季节对细菌总数的影响大，对总大肠菌群数没影响。调查发现，两岸居民接触江水的主要方式为游泳，占调查人数的19.64，接触江水后平均每人误摄入水量为28.4 mL，其健康主诉主要症状表现为皮肤红疹发痒（21.4%）、消化道症状（9%）、眼感染（7.1%）、耳感染（5.4%）。大肠杆菌感染风险初步评价发现，监测水体属IIII类地表水的大肠杆菌感染概率在1.810-92.810-7间；属IV和V类的感染概率在
4、4.87.210-7及以上。研究表明，长江两岸的排污口和经城的长江支流对三峡水库的微生物污染较大，应采取相应措施。关键词：三峡库区；细菌总数；总大肠菌群；风险评价英文摘要Abstract: Microbiological monitoring and risk assessment of the Three Gorges Water Reservoir conduces to the understanding of the public health state of its water quality. 40 water samples were collected from 21 mon
5、itoring sites located at Wanzhou, Yunyang, Kaixian, Zhongxian in March, July to August, November in 2008, respectively. The total bacteria (mL-1) and the Coliform (L-1) in water samples were detected using flat-panel and multi-barrel fermentation methods, respectively. Combining questionnaires of ex
6、posure to the waters, the beta-Poisson model was used to assess the probability of E. coli infection in monitoring waters. The results showed that 89.5% (34/38) water samples were the very dirty water, 10.5% were the dirty water and not so clean water. According to the national surface water environ
7、mental quality standards, 28.9% (11/38), 7.9 % (3/38), 26.3% (10/38), 26.3% (10/38), and 10.5% (4/38) of water samples belonged to V, IV, III, II and I-class water quality, respectively. The surface waters in the vicinity of sewage effluents and rivers across the city were severely polluted, and the
8、 surface waters away from sewage effluents and in the downstream of sewage treatment plants and the rivers across suburb were slightly polluted. The total bacteria were significantly affected and the total coliform was not affected by seasons. The survey of exposure to waters showed that 19.64% of i
9、nquired people exposed the waters by swimming. 28.4 mL water was swallowed per person. The exposed persons had 21.4% skin health complaints; 9% gut complaints; 7.1% eye complaints; and 5.4% ear complaints. According to E. coli risk assessment, the probability of E. coli infection of monitoring water
10、s belonged to I to III and IV to V class water was 1.810-92.810-7, 4.87.210-7, respectively. The researches manifested that the Three Gorges Water Reservoir is polluted by the sewerages and urban branches and the protected measures should be adopted.Keywords: Three Gorges Reservoir Area; Total Bacte
11、ria; Coliform; Risk Assessment目 录前言11 材料与方法11.1 培养基11.2 采样时间11.3 采样方法21.4 采样点21.5 细菌总数和总大肠菌群数的测定21.6 水体污染程度的分析21.7 大肠杆菌感染风险初步评价32 结果42.1 不同季节监测点水样细菌总数检测结果42.2 不同季节监测点水体总大肠菌群数检测结果42.3 三峡水库两岸居民水体接触的问卷调查结果52.4 监测点水体微生物污染情况分析及大肠杆菌感染风险评价结果72.5 季节和水温对监测点水体微生物污染变化的影响83 讨论83.1 在三峡库区开展水体微生物污染调查的意义83.2 污水、废水和
12、长江支流对水库水质的影响83.3 季节和水温对细菌的影响及原因分析93.4 大肠杆菌感染风险评价的意义、存在的问题10参考文献11致谢13附录1监测点位置的卫星航拍示意图14附录2三峡水库两岸居民接触水体问卷调查样表17前言长江是两岸人们生活、工农业生产用水的水源，也是我国主要淡水资源。三峡工程的兴建，使三峡水库的水质安全倍受国内外关注1。三峡水库水质好坏除与入境的水质有关外，还取决于境内污染物的排放。随着库区经济增长，城镇人口和船舶数量增多，水库水体污染负荷随之增加2。对三峡水库进行微生物污染调查将有助于了解三峡库区水体的污染和富营养化状况，为水域的整体治理提供评价依据。目前，对三峡库区水体
13、的监测主要集中在生化需氧量(BOD)，化学需氧量（COD）、溶解氧（DO）和重金属等指标2。由于微生物指标受地域和检测时间的限制3，实施较少。而细菌总数和大肠菌群数等生物性指标与水体污染有密切的关系，是水质监测的重要生物指标4, 5。大肠菌群数还能反映水体受粪便污染的状况，确定水污染来源，间接反映水体病原菌的水平，故细菌总数和总大肠菌群2项微生物指标在水质卫生学监测或湖泊、水库营养状态及污染程度的评价、预测方面有着重要意义4, 6, 7。本研究通过监测三峡库区内万州、云阳、忠县和开县监测点水样中的细菌总数及总大肠菌群数，对其水质进行初步评价，并结合水体接触问卷调查用-泊松模型评价监测水体的健康
14、风险，有助于了解库区部分水体微生物污染状况，为库区水质综合防治提供依据。1 材料与方法1.1 培养基 营养琼脂、乳糖蛋白胨培养液、三倍乳糖蛋白胨培养液、伊红美蓝（EMB）培养基均按标准方法配制及灭菌8，所用试剂均为分析纯。1.2 采样时间分3时间段从监测点采样：08年月15日至20日； 08年7月22日08年8月20日；08年11月9日至13日。1.3 采样方法将灭菌采样瓶浸入距水面约1015 cm深处采水，记录采样时的水温、天气、环境和水质感观。将水样迅速运回进行检验，保证从取样到检验不超过2 h，4保存不超过6 h。1.4 采样点在万州、开县、云阳和忠县共设置21个监测点，监测点大体位置见
15、附录1中的卫星航拍示意图。水样分别采自监测点的河水、江水、排污口上下游510米的江（河）水，监测点和水样环境描述见表1。1.5 细菌总数和总大肠菌群数的测定按水和废水监测分析方法（第四版）8进行，细菌各样品的每个稀释度均做3次重复，大肠菌群数测定采用多管发酵法。1.6 水体污染程度的分析根据细菌总数判断水样的清洁程度5：极清洁10102 CFU/mL；清洁102103 CFU/mL；不太清洁103104 CFU/mL；不清洁104105 CFU/mL；极度不清洁105 CFU/mL。根据地表水环境质量标准GB3838-2002判断水样的类别9。表1 监测点和水样环境概况监测点号监测点地名采样时
16、间天气水温()水样环境及水质描述1牌楼港区08.7.22.晴27排污口，水样为江水，呈泥黄色，无味，水位147米。08.11.9晴18排污口淹没，水样为江水，浑浊无味，水位167米。2苎溪河08.3.15阴11水样为入江河水，较清澈，无味。08.7.25晴28水样为入江河水，较清澈，无味。08.11.10晴15水样为入江河水，较清澈，无味。3港务局08.7.26晴29排污口，水样为江水，较浑浊，无味。4江峡码头08.3.15阴11排污口，水样为江水，无味。08.7.30晴28排污口，水样为江水，呈泥黄色，无味。5大河沟08.3.20晴13水样为交汇的江水，较浑浊水，无味。08.7.31 晴31
17、水样为河水，呈浅黄色，无味，较浑浊。6开县南河08.8.4 晴29经开县城区，水样为河水，呈浅黄，无味。7开县东河08.8.4 晴29经开县城区，水样为河水，呈浅黄，无味。8开县彭溪河08.8.4 晴29为南河和东河的汇集，水样为河水，呈浅黄，无味。9明镜滩08.8.7 阴25排污口，上有排水公司。上游水样为河水，深绿色，较清澈，有臭味。下游水样为江水，浑浊，无臭味。08.11.15 阴15水样为河水，较黄，无异味。10百安花园08.8.8 晴27排污口，水样为江水，上有部队训练基地，呈泥黄，无味。11石宝大桥08.8.10 雨转晴20苎溪河分支，水样为河水，前有万州美食城，深绿色，无味，较清
18、澈。12长江二桥08.3.20晴13水样为中央江水，较清澈，无味。08.8.11 阴27排污口，水样为江水，上有煤厂和船舶修造厂，呈泥黄色，无味。13五桥河08.8.12 多云26水样为河水，较浑浊，无味。14江南新区08.3.20晴13岸有施工地，水样为距岸较近的江水，无味。08.8.13 阴25岸有施工地，水样为距岸较近的江水，无味。15五桥污水处理厂08.8.12 多云20水样为河水，上有沱口污水处理厂和疗养院，无色无味。16龙宝河08.8.15 小雨21水样为河水，上游有猪场和水产养殖所，黄绿，无味。08.11.13 阴17水样为河水，上游有猪场和水产养殖所，黄绿，无味。17云阳小江0
19、8.8.18 晴30水样为江水，较清澈，无味。18云阳县城08.8.18 晴30水样为云阳县城边江水，较清澈，无味。19忠县鸣玉溪08.8.20 晴30水样为溪水，浑浊，无嗅味。20忠县城区08.8.20 晴30水样为城边江水，浑浊，无味。 21五桥街道办事处08.8.14 小雨27水样为河水，五桥河上游，前有猪场，电厂，深绿无味。 1.7 大肠杆菌感染风险初步评价通过随机对三峡库区两岸居民进行水体接触问卷调查，从而获得误摄入水量，然后结合总大肠菌群监测结果，利用文献报道的导致肠道疾病的大肠杆菌在总大肠菌群数中的比例可能低于1%10，用-泊松模型对监测点水体的大肠杆菌感染风险进行初步评价：Pi
20、nf=1(1+N)-（0.1705, 1.61106），Pinf为 一次接触水体被大肠杆菌感染概率；N表示每次接触摄入的可能致病性大肠杆菌数量，N=CV1%，C为100mL水样中总大肠杆菌的最大可能数，V为摄入水量，1%为导致肠道疾病的大肠杆菌在总大肠菌群数中的最大可能比例； 和 为人与大肠杆菌相互作用（剂量应答）的特征参数4, 11, 12。2 结果2.1 不同季节监测点水样细菌总数检测结果3个时间段的40份水样细菌总数检测结果见表2，78月水样中细菌总数（2.21071.01011）高于3月水样（3.21031.0105）45个数量级，而普遍高于11月水样（1.61062.2107）24个
21、数量级，细菌总数呈现明显季节性差异。但无论任何季节，经城区的支流、排污口附近的水中细菌数普遍较高，远离排污口的江水和城郊支流的细菌数较低，说明排污口和城镇对长江和支流造成了较重的污染。2.2 不同季节监测点水体总大肠菌群数检测结果从表2可见，排污口和长江支流，特别是经城区的河流总大肠菌群数最多，如江峡码头排污口、百安花园排污口、大河沟下游、东河、彭溪河、云阳城边长江、小江下游等的总大肠杆菌数都大于24000 MPN/L；牌楼港区、港务局上游、大河沟上游、忠县长江上游、五桥街道办事处的水样总大肠菌群数相对较少。从检测结果来看，长江和支流两岸的排污口对江水的污染较大，污水和废水通过排污口、长江支流
22、或沟壑流入长江，造成了长江的污染。而不同季节对大肠杆菌总数的影响不大，说明无论是高水温季节还是低水温秋季，各排污口和城镇对长江和支流的污染始终存在。表2 不同季节监测点水样的细菌总数、总大肠菌群数和大肠杆菌感染概率监测点号水样细菌总数（CFU/mL）总大肠杆菌数（MPN/L）感染概率Pinf /摄入28.4mL3月78月11月3月78月11月3月78月11月1牌楼港区上游5.6108702.110-9牌楼港区下游1.41097.0106260907.810-92.710-92苎溪河上游3.01042.21091.6106920035002.810-71.110-7苎溪河下游3.81083港务局
23、上游3.610103401.010-8港务局下游3.8101022006.610-84江峡码头上游3.31010240007.210-7江峡码头下游1.01052.8101024000240007.210-77.210-75大河沟上游6.41045.81099403402. 810-81.010-8大河沟下游1.31010240007.210-76开县南河2.2107160004.810-77开县东河1.01010240007.210-78开县彭溪河3.7108240007.210-79明镜滩上游1.010112.21071400904.210-82.710-9明镜滩下游4.610101400
24、4.210-810百安花园上游240007.210-7百安花园下游240007.210-711石宝大桥8.910835001.110-712长江二桥上游1.4109240007.210-7长江二桥下游3.21031.01010940#160002.810-84.810-713五桥河3.9108160004.810-714江南新区1.21045.7109220028006.610-88.410-815五桥污水处理厂7.210818005.410-816龙宝河3.61094.1106350035001.110-71.110-717云阳小江上游3.8101035001.110-7云阳小江下游3.21
25、010240007.210-718云阳县城8.3109240007.210-719忠县鸣玉溪8.510928008.410-820忠县城区上游2.01010601. 810-9忠县城区下游7.11099402.810-821五桥街道办事处2.010103401.010-8注：“#”水样采自江中心；“”没获得数据。2.3 三峡水库两岸居民水体接触的问卷调查结果在万州两岸，对224位居民进行了接触江水的随机问卷调查，其中56人（25%）曾接触过长江干流或支流的水，主要通过游泳（19.64%）、戏水（2.23%）和洗衣服（3.13%），其中游泳为主要接触水体方式，问卷人员组成见图1。图1 万州长江两
26、岸居民接触长江水的问卷人员结构组成。接触过江水的56人中存在不同程度的误摄入水量，见表3，通过对摄入水量的估算，大约平均每人接触摄入水量为28.4 mL。对接触过江水的人的健康主诉统计发现，接触过江水的人存在不同程度的临床表现，主要为21.4%皮肤红疹发痒、7.1%眼感染、5.4%耳感染，9%消化道症状（包括1.8%腹泻、1.8%呕吐、1.8%恶心、3.6%其它症状），2例其它症状为胃肠不适和腹胀，其组成见图2，说明江水对人体健康存在不同程度的影响。表3 万州两岸居民接触水体时摄入一定水量的人数（）和摄入水量估算结果接触水体人数摄入水量范围（平均量），单位：mL平均摄入水量(mL)没摄入水少数
27、几滴0.5-5(2.75)白酒杯20-30(25)咖啡杯80-120(100)大啤酒杯170-210(190)5618（32.14）9（16.07）19（33.93）9（16.07）1（1.79）28.4图2接触过长江水的人的健康主诉的统计结果2.4 监测点水体微生物污染情况分析及大肠杆菌感染风险评价结果根据细菌总数和总大肠杆菌群数分别判断水清洁程度和地表水类别，结果见表4。89.5%（34/38）水样为极不清洁水，10.5%水样为不清洁和不太清洁水，这10.5%全部为3月的江水和河水。28.9%（11/38）的水样为V类；7.9%（3/38）的水样为IV类；26.3%（10/38）的水样为I
28、II类；26.3%（10/38）的水样为II类；10.5%（4/38）的水样为I类。主要表现为排污口附近的江河水和经城区的河水污染重，城郊支流、远离排污口、污水处理厂下游江河水污染较轻。根据长江两岸居民接触水体问卷调查的摄入水量估算结果28.4 mL和致病性大肠杆菌在总大肠菌群数中最大可能比1%，用-泊松模型对监测点水体大肠杆菌感染风险初步评价。结果发现，IV和V类地表水的大肠杆菌感染概率在4.87.210-7及以上； III类地表水的大肠杆菌感染概率在6.610-82.810-7间； II类地表水的大肠杆菌感染概率在7.810-95.410-8间；I类地表水的大肠杆菌感染概率在1.82.71
29、0-9间（见表2）。表4 不同时间不同监测点水体微生物污染分析结果月份水质清洁程度地表水类别不清洁不太清洁极不清洁IIIIIIIVV3311022017-800292863101100420200百分率7.9%2.6%89.5%10.5%26.3%26.3%7.9%28.9% 2.5 季节和水温对监测点水体微生物污染变化的影响对3个时间段水样的细菌总数、总大肠菌群数和大肠杆菌感染风险评价结果分析发现，细菌总数在78月水温为2131时出现了细菌高峰，在3月份水温为10左右时，细菌总数最低，而在11月份水温为1518时，水中细菌总数介于两者之间，温度和季节对水中细菌数量的影响较大。但总大肠菌群数量
30、没有出现随着水温和季节变化而变化，污染重的监测点总大肠菌群数仍很大。但在11月4个监测点水样中的总大肠杆菌数量明显比3月和78月的水样的数量低，这可能因为水库蓄水达167米，淹没了排污口或稀释了污水。3 讨论3.1在三峡库区开展水体微生物污染调查的意义三峡工程的兴建，使三峡水库成为了一个特殊而又非常重要的水系而倍受世界关注。水库蓄水后，水力学条件和生态环境发生改变，水质污染状况会变得更加严峻2，对库区水体进行微生物污染监测非常必要。本研究调查发现，库区两岸污水、废水和经过城区的入江支流对长江的微生物污染较为严重，值得采取相应的控制措施。3.2 污水、废水和长江支流对水库水质的影响调查发现，3个
31、时间段绝大多数监测点水样中的总大肠菌群数都很高，说明长江两岸的污水和废水对江水的污染较大，这些污水和废水通过排污口、长江支流或沟壑流入长江，造成了长江的污染。虽然总大肠菌群并不能完全代表粪便污染，但总大肠菌群目前仍广泛用于水质污染监测的指示菌4。辛明秀等调查发现粪大肠菌群与总大肠菌群呈正相关，水样中的总大肠菌群基本是粪大肠菌群13。我国地表水环境质量标准GB3838-2002规定用粪大肠杆菌数判断水质，而我们用总大肠菌群判断，水质会偏低，但结果绝大数排污口周围水质多为III、IV和V类，与预期是相符的，说明用总大肠菌群来判断水质类型不影响对整体水质监测。污水处理厂（明镜滩上游和五桥污水处理厂）
32、排放口附近的水质明显好于其它排污口周边的水质，为II类地表水，说明污水处理是控制城市污水和工业废水对水库污染的重要措施。我们还发现，位于同一支流的东河、南河、彭溪河和小江4个不同地段监测点的总大肠杆菌数均很高，说明这条入江支流受到了较重的污染，一旦河水被严重污染后很难在短时间内被自然净化。因此，需重视对长江支流的保护和支流两边的废水和污水的处理，控制污染源。3.3 季节和水温对细菌的影响及原因分析温度（季节）对水体中细菌数的影响较大，78月为库区水温最高和雨水最多的季节，易造成水土和有机物进行江河水，水中浮游植物大量死亡。因此，在温度、有机营养和其他等因素适宜的情况下，异养细菌得到了大量繁殖，
33、引起细菌总数发生很大的变化。这种细菌总数与水温、有机物污染和丰枯水期的正相关性，在其它水系（水域）也有报道6, 13, 14。总大肠菌群数未随水温变化而变化，与其它报道一致13，大肠菌群细菌的生命力常比一些致病菌要强，较少在水生系统中繁殖4, 10。3.4 大肠杆菌感染风险评价的意义、存在的问题用一种数学模型来评价一种病原体感染风险，可以预警水体污染危害程度，类推并提前采取相关措施预防其他可能存在于水体中的更严重病原体4。研究者们已建立了一种泊松模型评价大肠杆菌对人体感染概率的近似估算4, 11，而Geldreich研究发现在遭受人体粪便污染的水生系统中，导致肠道疾病的大肠杆菌在总大肠菌群中的
34、比例可能低于1%10。在进行风险评价时，获取游泳等接触水体时误摄入水量的多少是风险评价的关键因素。我们借鉴Schijven等的调查方法通过询问调查获得接触江水的人的摄入水量 15，估算结果为平均每位接触者摄入水量28.4 mL, 与Dufour等通过检测游泳者体内氯代异氰脲酸酯（消毒剂）的量来推算游泳者吸入水量（成人16 mL和未成年人37mL）相接近16，说明我们调查所获得的摄水量是可靠的。根据调查获得的摄入水量和致病性大肠杆菌在总大肠菌群中的可能最大比例，用泊松模型来初步评价监测点水体大肠杆菌感染风险切实可行，国外也用类似方法进行水体风险评价17。虽然这种方法比不上鉴定到真正致病性大肠杆菌
35、准确性高，但用这种可能比来评估大肠杆菌感染风险具有一定的指导意义，可供水污染程度、用水和接触水体的安全预警，以及评价饮用水和污水处理效果。参考文献1 张代钧, 许丹宇, 任宏洋, 等. 长江三峡水库水污染控制若干问题J. 长江流域资源与环境, 2005, 14(5): 605-610.2 钟成华. 三峡水库对重庆段水环境影响及其对策M. 重庆: 西南师范大学出版社, 2004: 20-129.3 刘伟成, 单乐州, 谢起浪, 等. 生物监测在水环境污染监测中的应用J. 环境与健康杂志, 2008, 25(5): 456-459.4 Maier R M, Pepper L L, Gerba C
36、P. 环境微生物学（下册）M. 张甲耀, 宋碧玉, 郑连爽, 等译.北京: 科学出版社, 2004: 657-663, 746-754.5 周凤霞. 生物监测M. 北京: 化学工业出版社, 2006: 64-79.6 陈新蕾, 许均华, 华中, 等. 东湖水体的微生物污染状况初步调查J. 氨基酸和生物资源, 2004, 26(1): 16-19.7 Maier R M, Pepper L L, Gerba C P. 环境微生物学（上册）M. 张甲耀, 宋碧玉, 郑连爽, 等译. 北京: 科学出版社, 2004: 292-293.8 国家环境保护总局. 水和废水监测分析方法M. 第四版. 北京: 中国环境科学出版社, 2002: 695-700.9 国家环境保护总局, 国家质量监督检验检疫总局. 地表水环
