重庆市老龙洞地下河流域岩溶地下水粪便指示菌环境指示意义的研究

摘要

岩溶区特殊的地质“双层结构”，造成地表严重缺水而地下水特别丰富的现象，因此岩溶区地下水是岩溶区最重要的水源。随着城市化进程不断加快，城镇污水、生活垃圾、以及农业生产污水等成为西南地区岩溶地下水面临的严峻问题。重庆市南山老龙洞地下河为典型的生活垃圾污染，研究区地下河常年不断流，所属城镇没有完善的生活污水、生活垃圾处理设施，对生活污水和垃圾的处理基本上采用的是原始的阴渠和暗渠排放，甚至是地表排放，最终利用落水洞排入地下河。目前，地下河水质污染严重。相关学者致力于研究人类活动影响下的岩溶地下水环境的物理化学过程，对岩溶地下水污染的微生物过程研究偏弱，岩溶区地下水中的微生物数量的空间与季节上的差异可以反映出入类活动和城市化程度。探讨城镇化进程中地下水环境的演变机理，岩溶水微生物时空变化的研究显得尤其重要，为岩溶地下水资源的合理有效利用、流域健康与疾病防治等提供科学依据。城市的水资源和改善居住环境的可持续利用对策喀斯特市地下水系统的影响研究有重要意义。
　　本研究选取重庆市南山老龙洞流域地下水为研究对象，在2014.1～2015.1进行野外样品采集与实验室分析工作。采样点依次为:小院儿井、仙女洞天窗、龙井塝井、高东寺1井、高东寺2井、老龙洞地下河出口、赵家院子井，分别简称为1＃～8＃。在该水文年内采集的地下水样品进行室内理化性质检测，对四种粪便指示菌TC（细菌总数）、EC（大肠菌群）、FC（粪大肠菌群）、FS（粪链球菌）采用滤膜法计数，在SPSS统计学相关性分析方法的支持下对老龙洞流域地下水污染时空分布特征进行研究，初步获得以下结论:
　　(1)南山老龙洞流域地下水化学组成类型是Ca-Mg-SO4型。8个采样点水质硬度普遍较高，其中则1＃、2＃、4＃、8＃地下水为硬水，3＃、5＃、6＃、7＃地下水属于中硬水，K+、Na+含量在各采样点都呈现较高水平，并超过自然水平之下的K+、Na+含量，SO42-、Cl-浓度超过国家标准的数量极少，SO42-检出率仅为3％，而Cl-则未检出。NO3-在地下水中的污染程度居高不下，检出率为75％。这与其地表的人类日常生活、工农业活动强度有较大的关系。城市化较快的上游地区1＃、2＃、3＃以及混合型污染区7＃、8＃的K+、Na+含量高于农业生产活动为主的4＃、5＃、6＃。
　　(2)老龙洞流域地下水居民生活用水中的四种粪便指示菌季节分布上显示出夏秋季节升高，春、冬季节污染数量下降的趋势，但是各个采样点的微生物指示菌季节变化各有差异，不同于河流或者海洋中的细菌群落具有明显而一致的季节变化。岩溶区地下水水温保持恒定，并不随季节变化而有大的改变，因此水温并不是造成岩溶区地下水微生物季节性变化的主要原因。采样点均位于地势较低的谷底，周围密布着居民区和小型手工业作坊和工厂，其产生的生活污水和工业废水直接排放到环境中。5～10月重庆雨季来临，将环境中的污水顺地势汇入谷底，最终通过落水洞进入地下暗河，汇入地下河的降水携带了大量的粪便污染，促使地下水中的粪便污染指示菌数量猛增。
　　(3)研究区地下水的粪便指示微生物的分布具有较大的空间差异性，受季节性影响较大。所有采样点的粪便污染程度都很高，其中以7＃最为严重，超过国家地下水标准的37.6～2.92×105倍。5＃污染程度最低，但仍是国家地下水标准的22.5～1.57×104倍。7拌微生物污染最为严重，秋季细菌总数量达到1.5×107 CFU/mL，大肠杆菌群数为1.4×105 CFU/mL，7＃地下水属于重度微生物污染，为多菌区。5＃周围是农田，主要从事耕种、农田灌溉等生产活动，附近鲜少有居民，其产生的生活污水较少，且水质清澈，水质最好。1＃、3＃这两个采样点位于流域上游地区，伴随城市化发展，受人类活动影响较大，微生物污染也随之增多，其总细菌数量水平相对较高，仅次子7拌。4＃、6＃、8＃这三个采样点的地表环境以农业生产活动为主，8＃附近为耕地，该井水主要用于灌溉农田，居民洗衣服等。
　　(4)本研究区所有采样点水质中微生物超标严重，粪便污染是本研究区污染的主要来源。通过对FC/FS比值进行粪便污染来源的初步研究判断:夏秋季节降水量较多的时期，其中1＃、2＃、3＃这三个采样点的FC/FS比值达到103以上，可以推测这三处地下水粪便污染主要来源于人类的生活废水;7＃地下水粪便污染在一年内全部显示为人类粪便污染，可能由于这三处地下水来自于流域内多条地下河分支，流经地区很多都属于居民区和工业区，其中绝大多数都是人类生活污水。3＃、8＃在一年当中受人类粪便污染影响也较大，其他各采样点的比值都呈现季节性变化，夏季，1～3＃，7＃、8＃比值远大于4.0，秋季，1＃，3～8＃比值大于4.0，污染来源主要是人类生活污水与粪便，即夏秋季节地下水粪便污染生物来源主要是人类。
　　(5)由于岩溶区独特的地下空间结构，垂直连通性要远大于水平方向的连通性，采样点地表环境对于微生物污染空间差异性有重要影响。短期的降水状况及地表人类活动的差异都会引起采样点微生物数量的较大变化。同一地区不同采样点的地下河水化学特征季节、空间差异都较为明显，可能与区域内降水强度和人类活动强度有关。
　　总而言之，造成研究区微生物污染的原因比较复杂:特殊的水文地质背景、农业生产活动造成的污染物排放以及城市化过程中未能完善的生活污水收集与处理装置缺乏，造成大量营养盐类进入地下水，促进了水中微生物的生长繁荣;此外，城市化过程使得城乡结合部居民增加，地下水中微生物污染物来源数量，从而城市化影响下的地下水微生物污染程度要远高于农业生产活动为主要污染源的地下水。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 粪便污染的微生物检测

1．2．2 不同环境因子对岩溶地下河粪便微生物的影响

1．2．3 水中粪便微生物对地下水水化学特征的影响

1．3 研究内容、意义和拟解决的关键问题

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．3．3 拟解决的关键问题

1．4 主要实验方法

1．5 主要技术路线

第2章 研究区概况及其水质评价

2．1 研究区自然地理概况

2．2 研究区人文经济发展

2．3 采样点及附近环境的详细介绍

2．4 研究方法及主要实验材料

第3章 老龙洞地下水水文化学特征及其环境意义

3．1 水化学指标及其指示意义

3．2 老龙洞地下水水化学指标的时空变化特征

3．2．1 地下水综合性指标的变化

3．2．2 岩溶区地下水化学组成特征及空间差异

3．2．3 地下水化学组成的季节性差异

3．3 本章小结

第4章 老龙洞地下水微生物指示菌的时空变化特征及其环境意义

4．1 地下水微生物指示菌对环境的一般指示意义

4．2 地下水微生物四种粪便指示菌数量的季节变化规律

4．3 老龙洞流域地下水四种粪便指示菌数量之间的相关性

4．4 地下水微生物粪便指示菌FC／FS对岩溶地下水的环境季节变化的指示意义

4．5 本章小结

第5章 地下水微生物粪便指示菌对岩溶地下水的环境指示意义

5．1 地下水微生物污染空间分布的一般指示特征

5．2 老龙洞流域地下水微生物指示菌空间分布特点

5．3 老龙洞流域地下水FC／FS比值的空间分布规律

5．4 微生物指示菌在地下水评价中的重要意义

5．5 老龙洞地下河流域粪便微生物污染严重的原因探究

5．5．1 水文地质因素

5．5．2 土地利用类型对地下水影响

5．5．3 城市化对地下水微生物污染分布状况的影响

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

作者简历