城市人居环境空气微生物污染评价指标的比较分析与研究

中国环境学会  2011年 03月31日

  
  潘立勇  孙菱 杨靖  李勇  付红 
   (徐州市环境监测中心站  手机: 13952267996  江苏  徐州  221006)


  摘要:依据江苏省重点城市空气中细菌和霉菌的监测结果,对城市人居环境空气微生物污染评价指标进行比较分析与研究。研究结果认为,通过大气微生物评价分级标准所列相关指标进行评价,空气中细菌总数和霉菌总数处于“清洁”和“中污染”之间及“清洁”和“严重污染”之间,评价结果的含盖范围基本可行。至于微生物总数这一指标,由于微生物的种类繁多,要监测所有种类是一件是乎不可能完成的工作,所以不可能在基层单位作为一种评价指标进行应用。而多样性指数则是将微生物的多样性看作为环境的保护目标,既考虑到生物种群的丰富度,也考虑到均匀度,其灵敏度要明显高于大气微生物评价分级标准。多样性指数评价对霉菌来说,具有特别重要的意义。本研究为今后制定空气微生物的全国性标准打下基础。
  关键词: 城市人居环境,空气微生物,污染,评价指标
   
  Comparative Study on Evaluation Indicators of Air Microorganism Pollution in Urban living environment
  PAN  Li-yong  SUN Ling  YANG Jing  LI Yong  FU Hong  
  (Xuzhou Environmental Monitoring Central Station   Jiangsu  Xuzhou  221006)
   
  Abstract: Based on monitoring data of air germ and air mould in the key cities in Jiangsu province, evaluation indicators of air microorganism pollution in urban human settlements were comparative analyzed and discussed. The results show that the total number of air germ is between “clean” and “moderate pollution” and the total number of air mould is between “clean” and “serious pollution” by evaluating the relative indicators listed in grading standards of air microorganism. The evaluation scale is feasible. The indicator of the total microorganism isn’t suitable to grass-root units because of its so many species which would be an impossible monitoring work to be done. The diversity indicator, including abundance and regularity of the biological population, as the aim of environmental protection, is superior to grading standards of air microorganism in term of sensitivity and is specially important to the evaluation of mould. The study would be the foundation to form national standards of air microorganism.  
  Key words: Urban living environment; Air microorganism; Pollution; Evaluation indicator


  1 引言


  空气微生物是指空气中细菌、霉菌和放线菌等有生命的活体,它主要来源于土壤、水体、动植物和人类,此外污水处理、动物饲养、发酵过程和农业活动等也是空气微生物的主要来源。空气微生物与城市空气污染、城市环境质量和人体健康密切相关,空气中微生物浓度过高会导致各种疾病的发生。近年来随着非典(SARS)、禽流感和甲型H1N1流感在我国乃至世界的传播和危害,使人们越来越重视微生物所带来的污染,已成为世界广大学者关注和研究的热点。传统地单纯依靠少数理化指标(如TSP、PM10、SO2、NOX等)来评价环境空气质量的优劣已远满足不了现代保护环境和人体健康的要求,同时城市空气中的微生物污染状况是城市环境综合因素的体现,是评价城市空气环境质量的重要指标之一。空气中的微生物数目、菌谱是评价环境空气质量及其危害人体健康程度的重要指标,因此对空气中的微生物进行监测就显得尤为重要。目前,我国室外空气微生物监测评价标准尚无统一,对空气微生物评价指标开展研究很有必要。因此较系统、全面地了解城市空气微生物群落结构与动态的变化及制定和推荐评价方法十分紧迫,这对城市空气污染的控制,环境质量的改善具有重要的理论和现实意义。2004年以来,江苏省率先在全省范围内开展了空气微生物监测,其中徐州市环境监测中心站于2007年至2008年进行了三个不同功能区(工业区-铜兽院、居民区-环保所和风景区-淮塔)微生物种类组成的监测与分析,对城市人居环境空气微生物(细菌总数和霉菌总数)污染评价指标进行比较与研究。


  2 江苏省境内空气微生物监测结果与分析


  我们选择全省具有代表性的徐州市(北部)、南京市(中南部)、苏州市和常州市(南部)四家环境监测中心站2005年空气微生物监测结果进行分析。


  2.1 空气中细菌总数的监测结果与分析
  我省四家环境监测中心站2005年细菌总数的监测结果见表2-1和图2-1。
  表2-1  四家环境监测中心站2005年度细菌总数的监测结果 (cfu/m3)

采样月份

徐州市

苏州市

常州市

南京市

1

范围

180-417

 

293-777

 

均值

316

444

2

范围

417-657

 

250-540

149-1350

均值

501

338

672

3

范围

738-1277

 

380-770

 

均值

993

558

4

范围

680-1378

125-361

12-460

 

均值

1037

210

238

5

范围

382-1467

11-1040

300-1000

393-2254

均值

949

403

585

1090

6

范围

292-742

40-275

160-880

157-5976

均值

525

109

480

1842

7

范围

221-777

144-709

130-1000

315-10064

均值

429

325

540

2190

8

范围

340-767

133-331

310-1000

1022-7392

均值

465

228

668

3179

9

范围

262-1064

16-213

790-12000

550-11402

均值

729

129

3838

4403

10

范围

318-1028

69-330

330-1801

393-5898

均值

601

150

1065

2146

11

范围

389-753

96-1334

960-1400

393-2831

均值

560

454

1115

1674

12

范围

505-887

67-408

340-810

708-3539

均值

730

217

510

1595

平均值

653

247

865

2088

   
  通过表2-1和图2-1可见,苏州市空气中细菌总数的监测值最低,变化幅度为11 cfu/m3至1334 cfu/m3之间。其次是徐州市,空气中细菌总数的监测值变化幅度为180cfu/m3至1476cfu/m3之间,变幅相对较小。而常州市和南京市空气中细菌总数的监测值变化幅度分别为12cfu/m3至12000cfu/m3之间和149cfu/m3至11402cfu/m3之间,变幅都很大,最大值甚至是最小值的1000倍。从空气中细菌总数全年平均值看,南京市>常州市>徐州市>苏州市;从空气中细菌总数最大值出现月份看,徐州市为4月,苏州市为11月,常州市为9月,南京市也为9月;从空气中细菌总数最小值出现月份看,徐州市为1月,苏州市为6月,常州市为4月,南京市为2月;通过分析可以基本认定,江苏省北部(徐州市)春季空气中细菌总数最多,污染最重。而江苏省中、南部(南京市、常州市和苏州市)秋季空气中细菌总数最多,污染最重。
   
  2.2 空气中霉菌总数的监测结果与分析
  我省四家环境监测中心站2005年霉菌总数的监测结果见表2-2和图2-2。
  表2-2  四家环境监测中心站2005年度霉菌总数的监测结果 (cfu/m3)

采样月份

徐州市

苏州市

常州市

南京市

1

范围

184-371

 

163-375

 

均值

280

228

2

范围

209-315

 

110-220

15-194

均值

271

160

93

3

范围

310-733

 

310-1000

 

均值

487

458

4

范围

420-906

26-60

47-300

 

均值

650

40

152

5

范围

610-1272

57-510

130-570

130-491

均值

870

362

370

296

6

范围

318-548

8-541

110-1600

118-1769

均值

436

232

770

517

7

范围

230-437

434-1280

170-590

472-4796

均值

346

903

355

2112

8

范围

230-473

16-458

140-630

944-9593

均值

355

193

338

2887

9

范围

329-509

16-414

590-2000

236-4954

均值

410

202

1173

2101

10

范围

106-318

27-817

290-720

236-3774

均值

202

333

500

1348

11

范围

152-313

8-641

720-1100

157-786

均值

244

268

975

539

12

范围

155-403

222-613

150-290

236-3145

均值

296

370

210

1123

平均值

404

323

474

1224

   
  通过表2-2和图2-2可见,苏州市空气中霉菌总数的监测值最低,变化幅度为8cfu/m3至1280cfu/m3之间。其次是徐州市和常州市,空气中霉菌总数的监测值变化幅度为分别为106cfu/m3至1272cfu/m3之间和47cfu/m3至2000cfu/m3之间,变幅相对较小。而南京市空气中霉菌总数的监测值变化幅度分别为15cfu/m3至9593cfu/m3之间,变幅都很大,最大值甚至是最小值的近640倍。从空气中霉菌总数全年平均值看,南京市>常州市>徐州市>苏州市;从空气中霉菌总数最大值出现月份看,徐州市为5月,苏州市为7月,常州市为9月,南京市为8月;从空气中霉菌总数最小值出现月份看,徐州市为10月,苏州市为4月,常州市为4月,南京市为2月;通过分析可以基本认定,江苏省北部(徐州市)春季空气中霉菌总数最多,污染最重。而江苏省中、南部(南京市、常州市和苏州市)夏、秋季空气中霉菌总数最多,污染最重。


  3 评价指标的比较与选择


  环境的改变不但会影响生物总量的消涨,也会改变生物的群落结构。为此,我们对中科院生态研究中心推荐的大气微生物评价分级标准和生物多样性指标进行了应用分析,得出了可行性结论。
  3.1 大气微生物评价分级标准的应用可行性分析
  评价标准值为中科院生态研究中心发布的大气微生物评价分级标准,这类评价标准值也是我省目前正在应用的指标。见表3—1。
  表3—1  大气微生物评价分级标准(中科院生态研究中心)  cfu/m3

级别

细菌

霉菌

耐渗透压霉菌

微生物总数

清洁

<1000

<500

<300

<3000

较清洁

1000-2500

500-750

300-500

3000-5000

轻微污染

2500-5000

750-1000

500-1000

5000-10000

污染

5000-10000

1000-2500

1000-2000

10000-15000

中污染

10000-20000

2500-6000

2000-5000

15000-30000

严重污染

20000-45000

6000-20000

5000-15000

30000-60000

极严重污染

>45000

>20000

>15000

>60000

  通过表2-1、图2-1、表2-2和图2-2可见,江苏省空气中细菌总数和霉菌总数监测值的变化范围大概分别在11 cfu/m3至12000 cfu/m3之间和8 cfu/m3至9593 cfu/m3之间,依据表3—1所列指标进行评价,空气中细菌总数和霉菌总数处于“清洁”和“中污染”之间及“清洁”和“严重污染”之间。评价结果的含盖范围基本可行。


  3.2 生物多样性指标的应用及两种指标的对比分析
  众所周知,环境变化必然会导致生物的群落结构改变,作为响应,反过来生物的群落结构又可以成为环境变化的指示指标,通过生物群落的丰富度和均匀度可以判别环境的优劣,因此,我们在这里引用生物多样性指标,即Shannon-Wiener多样性指数(H′)与大气微生物评价分级标准进行对比分析来评价环境状况。
  为了使两种指标有对等关系,现将多样性指数也分为七个级差,环境优劣程度评价分级标准及与污染程度对应关系,见表3—2。
  表3—2   Shannon-Wiener指数环境优劣程度分级标准

Shannon-Wiener指数(H'

0.5H'

0.51

1H'1.5

1.52

2H'2.5

2.5H'3

Η'>3

环境优劣程度

(污染程度)

极差

很差

一般

优良

极严重污染

严重污染

中污染

污染

轻微污染

较清洁

清洁

  现以徐州市2007—2008年不同环境功能区空气中细菌和霉菌为例(参见表3—3和表3—4),用两种指标进行评价,其结果对比见表3—5。


  3.2.1徐州市不同环境功能区空气中细菌的组成变化
  徐州市环境监测中心站于2008年2月26日至2月28日和2008年5月13日至5月15日每天分四个时段分别对三个不同环境功能区进行同步采样监测,经分类、鉴定和统计,对三个不同环境功能区的细菌种类分别取平均值,结果见表3-3。
 
  3.2.2 徐州市不同环境功能区空气中霉菌的组成变化
  徐州市不同环境功能区空气中霉菌的组成变化徐州市环境监测中心站于2007年11月14日至11月15日、2008年2月27日至2月28日和2008年5月14日至5月15日每天分四个时段分别对三个不同环境功能区进行同步采样监测,经分类、鉴定和统计,对三个不同环境功能区的霉菌种类分别取平均值,结果见表3-4。
  表3-4  不同环境功能区同步采样霉菌组成统计表(cfu/m3)

采样

地点

黄曲霉

黑曲霉

棕曲霉

灰曲霉

米曲霉

扩展青霉

齿状栉霉

根霉属

毛霉属

笄霉属

镰刀霉属

头珠霉属

铜兽院

30

4

0

5

6

42

19

0

2

0

21

0

0

0

224

69

56

478

淮塔

16

1

2

7

1

25

8

0

29

8

9

3

0

16

174

117

53

469

环保所

21

6

0

0

4

53

17

1

56

0

13

3

1

7

200

54

32

468

平均值

22

4

1

4

4

40

15

0

29

3

14

2

0

8

199

80

47

472

  表3—5   两种指标的评价结果对比表

采样地点

铜兽院

淮塔

环保所

菌类

细菌

霉菌

细菌

霉菌

细菌

霉菌

总数(cfu/m3

444

478

231

469

359

468

分级标准评价结果

清洁

清洁

清洁

清洁

清洁

清洁

Shannon-Wiener指数(H'

2.20

2.46

2.60

2.71

2.58

2.70

多样性指数评价结果

优良

优良

优良

优良

轻微污染

轻微污染

较清洁

较清洁

较清洁

较清洁

  由表3—5可见,采用不同的指标,其评价结果是有差异的。用中科院生态研究中心发布的大气微生物评价分级标准进行评价,结果均为“清洁”。而经Shannon-Wiener多样性指数(H′)评价,结果为:铜兽院“良”或者“轻微污染”,淮塔和环保所“优良”或者“较清洁”。事实上,大气微生物评价分级标准是将微生物看作一种污染物,没有考虑到生物种群的均匀度,而多样性指数则是将微生物的多样性看作为环境的保护目标,既考虑到生物种群的丰富度,也考虑到均匀度,其灵敏度要明显高于大气微生物评价分级标准。
 

  4 空气微生物评价指标的研究结论与讨论


  (1)依据江苏省空气中细菌总数和霉菌总数监测值的变化范围,对照中科院生态研究中心推荐的大气微生物评价分级标准所列相关指标进行评价,空气中细菌总数和霉菌总数处于“清洁”和“中污染”之间及“清洁”和“严重污染”之间。评价结果的含盖范围基本可行。至于微生物总数这一指标,由于微生物的种类繁多,要监测所有种类是一件是乎不可能完成的工作,所以不可能在基层单位作为一种评价指标进行应用。
  (2)多样性指数则是将微生物的多样性看作为环境的保护目标,既考虑到生物种群的丰富度,也考虑到均匀度,其灵敏度要明显高于大气微生物评价分级标准。用多样性指数评价的主要难点是需要对微生物进行分类鉴定(主要是区别不同的种类,不一定要确定为哪一种),要有一定的技术支撑作保证。其中细菌鉴定的难度较大,而且细菌大多附着在大气颗粒物上,与大气颗粒物关系密切。但空气中的霉菌一般可以孢子形式存在,与大气颗粒物关系并不十分密切,通过在普通显微镜下观察有性或无性的孢子的形态结构特征便可完成分类鉴定,所以多样性指数评价对霉菌来说,具有特别重要的意义。
   


 

 
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