生物膜从环境化学角度定义为，广泛存在于水环境基质表面，由金属氧化物（铁、锰和铝氧化物等）、有机质和少量矿物质等组成的附着物 [1]。它们的形成与水环境化学构成是分不开的。它不是一个单一的、无定形的集合体，而是一个复杂的、具有一定功能的，并由微生物、有机物和无机物组成的生物集合体[2]；在自然水体中，生物膜是一个开放的动力学系统，生物膜的形成及其组分处于动态的变化中—水环境中的各种成分在生物膜上发生着合成、聚结、转化、降解等作用. 影响生物膜形成和生长的因素有很多，主要包括水的流速、基质的类型、水中微生物的种类和数量，水中有机和无机化学组成、水体的地球化学环境以及光照、水温等。自然水体生物膜的性质主要体现在生物膜对污染物具有较高活性的、丰富的吸附面积[7]，尤其体现在自然水体生物膜对痕量重金属、有机物的吸附作用上。吸附作用在应用生物技术去除水环境中的重金属、有机物等方面具有重要的指导作用。除了作为研究水环境中重金属和有机污染物的形态、迁移转化规律[18, 26, 27, 28, 29]的媒介外，自然水体生物膜还体现在对污染物的富集作用[7, 13, 30, 31, 32] 、指示作用[32]以及生物膜的负作用—如洁净水系统、船体水下部分设备上微生物导致的腐蚀等[2, 33, 34, 35]。生物膜对于抗生素、生物杀虫剂及杀菌剂表现了明显的抗性作用[36]。生物膜上有机质是影响生物膜吸附特性的重要因素之一。因此，确定生物膜上有机质的合理表征方法是研究自然水体生物膜的基础和重要组成部分。本论文以玻载生物膜培养装置在南湖、新立城水库、伊通河河道、伊通河鱼塘、净月潭五个自然水体中培养的生物膜为研究对象，分别用TOC、COD两种方法对其有机质进行表征。具体研究内容有：⑴同一水体不同培养时间（每隔5d）自然水体生物膜上COD与TOC相关性的研究；⑵同一水体不同水深（每隔 0.5m）培养的自然水体生物膜上COD与TOC相关性的研究；⑶同一水体不同季节（5月－10<WP=52>月）培养的自然水体生物膜上COD与TOC相关性的研究；⑷不同水体同一季节（8月25－30日）培养的自然水体生物膜上COD与TOC相关性的研究。实验按照美国标准方法#5220测定膜上有机质COD的含量[6]，用岛津TOC—VCPH型总有机碳测定仪（配置SSM—5000型固体燃烧装置）测定生物膜上有机质TOC的含量。由[COD]/[TOC]=32/12≈2.67这一理论值的推导可知，理论上COD与TOC是呈一定的线性关系的。通过对实验得到的COD和TOC数据，运用相关性分析和假设检验的方法，研究了自然水体生物膜上COD与TOC的关系。研究结果表明：随着同一水体中时间、深度、季节的变化以及不同水体的变化，COD与TOC均呈现显著的相关性（r≥0.99，p=0.01），并运用最小二乘法得到了单位面积载玻片上COD与TOC随时间变化、深度、季节、水体变化的相关性回归方程。利用t检验法对各个回归方程进行线性假设显著性检验，得知：COD与TOC互为函数关系。此外，本论文还利用两个回归方程检验比较的方法得到了同一水体单位面积载玻片上的COD与TOC的回归方程无显著性差异，从而得到一个统一的回归方程COD =2.7462TOC+222.70；而对于不同水体，各个水体的水质条件各不相同，其成分（包括无机还原性物质和芳香化合物）、水温、光照、水的流速等影响生物膜形成和生长的因素有所差异，因而由不同水体得到的回归方程不能与南湖水体的回归方程形成统一。运用同一水体的统一回归方程可以通过测定TOC值来预测COD值，即可以用仪器分析方法代替化学分析方法，提高工作效率，实现测定自动化。同样，运用回归方程我们也可以用COD值计算出TOC值，这进一步证明了以往对自然水体生物膜的研究中，用COD来表征生物膜上有机质是可行的。此外，本文在理论上从COD和TOC定义的角度，也证明了COD与TOC具有显著的线性相关性，得到了理论上的线性回归方程，即COD=2.67TOC-CODC+CODD（其中，[CODC]表示不能被K2Cr2O7氧化的芳香族化合物所反映的[TOCC]折算成的COD值， [CODD]表示生物膜上除C以外的其它消耗的物质所反映的[COD]值）。<WP=53>同时也说明了截距a存在的物理意义，即生物膜上除C以外的其它消耗K2Cr2O7的还原性物质所反映的COD值与K2Cr2O7与不能氧化的芳香族化合物按理论折算所反映的COD的值之差。