太湖貢湖灣水源地微囊藻毒素和含硫衍生污染物研究.pdf

1、富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重的太湖貢湖灣水源地，面臨有毒藍(lán)藻的代謝產(chǎn)物微囊藻毒素和藍(lán)藻腐爛分解或次生代謝含硫衍生物的污染威脅。微囊藻毒素是肝癌和腸癌的促發(fā)劑，通過(guò)生物累積或食物鏈從肝癌、腸癌高發(fā)到生育畸形等多方面對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。藍(lán)藻腐爛分解含硫衍生污染物引起水源地水質(zhì)惡化，使感官水質(zhì)下降。為保障水源地供水安全，論文依托國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“水源地取水口藍(lán)藻水華削減與水質(zhì)改善技術(shù)研究及示范”專題“水源地取水口藍(lán)藻毒素以及衍生污染物監(jiān)測(cè)”，以太湖貢

2、湖灣水源地及其藍(lán)藻應(yīng)急消減工程示范區(qū)為研究區(qū)域，基于衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行太湖藍(lán)藻水華的暴發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；基于酶聯(lián)免疫吸附測(cè)試技術(shù)建立快速、簡(jiǎn)潔的微囊藻毒素檢測(cè)方法,監(jiān)測(cè)藍(lán)藻應(yīng)急消減工程示范區(qū)實(shí)施物理、生物控藻措施后，圍格內(nèi)、外水柱中微囊藻毒素的差異，為水源地水華藍(lán)藻應(yīng)急消減提供理論基礎(chǔ)；基于青海弧菌Q67建立水源地水質(zhì)急性毒性快速診斷方法，為水源地微囊藻毒素快速、應(yīng)急監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持；建立抽提-固相萃取預(yù)濃縮-高效液相色譜檢測(cè)方法測(cè)試水源地

3、生態(tài)系統(tǒng)各環(huán)境介質(zhì)中累積的微囊藻毒素；以藍(lán)藻粗提液研究微囊藻毒素對(duì)水稻種子萌發(fā)和梨形環(huán)棱螺的生物毒性；通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬藍(lán)藻腐爛分解過(guò)程，建立SPME-GC/MS方法定性檢測(cè)藍(lán)藻腐爛分解產(chǎn)生的異味物質(zhì)，定量研究藍(lán)藻腐爛分解的含硫衍生污染物釋放規(guī)律。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)應(yīng)用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)太湖貢湖灣歷年的藍(lán)藻水華暴發(fā)動(dòng)態(tài)，監(jiān)測(cè)到2005年以來(lái)，以前很少發(fā)生藍(lán)藻水華的貢湖灣，每年開始有大面積藍(lán)藻水華覆蓋，2007年以后

4、發(fā)生水華的頻率明顯增加。2009年7、8月在貢湖灣發(fā)生大面積藍(lán)藻水華。從太湖貢湖灣的歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1987年～2003年太湖貢湖灣水質(zhì)指標(biāo)平穩(wěn)波動(dòng)(TP最高0.1mg·L-1)，NH3-N緩慢上升。2005年貢湖水質(zhì)迅速惡化，NH3-N最高達(dá)1.42mg·L-1，TP最高達(dá)0.25mg·L-1，ChI-a最高達(dá)47.6t.tg·L-1。2009年在研究區(qū)域內(nèi)測(cè)得TP最高達(dá)0.269mg·L-1，水華暴發(fā)時(shí)Chl-a最高達(dá)703.04

5、μg·L-1。
　　 (2)2009年3月至2010年2月水源地水柱中溶解態(tài)微囊藻毒素濃度范圍為ND～0.554)ug·L-1。圍格外各樣點(diǎn)水柱中溶解態(tài)MCs3、4月，7、8月和12月濃度較高。圍格外各樣點(diǎn)水柱中總MCs自水華暴發(fā)后明顯增加，10月出現(xiàn)下降趨勢(shì)。空白對(duì)照圍格5水樣中溶解態(tài)MCs低于其它圍格，可能是由于生物控藻措施的生態(tài)脅迫效應(yīng)和浮水植物的聚藻效應(yīng)增加了圍格內(nèi)溶解態(tài)微囊藻毒素的釋放。圍格內(nèi)各樣點(diǎn)水柱中總MCs在藍(lán)藻

6、水華暴發(fā)后明顯增加。除圍格1總MCs低于空白對(duì)照圍格5外，圍格2、3、4總MCs均高于空白對(duì)照圍格5。由此推斷圍格1采取的鰱鳙魚控藻效果優(yōu)于其它生物控藻工程措施。
　　 (3)圍格內(nèi)溶解態(tài)MCs由于生態(tài)脅迫效應(yīng)高于同時(shí)期圍格外水柱中溶解態(tài)MCs，水動(dòng)力條件較好的圍格外采樣點(diǎn)9和10溶解態(tài)MCs含量較低，但受外源MCs污染的風(fēng)險(xiǎn)也較大。水柱中總MCs除圍格1外，圍格內(nèi)總MCs平均濃度高于圍格外水柱中總MCs，圍格和浮水植物減弱了水

7、動(dòng)力條件，營(yíng)造了藍(lán)藻水華原地暴發(fā)的環(huán)境條件，因此利用圍格等物理控藻工程阻擋外源水華藍(lán)藻污染是可行的，但不適用于消減局部水域藍(lán)藻。浮水植物在工程示范區(qū)內(nèi)控藻效果較差，容易促使微囊藻聚集，并有可能因?yàn)樯鷳B(tài)脅迫效應(yīng)加劇溶解態(tài)MCs污染。
　　 (4)基于淡水發(fā)光菌青?；【鶴67建立了水源地水質(zhì)的急性毒性快速診斷方法。確定了pH值5.0～9.0、起始菌密度10萬(wàn)～20萬(wàn)和測(cè)試時(shí)間20～30min為青?；【鶴67急性毒性測(cè)試體系的最佳測(cè)試

8、條件。微囊藻毒素MC-LR單一污染物發(fā)光細(xì)菌Q67半數(shù)發(fā)光抑制濃度(EC50)為1.96mg·L-1。
　　 (5)將青海弧菌用于檢測(cè)微囊藻毒素的毒性時(shí)，Q67急性毒性效應(yīng)不同于對(duì)重金屬、有機(jī)污染等毒性物質(zhì)的毒性效應(yīng)，測(cè)試微囊藻毒素導(dǎo)致的微毒水體時(shí)，毒性效應(yīng)不僅表現(xiàn)為輕微抑制發(fā)光，更多情況下表現(xiàn)為刺激發(fā)光。太湖貢湖灣水源地藍(lán)藻應(yīng)急消減工程區(qū)圍格內(nèi)各樣點(diǎn)水質(zhì)Q67急性毒性測(cè)試結(jié)果變化比較一致，3、4月水質(zhì)急性毒性效應(yīng)為刺激發(fā)光，6

9、、7、8月為輕微抑制發(fā)光，9、10月為強(qiáng)刺激發(fā)光。不同時(shí)段各樣點(diǎn)水柱溶解態(tài)MCs的平均濃度和Q67樣點(diǎn)平均急性毒性效應(yīng)之間相關(guān)性較明顯，相關(guān)系數(shù)為0.643?？紤]到微囊藻毒素對(duì)青海弧菌Q67急性毒性效應(yīng)的獨(dú)特性，水樣Q67急性毒性相對(duì)發(fā)光率低于80％或刺激發(fā)光相對(duì)發(fā)光率高于120％，可作為水質(zhì)急性毒性綜合評(píng)價(jià)無(wú)毒趨向微毒的參考指標(biāo)。
　　 (6)2009年貢湖灣藍(lán)藻水華以惠氏微囊藻為主，藻漿產(chǎn)毒能力9月初的藻類最大（174.27

10、μg MC-LR·g-1 DW、162.69μg MC-RR·g-1 DW）。富集在野生茭白、四角野菱和紅菱三種植物各器官內(nèi)的微囊藻毒素以茭白葉內(nèi)富集量最高(10.44μg MCs·g-1DW)，四角野菱幼果中微囊藻毒素的富集量為1.97ug MC-LR·g-1DW、0.69μg MC-RR·g-1 DW，高于四角野菱根的生物富集量。梨形環(huán)棱螺體內(nèi)富集的MCs含量與2005年在太湖梅梁灣和2006年在巢湖螺類測(cè)得的富集量相當(dāng)（環(huán)棱螺（整

11、體動(dòng)物）的MCs最大值為4.66.ug·g-1DW)。野生白鰱腸和肝臟中MC-LR的最大富集量分別為7.22 ug·g-1 DW和7.63μg·g-1 DW，MC-RR的最大富集量分別為5.51 ug·g-1DW、3.75μg·g1DW。白鰱魚肉中MCs的富集量(3.69ug·g-1 DW)與2006年在太湖梅梁灣采集的白鰱（1.65μg·g-1 DW）相比稍有增加。太湖貢湖灣水源地采集的底泥樣品中測(cè)得MCs最大值為1.18μgMC-L

12、R·g-1 DW和0.72μg MC-RR·g-1DW。4組樣品共測(cè)試12個(gè)樣品，只有1個(gè)樣品中未檢出MC-LR。
　　 (7)不同濃度梯度的微囊藻毒素對(duì)水稻種子萌發(fā)的生理學(xué)指標(biāo)如吸水率、發(fā)芽率、根系活力TTC、葉綠素含量以及葉綠素a與葉綠素b的比值等均表現(xiàn)出高濃度微囊藻毒素的抑制效應(yīng)較強(qiáng)。梨形環(huán)棱螺對(duì)微囊藻毒素的蓄積作用明顯，蓄積系數(shù)為1.86。梨形環(huán)棱螺的MC-LR半致死劑量約為15.49～28.79ug·L-1。外推向人群

13、時(shí)，人類的MC-LR安全限量參考濃度為0.025ug MC-LR eq·kg-1 BW(0.015～0.029μg MC-LR eq·kg-1BW)。
　　 (8)藍(lán)藻腐爛分解時(shí)微囊藻毒素的最大釋放量出現(xiàn)在第3或第4天，最大釋放量MC-LR和MC-RR分別是本底值的60倍和64倍，最大濃度分別為8.32 ug MC-LR.L-1、14.04μg MC-RR.L-1，換算成藍(lán)藻的產(chǎn)毒能力分別為2.46 ug MC-LR·g-1 F

14、W和4.31μgMC-RR·g-1FW。
　　 (9)建立了固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(SPME-GC/MS)檢測(cè)含硫衍生污染物的方法。在水源地水樣、藍(lán)藻腐爛水樣和腐爛藻樣中以SCAN掃描方式均檢測(cè)出β-環(huán)檸檬醛、吲哚、苯酚、甲基苯酚和硫醇硫醚類等藍(lán)藻代謝產(chǎn)物或次生代謝產(chǎn)物。藍(lán)藻腐爛產(chǎn)物異味物質(zhì)的組份分析證實(shí)2007年5月底貢湖灣的污水團(tuán)是大量藍(lán)藻堆積腐爛所致。
　　 (10)藍(lán)藻腐爛水樣中二甲基三硫的最大釋放量出現(xiàn)在第7

15、天或第8天，最大釋放量達(dá)本底值的383倍。腐爛藻樣釋放的二甲基三硫10天內(nèi)分別在第3天和第9天出現(xiàn)峰值；腐爛水樣中二甲基二硫的釋放過(guò)程平緩，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；藍(lán)藻腐爛水樣二甲基硫在第8天或第9天出現(xiàn)最大釋放量，其釋放過(guò)程緩慢，釋放量波動(dòng)范圍較大。
　　 基于上述研究結(jié)果，太湖貢湖灣水源地正經(jīng)受著水華藍(lán)藻代謝產(chǎn)物和含硫衍生物的污染威脅，建立完善的藍(lán)藻水華預(yù)警體系和采取有效的藍(lán)藻消減工程措施是水源地取水安全的重要保障。由于青?；【鷳?yīng)用在