富营养化浅水湖泊大型底栖动物微囊藻毒素累积特征及其影响因子研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nbu_james
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湖泊富营养化及其导致的蓝藻水华是目前全世界范围内普遍面临的生态环境问题,而蓝藻水华的暴发又会衍生一系列的水环境问题,如产生次级代谢产物蓝藻毒素、臭气和浮渣等。相关研究表明,50%以上的蓝藻水华具有毒性,能够产生毒性较强的蓝藻毒素。在众多的蓝藻毒素中,以微囊藻毒素(MCs)最为常见且研究最多,而MCs的众多异构体中又以MC-LR、MC-RR和MC-YR三种最为常见。在蓝藻水华较为严重的水域,MCs的大量存在势必会对其中的水生生物产生严重的毒害作用,并可通过饮用水和食物链的传递作用危及人类健康。所以,本论文以太湖四种底栖动物优势种为研究对象,在研究底栖动物MCs源的基础上,分析了影响MCs源动态变化的环境因子,并进一步分析了底栖动物体内MCs累积特征、来源及与环境因子的关系。主要研究结论如下:  1.研究了太湖三个富营养湖湾浮游植物胞内及胞外微囊藻毒素的时空分布特征,并分析了其与水体理化因子的关系。同时,研究了第四大淡水湖——洪泽湖的胞内微囊藻毒素污染现状,对比分析了两个湖泊微囊藻毒素污染特征。结果表明,太湖三湾水体浮游植物胞内MCs浓度已处于较高水平,其中以梅梁湾为最高(17.68μg/L);三湾胞外MCs浓度亦达到较高水平,其中梅梁湾在5~8月以及10月、贡湖湾在6~9月和竺山湾在1月以及5~6月时,MC-LR浓度均超过中国对饮用水中MC-LR含量的规定(1μg/L),这对周边居民的饮用水安全产生了严重威胁。而洪泽湖内胞内MCs浓度仍处于较低水平(<3.53μg/L),对人类健康的威胁较小。然而,调查期间洪泽湖水体已处于富营养水平,未来亦应预防大面积蓝藻水华发生的可能。太湖三湾和洪泽湖内MCs浓度均表现出显著的时空分布特征,但在两个湖泊存在较大差异。太湖内MCs浓度与蓝藻分布特征相一致,而洪泽湖内MCs浓度与蓝藻生物量时空分布一致性较差。在洪泽湖,浮游动物物种微型裸腹蚤和广布中剑水蚤生物量与MC-RR和MC-YR浓度显著负相关。在众多的环境因子中,与胞内MCs浓度存在显著相关性的水体理化指标较多(如水温、不同营养盐等),且在不同湖泊中,不同的异构体与不同理化指标的关系可能存在较大差异;而胞外MCs浓度与胞内MCs浓度相关性不显著,且在不同湖湾中差异较大。  2.对太湖全湖四季(2、5、8和11月份)以及三个主要湖湾(竺山湾、梅梁湾和贡湖湾)全年沉积物中MCs含量进行了调查,并分析了主要MCs异构体MC-LR含量与环境因子的关系。结果表明,太湖全湖四季MCs总量(MC-LR、MC-RR和MC-YR含量之和)平均值为0.65μg/g,其中MC-LR为主要的MCs异构体,占比61%,全年平均值为0.33μg/g;MC-LR含量在全湖存在显著的时空分布差异,其中以梅梁湾为最高,贡湖湾为最低,在不同季度之间,MC-LR含量在夏季最高,春季最低。三湾中MCs仍以MC-LR为主,全年占比平均值为84%;不同湖湾MC-LR含量均在9月达到最高值,其他月份波动较小;三个湖湾中以竺山湾MC-LR含量为最高(0.25μg/g),贡湖湾和梅梁湾均较低。相关分析表明,太湖全湖四季MC-LR含量与溶解氧、TOC和中粉砂(16~32μm)含量极显著正相关;三湾数据分析表明,MC-LR含量与PO43--P、NO2--N、NH4+-N、TP、TN、DTOC、TOC、STN、STP(沉积物中总氮总磷含量)、Cr、Cu、Mn、Ni和Zn极显著正相关,与电导率、NO3--N、Fe和裸藻显著正相关;整体数据分析表明,MC-LR含量与NO2--N、NO3--N、TN、Cr、Cu、Fe、Ni和Zn极显著负相关,与TOC和甲藻密度极显著正相关。在众多的环境因子中,NO2--N浓度对太湖沉积物中MC-LR含量变化的影响最大,其次为TOC、PO43--P和Fe。分析发现,太湖沉积物中MCs污染存在加重趋势,特别是梅梁湾,这就导致疏浚后高MCs含量淤泥的不当处理可能会对周围环境产生较为严重的二次污染。此外,东太湖中沉积物MCs含量已处于较高水平,在今后应加强对此区域的研究和监控。  3.霍甫水丝蚓作为世界性分布种,在湖泊生态系统中具有至关重要的作用,但关于霍甫水丝蚓对MCs累积的研究却相对匮乏。有鉴于此,对太湖霍甫水丝蚓体内的MCs累积特征进行了为期一年的调查,其中还包括对其周围环境MCs含量的相应调查。结果表明,在温度较高月份,霍甫水丝蚓体内的MCs含量最高可达11.99μg/g,MC-LR、MC-RR和MC-YR的含量分别为1.76、2.51和7.73μg/g。其体内的MCs含量在10月份开始下降,并在5月份开始上升。在7月到10月之间,MC-YR的含量要高于其他两种异构体的含量。相关分析发现,霍甫水丝蚓体内的MCs含量与pH、水温、电导率、Chl-a、NO2--N和微囊藻生物量成显著正相关关系,而与溶解氧、NO3--N、TN、DTIC和硅藻生物量成显著负相关关系。此外,相对水体中胞外MCs和沉积物中的MCs含量,霍甫水丝蚓体内MCs含量与浮游植物胞内MCs含量的相关性更高。以上结果表明,在蓝藻水华暴发期间,霍甫水丝蚓体内可以累积大量的MCs,这使得其在被鱼类等生物捕食之后,可能会将MCs沿食物链传递给人类,并威胁人类的健康。  4.摇蚊幼虫是鱼类等生物的优良饵料,是富营养湖泊水生昆虫的主要优势种,而中国长足摇蚊是现阶段太湖底栖动物的主要优势种之一。本研究调查了中国长足摇蚊及其周围环境沉积物、浮游植物胞内和胞外MCs含量的长时间变化特征,并分析了MCs含量与其他环境因子的相互关系。结果表明,与霍甫水丝蚓相似,中国长足摇蚊体MCs含量在高温月份达到最高值,但在8月份时MCs含量低于检测限。三种MCs来源,仅有浮游植物胞内MCs与摇蚊体内的MCs含量显著正相关。经逐步回归分析发现,尽管摇蚊体内MCs含量与水体中众多的理化指标显著相关性,但仅有蓝藻生物量对其解释率最高,其次为胞外MC-LR浓度。以上结果表明,摄取产毒蓝藻是太湖中国长足摇蚊累积MCs的主要方式,而其体内高含量的MCs在通过食物链的传递之后,亦可能会对人类的健康产生较大威胁。  5.河蚬以及铜锈环棱螺均是太湖底栖动物的主要优势种,同时,也是备受附近居民喜爱的水产品。所以,本研究对两种底栖动物不同器官中MCs的累积特征及影响因子进行了研究,其中河蚬主要分为足、内脏团和其他三部分,而铜锈环棱螺分为足、肝胰腺、消化道、性腺和其他五部分。研究结果表明,河蚬内脏团内MCs含量最高(2.21μg/g),其次为其他部分(2.02μg/g),足内最低(1.83μg/g),足、内脏团和其他部分中MCs含量分别在4月、6月和1月达到最大值,不同器官中MCs异构体均以MC-RR为主,这说明河蚬对MC-LR具有较高的清除效率。铜锈环棱螺不同器官内MCs含量以肝胰腺内为最高(6.71μg/g),其次为消化道、性腺和其他部分,MCs含量分别为1.7、1.32和1.25μg/g,足内最低(0.99μg/g);其中,足、消化道、性腺以及其他部分中MCs异构体均以MC-RR为主,仅有肝胰腺内以MC-LR为主,这说明其肝胰腺对MC-LR的清除能力较弱;肝胰腺和性腺内MCs含量均在11月份达到最大值,而足内MCs含量变化较小。数据分析发现,河蚬不同器官内MCs含量主要与浮游植物胞内MCs存在显著相关关系,且基本表现为负相关;而铜锈环棱螺肝胰腺、消化道、性腺以及其他部分内MCs含量主要与胞外MCs浓度显著相关,亦表现为负相关关系。河蚬不同器官内MCs含量还与水温、透明度、pH、水体中不同形态氮和碳、TSI、沉积物中重金属和TP以及蓝藻密度有关;而铜锈环棱螺不同器官内MCs含量还与水温、溶解氧、电导率、水体中不同形态氮和碳、TSI、沉积物重金属含量以及蓝藻等浮游植物密度有关。综上所述,太湖河蚬与铜锈环棱螺体内MC-LReq含量(根据毒性强度,将另两种MCs异构体转化为MC-LR后,三者总和)均已达较高水平,对周围居民的健康已构成较大威胁。
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