太湖水中微囊藻毒素的测定及其分布特征

为了调查太湖水体中微囊藻毒素的污染程度,运用固相萃取-高效液相色谱技术测定了微囊藻毒素(MC-RR,MC-LR)的含量水平。该方法线性范围0.2～5 mg/L,相关系数大于0.99,2种藻毒素的最低检测限分别为0.05μg/L(MC-RR)和0.048μg/L(MC-LR)。结果表明,夏季太湖水体中MCs总体含量高于冬季;微囊藻毒素MC-LR的含量大于MC-RR。总体上看来,太湖北部(梅梁湾)水域中藻毒素的污染比其它区域水体严重。     

基于Monte Carlo模拟法对水源水体中微囊藻毒素的健康风险评估

调查水源水体中微囊藻毒素MCs(MC-RR、MC-LR和MC-YR)的污染情况,结合调查情况应用蒙特卡洛法(Monte Carlo)模拟量化人群通过饮水途径摄入微囊藻毒素的风险.在珠江西航道沿线设置5个采样点,在2016年1~6月期间共采集90份水样,根据国标(GB/T 20466-2006)推荐的HPLC方法检测水体中的微囊藻毒素,运用专业风险评估软件@Risk7.0,构建非参数概率评估模型,对通过饮水途径摄入微囊藻毒素(暴露)风险进行概率评估.对随机采集90份水源水体中微囊藻毒素MCs质量浓度检测值进行分布拟合,并运用Chi-Squared、Anderson-Darling、Kolmogorov-Smirnov这3种统计方法进行拟合度检验,根据3种评估拟合结果,确定最佳拟合分布模型.结果表明,在检测的90个水样品中,MC-RR的检出率最高,达到51.11%,质量浓度范围为0.001 7~0.386 3μg·L~(-1);其次为MC-LR和MC-YR,检出率分别是47.78%和21.11%,质量浓度范围分别是0.028 5~0.279 6μg·L~(-1)和0.003 0~0.136 2μg·L~(-1),水源水体中3种微囊藻毒素以MC-RR为主,最大检出质量浓度为0.386 3μg·L~(-1),MC-YR的含量最低.采用软件@Risk7.0分布拟合结果显示,MC-LR质量浓度最适的拟合分布为Ext Value Min模型(0.113 91,0.098 462),MC-RR质量浓度最适的拟合分布为Logistic(0.058 064,0.053 044).健康风险评估表明,MC-LR对人体健康危害的风险高于MC-RR的风险,儿童比成人更易于受到MCs污染的威胁.MC-LR对儿童健康危害的致癌年风险数值大于美国环保署(USEPA)推荐的最大可接受风险水平1×10-4;MC-LR对成人的致癌暴露年风险数值大于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平5×10-5,表明水源水体中的MCs对人体健康存在潜在的危害,有必要加强饮用水源水体的保护与监控,为有效控制水源地水质污染和更好地保障人民健康奠定基础.     

鞘氨醇单胞菌USTB-05对微囊藻毒素的生物降解

研究了云南滇池水华蓝藻细胞中微囊藻毒素(MCs)的分析和鞘氨醇单胞菌USTB-05在细胞水平和酶水平下对MC-YR、RR和LR的生物降解.结果表明,云南滇池水华蓝藻细胞中MC-YR、RR和LR的含量分别为0.16, 0.96, 0.47mg/g.在初始浓度分别为19.5mg/L MC-YR、79.5mg/L MC-RR和43.6mg/L MC-LR下,鞘氨醇单胞菌USTB-05在2d内可将上述3种MCs全部降解,鞘氨醇单胞菌USTB-05粗酶液可以以更快的速率对MC-YR、MC-RR和MC-LR进行高效酶催化降解,在10h内可以将初始浓度分别为14.8mg/L MC-YR、28.4mg/L MC-RR和19.5mg/L MC-LR全部降解.同时发现了MC-YR降解过程中的2个中间和1个最终代谢产物.     

农田土壤中微囊藻毒素污染特征及风险评价

蓝藻水华释放的微囊藻毒素(MCs)通过灌溉、堆肥沤田等途径进入农田土壤造成污染.采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱方法(HPLC-MS/MS)研究了滇池周边35个代表性农田土壤样品中3种典型微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)的含量、分布特征及风险水平.结果表明,MCs检出率为85.7%,总含量为n.d.~7.8μg/kg,平均含量为1.6 μg/kg,其中MC-RR检出率(82.9%)和含量(n.d.~5.3μg/kg)最高. 3种MCs的健康风险和生态风险均在可接受范围内,健康风险以MC-YR最大,生态风险以MC-LR最大.儿童以口腔暴露MCs为主,成人以皮肤暴露MCs为主,儿童暴露MCs的健康风险高于成人.     

湖州市饮用水源地藻毒素污染特征调查研究

微囊藻毒素(MCs)具有强烈的机体肝毒性和促癌作用,直接威胁饮用水安全。文章监测了2015年9月-2016年9月湖州市主要饮用水源地(城西水厂、城北水厂、老虎潭水库)水体中MCs含量以及水体主要理化指标的变化,包括pH、水温(WT)、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl-a),根据监测数据评价各水源地的富营养状态,阐明MCs污染特征及其与水体理化指标的相关性。结果表明:老虎潭水库综合营养指数常年处于中营养状态,城西水厂、城北水厂都处于轻度富营养状态。3处饮用水源地水体中MCs平均含量为(0.063±0.002)μg/L,低于WHO推荐的饮用水藻毒素标准(1.0μg/L),处于安全范围。水体ρ(MCs)与ρ(TP)呈显著正相关(P0.05),与WT、ρ(TN)呈负相关,与ρ(TN/TP)、pH、ρ(NH_4~+-N)、ρ(Chl-a)、ρ(高锰酸盐指数)相关性不显著。     

洋河水库微囊藻毒素及产毒株种群丰度的时空分布特征

在洋河水库设置6个采样点,于2015年5—10月采集水样,利用高效液相色谱测定了微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)的浓度,并采用基于mcy A和mcy B基因的荧光定量PCR技术检测产毒蓝藻与产毒微囊藻种群.同时,分析了水体中微囊藻毒素浓度和组成的时空分布特征,以及产毒蓝藻与产毒微囊藻丰度的动态变化.结果表明,洋河水库微囊藻毒素(Microcystins,MCs)浓度范围为0.24~10.99μg·L~(-1);水体中产毒蓝藻占总蓝藻种群丰度的7%~55%,产毒微囊藻占总微囊藻种群丰度的8%~59%,是主要的产毒蓝藻;微囊藻毒素浓度与产毒株种群丰度时空分布特征一致,季节变化规律为夏季秋季春季,空间分布表现为西洋河口附近区域高于东洋河口附近区域;而微囊藻毒素组成无显著时空差异,均以MC-RR和MC-LR 2种亚型为主.Pearson相关分析显示,产毒微囊藻种群丰度及其比例是影响微囊藻毒素浓度变化的主要因素,且其与总磷和叶绿素a浓度呈显著正相关(p0.01).     

太湖微囊藻毒素的时空分布特征

微囊藻毒素对水体危害严重,为了探究太湖中微囊藻毒素的变化规律及其主要环境影响因子,对太湖34个采样点进行了为期1 a(2011年11月—2012年10月)的监测与采样,分析了水体中ρ(MCs)(MCs为微囊藻毒素)〔包括ρ(TMC)(TMC为总藻毒素)、ρ(EMC)(EMC为胞外藻毒素)和ρ(IMC)(IMC为胞内藻毒素)〕,以及ρ(Chla)、蓝藻生物量、ρ(TN)、ρ(TP)、N/P〔ρ(TN)/ρ(TP)〕、pH、温度、透明度、电导率、ρ(DO)等水环境因子的变化特征,讨论了ρ(MCs)与各水环境因子之间的相关性. 结果表明:ρ(MCs)在太湖中呈现一定的规律性,在7—8月蓝藻爆发期,ρ(MCs)低于0.10 μg/L,之后逐渐升高,9月达到最高值(0.28 μg/L). 受地理位置和沉积环境等影响,太湖西北区MCs污染最严重,ρ(MCs)最大值为0.30 μg/L. 相关性分析结果表明,ρ(MCs)与ρ(Chla)、ρ(TN)、ρ(TP)、N/P显著相关,其中,ρ(MCs)与ρ(Chla)呈极显著正相关(P<0.01);ρ(IMC)和ρ(TMC)均与蓝藻生物量呈显著正相关(P<0.05),而ρ(EMC)与蓝藻生物量相关性不显著;ρ(IMC)和ρ(TMC)均与ρ(TN)呈极显著负相关(P<0.01),而ρ(EMC)与ρ(TN)呈显著负相关(P<0.05);ρ(MCs)与ρ(TP)呈显著正相关,而与N/P呈显著负相关(P<0.05).      

微囊藻毒素的提取纯化及制备方法研究

蓝藻水华污染所带来的主要危害是由毒蓝藻向水体中释放多种不同类型的微囊藻毒素(Microcystis,MCs),其中微囊藻毒素MC-LR和MC-RR是我国富营养化水体中最主要的2种藻毒素.为解决对MCs进行深入研究中的MCs纯品缺少问题,迫切需要研究1种有效提取.纯化、制备MCs的方法.以天然水华蓝藻为原料,建立了以甲醇溶液提取、固相萃取和半制备色谱分离为主要步骤的微囊藻毒素提取、纯化和制备的方法.通过优化提取、分离和制备条件,制备了一定量的微囊藻毒素MC-LR和MC-RR高纯度样品.样品经HPLC鉴定分析,纯度可达98%以上.干燥后可得2种微囊藻毒素纯品分别为MC-RR121.1μg,MC-LR62.8μg.     

三峡水库支流大宁河冬、春季水华调查研究

以三峡水库主要支流--大宁河冬、春季2次不同类型水华的调查数据为依据,分析并比较了不同水华期间水质的变化、营养盐的构成及水华的特征.结果表明,大宁河冬季水华以唐家湾为中心,叶绿素a(Chl-a)含量较高[(Chl-a)_(max)/(Chl-a)_(min)=260];随着藻类的生长总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数出现富集而含量升高,溶解氧(DO)和pH却出现低值;水华高峰期水体藻类较少,共发现2门4种,水华优势种为铜绿微囊藻和水华微囊藻,藻密度高达3.15×10~7个/L,相关加权综合营养状态指数为80,属于重度富营养化水体.而春季水华属于自回水段以下整体性暴发,Chl-a含量也较高[(Chl-a)_(max)/(Chl-a)_(min)=140];TN、TP和高锰酸盐指数均是随着水华的发生逐渐升高;水华高峰期藻类种群丰富,共发现5门44种,各断面水华优势种和藻密度均不同,相关加权综合营养状态指数显示东坪坝和白水河为轻度富营养化水体.相关性分析表明,冬季水华期间Chl-a与TN、TP、高锰酸盐指数、水温呈显著正相关,与DO、透明度(SD)呈显著负相关;春季水华Chl-a与TP、高锰酸盐指数、DO、pH呈显著正相关,与SD呈显著负相关.冬季水华pH与SD呈显著正相关,与TN、TP、高锰酸盐指数呈显著负相关;而春季水华pH与Chl-a、TP、高锰酸盐指数、DO、气温呈显著正相关,与SD呈显著负相关.     

鄱阳湖微囊藻毒素时空分布格局及其与理化和生物因子的关系

本文分别于2012年4月(春季)、8月(夏季)、10月(秋季)和2013年1月(冬季)在鄱阳湖进行了4次野外调查和样品采集,采用超高效液相色谱-串联质谱仪(UPLC-MS/MS)对鄱阳湖水柱中常见的3种微囊藻毒素(MC-RR、MC-YR和MCLR)的质量浓度进行定量分析,探寻了微囊藻毒素(microcystins,MCs)质量浓度的时空变化规律及其与湖泊环境理化因子和生物因子之间的关系.结果表明,MC-RR是鄱阳湖MCs的主要毒素种类.胞内微囊藻毒素(intracellular MCs,IMCs)与微囊藻生物量(r=0.47,P0.01)、颤藻生物量(r=0.68,P0.01)、蓝藻生物量(r=0.56,P0.01)、Chl-a(r=0.28,P0.01)之间均具有显著的正相关关系,但与鱼腥藻生物量之间没有明显的相关关系(P0.05),这说明微囊藻和颤藻是鄱阳湖微囊藻毒素的主要产毒藻类.IMCs与水温(r=0.51,P0.01)、透明度(r=0.69,P0.01)、Fe(r=0.43,P0.01)和Zn(r=0.43,P0.01)之间均呈现显著的正相关关系,与TN(r=-0.44,P0.01)、TP(r=-0.29,P0.01)、NO-2-N(r=-0.28,P0.05)、NH+4-N(r=-0.33,P0.05)、Ca(r=-0.34,P0.01)和Mg(r=-0.35,P0.05)均呈现显著的负相关关系,但与pH、PO3-4-P、NO-3-N、电导率、高锰酸盐指数、Cu离子之间的相关关系不显著(P0.05),这说明光照强度(透明度反映)、氮、磷、水温是控制鄱阳湖微囊藻毒素产生的重要因子,金属离子Ca、Mg、Fe、Zn在一定程度上能影响微囊藻毒素的产生.鄱阳湖IMCs和胞外微囊藻毒素(extracellular MCs,EMCs)呈现相似的季节变化趋势,即夏季最高,其次为秋季,冬季和春季较低.鄱阳湖IMCs的空间分布整体上呈现东部湖汊群、松门山周围以及蚌湖和蚌湖进入鄱阳湖的入湖口较高,其它区域较低的趋势,而EMCs的高值区位于松门山周围和蚌湖及其入湖口.     

太湖水体Chl-a预测模型ARIMA的构建及应用优化

叶绿素a（Chl-a）是湖泊浮游植物生物量的重要指标,其含量能反映水中浮游植物的丰度和变化规律.以1999年12月~2019年8月太湖水体Chl-a和环境因子的逐月监测数据为基础,运用主成分分析方法探讨了Chl-a与环境因子的关系,据此建立了Chl-a与主要环境因素之间的多元线性逐步回归模型及自回归综合移动平均模型（ARIMA）.结果表明：①太湖Chl-a浓度存在着明显的季节变化,且总体处于上升趋势.总磷（TP）、高锰酸盐指数、月均气温（MAT）和月度降雨量（MR）与Chl-a浓度存在较好的变化同步性,总氮（TN）和氨氮（NH₄⁺-N）则表现出明显的滞后性.②主成分分析结果表明,太湖水体藻类暴发条件不仅仅是基于N和P等限制性因素,而是发展为TN、NH₄⁺-N、TP和高锰酸盐指数、MR和MAT等多元因素的综合影响.③两种模型经验证比较,基于1999~2019年逐月资料建立的Chl-a浓度的ARIMA模型模拟效果和预测精度明显优于所建立的多元线性逐步回归模型,特别是在考虑主要环境因素作为自变量及优化自变量取值情况下其预测效果得到进一步提升.建立的ARIMA（0,1,1）（0,1,1）模型将有助于太湖藻类暴发的预报和预警,并为及时有效地安排水资源调度及调控等水环境管理措施提供依据.     

三峡水库成库后支流库湾营养状态及营养盐输出

三峡水库成库后,对受成库影响的12条主要支流库湾营养状态及营养盐输出状况进行了初步研究.结果表明,支流库湾总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数、叶绿素a含量和透明度差异较大,透明度范围为0.10～3.5 m,TN含量范围为0.535～7.47 mg·L-1,TP含量范围为0.016～0.835 mg·L-1,高锰酸盐指数范围为1.55～5.88 mg·L-1,叶绿素a范围为1.38～23.7 mg·m-3.支流受到不同程度污染,水体中N含量丰富,部分次级河流富营养化的限制因子为P.利用相关分析方法,分析了叶绿素a与营养盐之间的关系,叶绿素a与高锰酸盐指数呈显著正相关(r=0.6242,p＜0.01).利用综合营养状态指数法评价了次级河流富营养化程度,结果表明,5月和6月份分别有5条和8条支流达到富营养化水平,其余河流为中营养.三峡水库蓄水后,支流库湾的富营养化程度较成库前严重.12条次级河流排放TN、TP、高锰酸盐指数和NH4 -N分别为668、26.7、890和99.2 g·s-1.三峡水库完工后,因支流库湾区水体流速进一步减缓,富营养化趋势将加重.     

基于门限极值理论的湖泊水质参照状态的确定

在前人工作的基础上,利用门限极值的广义Pareto分布理论和超出阈值峰(Peak Over Threshold,POT)方法,提出了一种确定湖泊参照状态浓度的新方法.该方法不仅能够给出更为精确的置信区间,而且克服了广义极值分布理论取用数据浪费等缺陷.将该方法应用到太湖的水质基准参照状态中,通过POT方法对太湖8个站点1995~2006年总氮(TN),总磷(TP)和叶绿素a(Chl-a)的数据进行预处理,分别以-1.0mg/L, -0.05mg/L与-4μg/L作为它们观测值相反数的门限值,结果表明观测值的相反数符合广义Pareto分布,验证了方法的可行性.推荐采用25%分位点的值作为太湖总氮,总磷和叶绿素a的参照状态,即太湖的参照状态是:总氮0.66mg/L;总磷0.023mg/L;叶绿素a为1.27μg/L.最后分别得出了它们各自的95%置信区间,而且其精度明显高于广义极值分布理论结果.     

南太湖地区小型浅水湖泊自净能力季节变化研究

以南太湖地区小型浅水湖泊为对象,研究了湖泊水体自净能力季节变化的特征.结果表明,湖泊对高锰酸盐指数、总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl-a)的净化能力季节性差异较大.各水质指标春季和冬季自净效果较好,夏季自净效果较差的是NH4+-N和NO3--N,秋季是TP和Chl-a.湖泊四季水体有机污染较轻,TN、TP污染严重.TN、TP浓度条件适宜藻类生长,水体容易发生富营养化,磷为限制性因子.Chl-a浓度显示湖泊在夏秋两季处于富营养化水平,冬春两季转变为中营养水平.浮游植物的生长与暴发对水质有较大影响,并影响到湖泊的自净能力.影响水体pH值和溶解氧(DO)浓度的主要因素是水生植物的种类和数量,农田肥料流失和农村生活污水排放是造成水体中氮磷含量过高的主要原因.过量使用有机肥使得夏季湖泊水体中有机氮占TN的主要部分,其他季节NO3--N占TN的主要部分.主成分分析结果表明,影响南太湖地区小型浅水湖泊自净能力的3个主成分分别为浮游植物因子(水温、pH、高锰酸盐指数和Chl-a)、农田排水因子(pH、DO和TN)和营养因子(TN和TP).聚类分析结果表明,3个湖泊11个采样点4个季节的水质可聚为两大类,春秋冬季为一类,夏季为一类,这一结果是受温度变化及农田排水所致.利用水温和pH拟合出用于计算湖泊水体中的高锰酸盐指数、TN、TP、Chl-a的线性方程,提高了现场快速预测能力.     

太湖湖滨带底泥氮、磷、有机质分布与污染评价

采集了环太湖湖滨带表层(0~10cm)底泥,研究分析了湖滨带底泥中有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)的空间分布特征,并对太湖湖滨带底泥进行营养评价.结果表明,湖滨带底泥中OM含量在1.42%~9.96%之间,空间分布趋势为:东太湖>竺山湾>贡湖>梅梁湾>南部沿岸>东部沿岸>西部沿岸; TN含量在458~5211mg/kg之间,空间变化趋势为东太湖>竺山湾>东部沿岸>贡湖>南部沿岸>梅梁湾>西部沿岸; TP含量在128.56~1392.16mg/kg之间,空间变化趋势为竺山湾>梅梁湾>东太湖>南部沿岸>贡湖>东部沿岸>西部沿岸,OM与TN分布趋势相似,TN与OM之间极显著正相关(r = 0.903, P<0.01),TP与OM之间弱相关(r = 0.073, P<0.332).结合综合污染指数和有机指数评价法可知,太湖湖滨带底泥环境质量整体较好,氮、磷污染除东太湖和竺山湾属重度污染外其他各区属轻中度污染;有机污染除东太湖外大部分区域属较清洁区.     

大孔吸附树脂分离纯化微囊藻毒素

以5%醋酸为提取剂从滇池有毒蓝藻中提取了微囊藻毒素,经磁力搅拌、离心、过滤后得到MCs粗提液. 此粗提液先后2次通过筛选后的大孔吸附树脂D101,用不同浓度的乙醇-水溶液洗脱后,获得纯度为82.6%、82.1%、62.5%的MC-RR、MC-YR和MC-LR.另外,条件实验结果表明,pH值＝3时,D101对MCs的吸附性能最佳.实验建立了一种安全、高效、低成本的分离纯化MCs的方法.     

基于因子分析的太湖湖湾污染物分布特征

根据太湖三大湖湾的水质监测数据,运用因子分析(Factor analysis)方法对该湖湾7种污染物成分进行了统计分析,并讨论了水体中污染物的来源。结果表明:梅梁湾第一污染因子主要是TN、TP和Chla,第二主因子主要代表NH4+-N和高锰酸盐指数,NO3--N对第三主因子贡献明显;贡湖湾第一污染因子为TN、TP、高锰...