微囊藻毒素及其与其他环境污染物的联合毒性研究进展

微囊藻毒素(microcystins,MCs)是一种蓝藻代谢产物,在全球富营养淡水生态系统中广泛分布,高浓度的MCs不仅对水生生物造成负面影响,还会与水体中共存污染物发生相互作用,影响彼此在生物体内转化代谢和毒性效应.因此,开展MCs与多种环境污染物的复合污染对不同生物的毒性研究十分必要,其对水体复合污染风险评价和防控有着重要的意义.笔者综述了 MCs在全球水体中的分布情况,并介绍了 MCs与水体中其他典型污染物联合暴露时对不同生物的毒性作用,最后针对目前相关研究的不足进行了分析并提出几点展望.     

中国东部湖泊有机氮浓度时空特征及影响因素

湖泊蓝藻水华期间,水体无机氮缺乏,有机氮的循环转化能为浮游植物提供重要的氮素补充,而藻华频发的中国东部湖泊有机氮浓度的时空特征和影响因素尚不明确。该文基于区域划分系统分析了中国东部84个湖泊有机氮浓度特征和影响因素,并对比分析了区域典型湖泊鄱阳湖、太湖有机氮浓度的长期变化。结果表明,调查湖泊枯水期有机氮浓度为0.08～3.30 mg/L,均值为(0.85±0.46) mg/L,占总氮比例为8.01%～99.45%,均值为(64.67±22.72)%;丰水期有机氮浓度为0.05～1.47 mg/L,均值为(0.68±0.42) mg/L,占总氮比例为9.15%～93.39%,均值为(59.12±20.77)%。有机氮浓度均值呈现枯水期"西高东低"而丰水期"西低东高"的特征,即枯水期长江(宜昌-望江段)流域湖泊长江(望江-入海口段)流域湖泊淮河流域湖泊,而丰水期与之相反。从有机氮占总氮比例的季节特征来看,长江(宜昌-望江段)流域和淮河流域湖泊多数呈现枯水期高于丰水期,而长江(望江-入海口段)流域湖泊多数呈现枯水期低于丰水期。湖泊藻生物量、悬浮物浓度对湖泊有机氮浓度的影响呈现季节和区域性差异,区域典型湖泊鄱阳湖有机氮浓度主要受悬浮物浓度影响,而太湖有机氮浓度主要受藻生物量影响,受悬浮物浓度影响较小。     

不同水深对挺水植物形态和生理指标的影响

中国环境科学研究院研究团队前期确定3种适宜太湖沿岸带生态修复的挺水植物为菰（Zizania latifolia）、再力花（Thalia dealbata）和慈姑（Sagittaria trifolia）.挺水植物对水深要求较高,过高或过低的水深高度都会限制其生长,为探讨不同水深对挺水植物的影响,确定这3种挺水植物最适宜的水深高度,该研究进一步设置不同梯度水深高度——高水深（40 cm）、中水深（20 cm）和低水深（10 cm）,试验历时42 d,收获时测定这3种挺水植物的地上和地下部分形态指标（地上部分干质量、地下部分干质量、叶面积和根系长度）、相对生长速率（RGR）指标和生理指标[总可溶性糖、植物超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和丙二醛（malonic dialdehyde,MDA）]含量.结果表明:①不同水深对挺水植物性状指标均有显著影响,较高或较低的水深都会影响挺水植物地上和地下部分形态指标、相对生长速率指标和生理指标,且挺水植物可以通过调节形态和生理指标来适应和抵抗水深胁迫带来的不利影响.②在高水深这一胁迫条件下,3种挺水植物都倾向于产生更多的总可溶性糖、SOD和MDA,显示出植物对高水深这一胁迫的生理适应性.③高水深对慈姑具有较强的抑制作用,再力花对水深的耐受性高于慈姑,而菰对高水深的适应性最强.研究显示,不同植物对水深的适应性不同,在实际的生态修复工程中应使用不同挺水植物组合配置以抵抗水深变化.      

台风过程中太湖藻类富集区氨基酸的变化特征

频繁的水动力扰动是大型浅水富营养化湖泊——太湖的一个重要环境特征;氨基酸作为易被生物利用的碳氮源,是湖泊生态系统重要组分之一,影响着湖泊中生源要素循环。因此,研究台风过程中藻类富集区氨基酸浓度和组分的变化,有助于更好地揭示蓝藻水华的形成机制。于2015年7月9-14日台风"灿鸿"经过太湖期间,测定了风速、风向、理化指标以及沉积物氨基酸(SAA)、水体中颗粒态氨基酸(PAA)和溶解态氨基酸(DAA)浓度及组成,分析了水体和沉积物中氨基酸浓度、组分和形态的变化规律。研究发现,SAA浓度在台风期呈现先下降后回升的趋势。DAA浓度在台风期浓度较低,在2.97-3.40μmol·L~(-1)之间,而在台风后迅速增至7.36μmol·L~(-1)。在台风期,表层和底层PAA浓度分别从7.98μmol·L~(-1)和7.03μmol·L~(-1)增加至109.00μmol·L~(-1)和66.00μmol·L~(-1);在台风后期随着蓝藻水华的爆发,表层和底层PAA浓度分别增加到588.28μmol·L~(-1)和246.63μmol·L~(-1)。台风过程氨基酸组分以GLY(甘氨酸)和ALA(丙氨酸)为主,组分变化主要受到台风后期蓝藻水华的影响。研究结果表明,台风过程中太湖藻类富集区氨基酸的变化先由沉积物再悬浮释放,随后为沉积物、其他湖区蓝藻迁入和自身降解特性等因素共同影响导致。     

水环境容量约束下的太湖流域产业集聚空间优化

以产业集聚发达、水网密集但水环境敏感性强的太湖流域为例,采用环境地理学的理念,选择地貌特征、水质目标、水体通达性、清水通道、现状水质等要素作为表征水环境容量的评价因子,运用GIS空间分析方法,对水环境容量进行分区评价;通过空间叠加分析,依据水环境容量支撑强度和产业集聚污染压力的对应关系,分别划分农业、工业集聚空间优化类型区.结果表明,太湖流域水环境容量地域差异性大,呈现从东北沿江地区向西南沿湖地区逐步递减的格局,而产业集聚引起的污染总体上以太湖、滆湖及长荡湖沿岸乡镇分布较多,与水环境容量的空间分布格局不相吻合.农业集聚空间优化要重点调整太湖一级保护区、滆湖、长荡湖沿岸区域的农业发展,优化调整太湖二级保护区及南部山丘岗地区,一般调整常州、无锡、苏州的市区的农业发展;工业集聚空间优化要重点调整常州、无锡和苏州中心城区,优化调整太湖一、二级保护区范围内以及重点调整区的外围,一般调整乡镇工业集中区.     

固城湖及上下游河道富营养化和浮游藻类现状

于2009年4月(枯水期)、7月(丰水期)在固城湖及芜申线高淳段航道选取19个调查站点采集水样,测定水体理化特征、细菌总数、浮游藻类种类、数量等指标,并采用富营养状态指数法和Shannon-Wiener多样性指数法对水质污染现状进行研究和评价.结果表明,固城湖上游水阳江和固城湖湖区水质较好,处于轻度富营养化状态,官溪河污水处理厂排污口附近和下游胥河处于中度富营养化状态,并且综合富营养化指数在下游逐渐增高.目前固城湖及其上下游河道水质主要为氮磷污染,有毒、有机污染物的影响较小.调查期间共发现浮游植物9门22科36属74种.4月份固城湖湖区蓝藻数量占优势,达56%,其次是绿藻;上下游河道以绿藻和隐藻占优势,比例在30%左右.而7月份所有采样点蓝藻数量占绝对优势,均在80%以上,湖区藻类生物多样性指数明显高于其他区域.     

长江中下游4个湖泊非色素颗粒物吸收系数光谱模型

利用指数模型和幂函数模型对2007年和2010年长江中下游4个湖泊58个样本 a_d(λ)(非色素颗粒物吸收系数) 光谱进行拟合,以 R2(决定系数)、RE(相对误差)和RMSE(均方根误差)等统计参数判定模型效果. 指数模型和幂函数模型 R2平均值、RE、RMSE分别为0.998、7.01%、0.015 m-1和0.994、15.90%、0.027 m-1. 统计检验显示,指数模型的 R2显著大于幂函数模型(ANOVA,P<0.001),而RE和RMSE则显著小于幂函数模型(ANOVA,P<0.001). 指数模型能更准确地拟合 a_d(λ),得到的 S_d(光谱斜率)平均值为(12.21±1.08)μm-1,400~700 nm波段内变异系数为8.85%,空间上4个湖泊之间变化不是很明显,仅傀儡湖的 S_d略低于其他3个湖泊. a_d(λ)与ρ(ISM)(无机悬浮颗粒物浓度)呈极显著正相关,通过ρ(ISM)可以得到长江中下游典型浅水湖泊 a_d(λ)光谱模型.      

藻源性颗粒有机物对磷饥饿微囊藻磷富集与生长的影响

以藻源性颗粒有机物为切入点,分别以正磷酸盐（K₂HPO₄）、多聚磷酸盐（Na₅P₃O₁₀）、磷酸单酯（G-6-P）、磷酸二酯（卵磷脂）为参考,对比研究了不同形态的磷对磷饥饿微囊藻生长及对磷富集的影响.研究发现密度为（1.9±0.1）×10⁶cells/mL磷饥饿处理的微囊藻对不能直接利用的Na₅P₃O₁₀、卵磷脂的短期富集作用分别为2.034mg/L、1.030mg/L要明显高于K₂HPO₄的0.491mg/L、G-6-P的0.034mg/L和藻源性颗粒物的0.573mg/L,可能与这些磷素不能迅速进入细胞内,因而被大量的积聚在细胞膜与细胞壁之间有关.微囊藻通过释放碱性磷酸酶等酶系可以大量快速的利用藻源性颗粒物,藻源性颗粒物组中微囊藻生长率0.148d^-1稍低于K₂HPO₄组的0.156d^-1,但均高于其他实验组.实验结束时微囊藻对藻源性颗粒物的利用率57.8%高于K₂HPO₄组的32.5%和卵磷脂组的24.4%.通过液相核磁分析,藻源性颗粒物中磷的组分主要为正磷酸盐、磷酸单酯,并通过计算验证了其对磷饥饿铜绿微囊藻的磷富集与生长的影响.综上,藻源性颗粒物有着极强的生物可利用性,对蓝藻的爆发和持续性有着重要影响.     

安徽省石塘湖过去百余年湖水总磷浓度的定量重建

湖水总磷浓度对湖泊富营养化有很好的预警作用,历史湖水总磷浓度的定量重建能揭示湖泊营养演化历史.依据安徽省石塘湖沉积物钻孔的高分辨率硅藻研究结果,结合长江中下游湖泊硅藻-总磷转换函数模型,定量重建了其过去百余年来硅藻组合演替与历史湖水总磷浓度的变化过程.结果表明:石塘湖硅藻经历了从颗粒直链藻(Aulacoseira granulate)优势组合(1867-1981年)向富营养属种高山直链藻(Aulacoseira alpigae)优势组合(1981年以来)的变化.1981年以前,水体ρ(总磷)为50～60μg.L-1,湖泊一直维持在中等营养水平;1981年之后水体ρ(总磷)呈现明显升高趋势(＞100 μg·L-l),硅藻组合以高山直链藻占绝对优势,同时伴有喜好富营养环境的属种如极微小环藻(Cyclotella atomus)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、谷皮菱形藻(Nitzschia palea)和汉斯冠盘藻(Stephanodiscus hantzschii)等的增加,标志着湖泊富营养化的发生.20世纪80年代以来,农业及城市生活污水排放、农业化学肥料的大量使用以及过度养殖是硅藻种群转变和富营养化发生的主要根源.增温在一定程度上也影响着硅藻群落变化和富营养化的加重.根据重建的硅藻-水体总磷浓度结果,提出石塘湖治理的营养物基准水体ρ(总磷)为60 μg·L-1,为该湖整治和修复方案的制定提供可参考的目标,也为当地大量类似湖泊的治理提供重要参考.     

1985—2010年太湖流域粮食产能隐性增减评估研究

耕地占补制度旨在缓解耕地的增减失衡,但事实导致粮食产能的隐性增减。构建耕地数量-质量关联的粮食产能隐性增减评估系数F（耕地综合隐性增减折算系数）和TR（耕地隐性增减相对显性增减的折算面积）,揭示太湖流域25 a 来粮食产能隐性增减特征及机制。1985—2000 年流域耕地增减失衡并存在粮食产能隐性流失,耕地年均递减率为0.33%,而耕地新增极少,F系数、TR系数比例分别为-1.044、7.42%;2000—2010 年耕地增减失衡加剧,但粮食产能隐性流失减缓,耕地年均流失率增至1.50%,但耕地新增显著,F 系数、TR 系数比例分别降至-0.515、2.07%。产能隐性增减特征归于耕地增减区的土壤质量等级差异,而这差异又与流域发展及耕地政策影响下耕地增减转换过程的响应特征有关：2000 年前流失耕地比新增耕地的土壤肥力略优,而2000 年后新增耕地土壤肥力显著提升,城市及开发区周边的建设用地扩展是肥力优良耕地流失的主因,而耕地占补制度提升了耕地新增数量和质量。贯彻耕地占补制度并将数量-质量挂钩,优化耕地增减质量结构以减少耕地隐性流失是提高未来太湖流域粮食生产能力的根本出路。