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本论文是以国家科技部“973”计划《中国典型河口-近海陆海相互作用及其环境效应》的研究项目《河口-近岸环境污染调控对策及生态系统变异的趋势预测》中的研究课题《河口一近岸生态系统健康评价标准与评价方法研究》(课题编号2002CB412409)为背景,根据河口与近海污染物调查方法,对长江口水体重金属进行监测;确定典型污染物重金属铜(Cu),并通过室内模拟实验,按照ASTM毒性实验标准程序,对符合ASTM筛选步骤与标准的测试生物蒙古裸腹溞(MoinamonogolicaDaday)进行毒性效应的研究;从生物种群水平评价了重金属铜(Cu)对测试生物M.monogolica的健康影响并得到安全阈值;以及通过铜(Cu)的不同吸收途径对M.monogolica的毒性效应进行比较与对致毒机理的不同进行探讨,具体研究如下:
通过长江口水体中的重金属监测表明,以GB3097-97海水水质标准为参照,就各重金属平均浓度进行评价,Zn和Pb属于中度污染,Cu属于轻度(中度)污染,Cd属于较清洁水平,Cr为清洁水平;长江口水体中重金属浓度在垂直层面与各站位重金属污染指数(MPI)变化大,表明长江口水域的污染水平不均衡;相关性分析和指标(R型)聚类分析的分类还表明,在长江口水体重金属污染中,Cu与Pb,Cd与Cr分别属于较为接近的一类,Zn为单独一类,同一类重金属具有良好的相关性,说明它们在河口具有较为相似的环境地球化学行为。
通过种群敏感度分布(SSDs)和非参数统计检验方法表明,铜(Cu)对咸水生物和淡水生物的毒性效应具有显著性区别;同时通过四种重金属(Cd,Zn,Cu,Cr)对大型蚤(DaphniamagnaStraus)与M.monogolica的急性试验结果对比发现,两种生物对四种重金属的敏感性具有较大差异;说明我国国家标准规定的淡水毒性测试生物D.magna不适合用作评价如长江口等咸水水体污染物对生态环境影响的测试生物;通过溶解源铜(DissolvedCopper)对M.monogolica的急性试验值24,48hLC50(1.54.21与106.07μgCu.L-1)与其它咸水生物种群平均急性试验值(SMAV)相比较,表明M.monogolica在不同门纲(Phylum,Class)或者在相同门纲的不同种属(Species)之间,生物敏感性都不逊色,说明M.monogolica适合用来作为咸水水体铜(Cu)污染的测试生物。
通过水体中铜(WaterborneCopper)对M.monogolica的21-d慢性毒理试验表明,M.monogolica的存活时间、生殖参数与种群参数等指标或反应终点均受到影响;慢性试验的EC50s与EC20s比急性试验指标LC50更敏感;对平均产溞数、总繁殖数、rm与R0,其NOEC与LOEC分别为5.06及8.99μgCuL-1,并得到MATC为6.74μgCuL-1;对于存活时间,其NOEC与LOEC则分别为8.99及16.29μgCuL-1,并得到MATC为12.1μgCuL-1;在所有慢性试验指标或反应终点中,R0的EC20最为敏感,仅为3.82μgCuL-1;对M.monogolica的急慢性试验结果与长江口各站位铜(Cu)的平均浓度相互比较,说明如果M.monogolica等浮游动物在长江口某些铜(Cu)污染程度较严重的站位暴露时间足够长,其种群有可能受到胁迫并进而影响其它生物种群;研究还表明,为了保护生态系统中95%的生物健康及提高环境标准的生态相关性,建议最好用本地生物进行污染物毒性测试试验,并用种群敏感性分布(SSDs)方法及慢性试验结果来取代安全系数或经验常数得到各类水质基准。
通过Chlorellapyrenoidosa暴露于铜(Cu)的96h藻生长抑制试验得到ErC50及95%置信限浓度分别为509.12和388.68-629.56μgCuL-1,并在此基础上进行食物源铜(DietaryCopper)的制备,Chlorellapyrenoidosa的铜浓度(负荷)随着所暴露的铜浓度增加而由对照组的低于检测限升高至暴露于817.17μgCuL-1时的2355×10-16g/cell。
通过食物源铜对M.monogolica的慢性毒性试验表明,试验早期阶段由于食物质量中营养物质高度不饱和脂肪酸(PUFA)浓度的变化,M.monogolica的第一胎产溞并未表现出致毒效应;尽管21d慢性毒性试验中,食物源铜对M。monogolica的存活未产生显著性影响,但随着试验时间的增加,由于生物累积铜的量逐步递增,M.monogolica的平均产溞数与产溞率从第二胎后逐步下降且下降幅度越来越大,最终导致繁殖参数如总产溞数的下降,影响了M.monogolica的种群健康;试验还表明重金属的慢性毒性试验、水质基准的确立与评价规范的建立都必须考虑食物源重金属累积的部分以及对生物产生的毒性效应;目前国际上正在研究将食物源重金属(DietaryMetal)毒性效应纳入BLM模型,因此本研究表明食物源重金属毒性试验中,当微藻暴露于重金属时,必须考虑藻细胞营养价值的变化以及对摄食动物种群健康产生的影响。
通过非参数统计分析表明,溶解源与食物源铜(DissolvedandDietaryCopper)对M.monogolica的毒性效应具有显著性区别,这可能是由于不同的重金属吸收途径对生物具有不同致毒机理造成的。
本研究中食物源铜(DietaryCopper)对M.monogolica的慢性生态毒性试验的结论为BLM的运用提供了一定的基础,尽管目前已有将BLM运用于铜的慢性试验预测中,但还仅仅限制于溶解源重金属(DissolvedMetal)对淡水生物Daphniamagna,食物源重金属对咸水无脊椎动物的毒性效应预测将是BLM未来一个重要的发展方向;此外,本研究的结论对建立水质基准以及铜对水生生物的风险评价也都具有一定的意义。