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    鄱陽湖部分湖區(qū)微囊藻毒素和有機(jī)污染物檢測與分析*

    2017-01-16 05:22:46劉艷紅吳清鋒李舒梅
    關(guān)鍵詞:湖口微囊鄱陽湖

    劉艷紅,林 芬,吳清鋒,邱 偉,李舒梅

    (贛南醫(yī)學(xué)院 預(yù)防醫(yī)學(xué)系,江西 贛州 341000)

    鄱陽湖部分湖區(qū)微囊藻毒素和有機(jī)污染物檢測與分析*

    劉艷紅,林 芬,吳清鋒,邱 偉,李舒梅

    (贛南醫(yī)學(xué)院 預(yù)防醫(yī)學(xué)系,江西 贛州 341000)

    目的:探討鄱陽湖水質(zhì)現(xiàn)狀及影響水質(zhì)的可能因素,為保護(hù)鄱陽湖水質(zhì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。方法:應(yīng)用LC-MS/MS法、納氏試劑光度法,N-(1萘基)-乙二胺光度法和酚二磺酸光度法分別對囊藻毒素(MC-LR,MC-RR和MC-YR)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2--N)、硝酸鹽氮(NO3--N)和化學(xué)需氧量(CODMn)進(jìn)行檢測,并對檢測結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果:未檢測到三種微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR);氨氮變化范圍為0.285~1.420 mg·L-1,均值為0.785 mg·L-1;亞硝酸氮變化范圍為0.08~0.078 mg·L-1,均值為0.034 mg·L-1;硝酸鹽氮的變化范圍0.025~0.120 mg·L-1,均值為0.060 mg·L-1,化學(xué)需氧量(CODMn)變化范圍為1.84~4.48 mg·L-1,均值為2.95 mg·L-1;參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)水質(zhì)介于Ⅱ類~Ⅳ類。結(jié)論:鄱陽湖的水環(huán)境質(zhì)量總體情況尚可,但仍存在著一定的有機(jī)物污染。為了更好地保護(hù)鄱陽湖的自然資源,應(yīng)加強(qiáng)對鄱陽湖湖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行長期系統(tǒng)監(jiān)測,以保證其水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)。

    鄱陽湖;微囊藻毒素;含氮污染物

    鄱陽湖是中國第一大淡水湖,位于江西省北部,長江中下游的南岸,它匯納流域內(nèi)贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河(簡稱“五河”)來水,由湖口注入長江,具有過水性、吞吐型、季節(jié)性的典型特征。五河流域的周邊分布著江西省的主要城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè),工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水的排放正日益增加,周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥化肥和家禽養(yǎng)殖等面源污染也不斷上升,大量的氮和磷等污染物排入五河,最終匯入鄱陽湖,致使鄱陽湖水質(zhì)逐漸惡化[1-2],鄱陽湖的“一湖清水”正面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。本文對鄱陽湖部分湖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了檢測和分析,探討其可能的影響因素,為保護(hù)鄱陽湖水質(zhì)提供依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 采樣點(diǎn)的設(shè)置 選取鄱陽湖流域九江市境內(nèi)的湖口和南昌市區(qū)作為水樣采集地,采樣點(diǎn)分別設(shè)置為采樣斷面的湖心(Y1)、湖心分別到岸邊的中點(diǎn)(Y2、Y3)。

    1.2 水樣采集 于2014年12月和2015年4月到達(dá)采樣點(diǎn)采取水樣。用2 L有機(jī)玻璃采水器采集表層水樣,避開漂浮于水面上的物質(zhì)。采樣時(shí),先用水樣潤洗采樣器2~3遍后再采樣,用濃硝酸將水樣pH值調(diào)至2以下,分裝于消毒過的聚乙烯瓶中4 ℃密封保存。同時(shí)記錄采樣的時(shí)間、地點(diǎn)、天氣、水溫及pH等信息,并填寫采樣記錄單。

    1.3 檢測項(xiàng)目與檢測方法 主要檢測項(xiàng)目有微囊藻毒素(MC-LR,MC-RR和MC-YR)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2--N)、硝酸鹽氮(NO3--N)和化學(xué)需氧量(CODMn)。檢測方法分別為LC-MS/MS法[3]、納氏試劑光度法、N-(1萘基)-乙二胺光度法、酚二磺酸光度法和高錳酸鹽指數(shù)法。

    1.4 評價(jià)方法 參照地表水水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)(摘錄高錳酸鹽指數(shù)和氨氮部分,見表1)分析采樣水質(zhì)屬于幾類水質(zhì);應(yīng)用SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)軟件包對檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

    表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值/mg·L-1

    2 結(jié) 果

    2.1 微囊藻毒素檢測結(jié)果 2014年12月和2015年4月在湖口和南昌采集的12個(gè)水樣應(yīng)用LC-MS/MS法進(jìn)行了檢測,三種微囊藻毒(MC-LR,MC-RR和MC-YR)多反應(yīng)檢測色譜圖見圖1~圖3,結(jié)果見表2。由表2可見,本次在兩地不同時(shí)間采集的水樣中均未測出微囊藻毒素LR,YR和RR。

    圖1 微囊藻毒素-RR MRM色譜圖

    圖2 微囊藻毒素-YR MRM色譜圖

    圖3 微囊藻毒素-LR MRM色譜圖

    表2 不同時(shí)間鄱陽湖部分水域水樣中微囊藻毒素檢出情況

    注:ND代表未檢出。

    2.2 氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的檢測結(jié)果 本次研究檢測的12個(gè)水樣中,氨氮的變化范圍為0.285~1.420 mg·L-1,均值為0.785 mg·L-1;亞硝酸氮的變化范圍為0.08~0.078 mg·L-1,均值為0.034 mg·L-1;硝酸鹽氮的變化范圍0.025~0.120 mg·L-1,均值為0.060 mg·L-1(見表3)。

    表3 不同時(shí)間南昌和湖口水樣中“三氮”檢測結(jié)果/mg·L-1

    同一地點(diǎn)不同時(shí)間氨氮和硝酸鹽氮檢測均值都是2014年12月份高于2015年4月份;而亞硝酸鹽氮的檢測均值均為2015年4月份高于2014年12月份;以氨氮檢測均值對比地表水水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)(摘錄高錳酸鹽指數(shù)和氨氮部分,見表1)可知兩地在2014年12月份和2015年4月份水質(zhì)介于Ⅱ類~Ⅳ類,其中湖口2015年4月份水質(zhì)為Ⅱ類,南昌2015年4月份和湖口2014年12月份水質(zhì)為Ⅲ類,南昌2014年12月份水質(zhì)為Ⅳ類。

    2.3 CODMn檢測結(jié)果 在檢測的12個(gè)水樣中,CODMn的變化范圍為1.84~4.48 mg·L-1,均值為2.95 mg·L-1,最高值為南昌2015年4月份Y3水樣,最低值為湖口2014年12月份Y3水樣。同一采樣時(shí)間段(2014年12月份或者2015年4月份)CODMn檢測均值南昌高于湖口;不同采樣地點(diǎn)(南昌或湖口)CODMn檢測均值都是2015年4月份高于2014年12月份。以兩地的CODMn檢測均值對比地表水水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)(摘錄高錳酸鹽指數(shù)和氨氮部分,見表1)可知兩地在2014年12月份和2015年4月份水質(zhì)均為Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)(見表4)。

    表4 不同時(shí)間南昌和湖口水樣中CODMn檢測結(jié)果

    3 討 論

    3.1 微囊藻毒素 微囊藻毒素(Microcystins,MCs)是由水體中藍(lán)綠藻(如銅綠微囊藻、魚腥藻等)產(chǎn)生的一類生物污染物,目前已發(fā)現(xiàn)80余種結(jié)構(gòu)極為相似的異構(gòu)體,分布最廣的為MC-LR、MC-RR和MC-YR,也是毒性最大的三種微囊藻毒素[4]。藍(lán)藻毒素是一種潛在致癌劑,對人體和動(dòng)物的健康安全造成較大的威脅[5-6]。隨著鄱陽湖周邊經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,鄱陽湖的水質(zhì)變得越來越差,富營養(yǎng)化趨勢越來越突出。鄱陽湖水域早在20世紀(jì)90年代初就已經(jīng)面臨富營養(yǎng)化的危險(xiǎn),全湖有半年的時(shí)間處于富營養(yǎng)化狀態(tài)[7-8]。MC-LR在我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006) 和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的標(biāo)準(zhǔn)限值都為1 μg·L-1。

    本次對鄱陽湖兩地不同時(shí)間的采樣均未檢測到微囊藻毒素,在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)范圍內(nèi)。分析可能原因與采樣期間水體中濃度比較低有關(guān)。已有研究表明,在枯水期鄱陽湖及周邊湖泊的藻類均存在著較高的水華風(fēng)險(xiǎn),并在部分藍(lán)藻水華較為嚴(yán)重區(qū)域已經(jīng)檢測到微囊藻毒素(溶解性微囊藻毒素濃度為1.60 μg·L-1,不同異構(gòu)體所占藍(lán)藻毒素總量的百分比分別為:MC-RR占92.6%,MC-LR占5.2%,MC-YR占0.8%,其它類型異構(gòu)體占1.4%),對湖區(qū)周邊縣市飲用水的安全帶來風(fēng)險(xiǎn)[9],而湖泊富營養(yǎng)化由諸多物理因素(溫度和光照)、化學(xué)因素(氮、磷、有機(jī)質(zhì)、鈣、鐵和二氧化碳等)和生物量共同作用的結(jié)果,其中營養(yǎng)鹽一般被認(rèn)為是最重要的因素[10-11]。在2014年12月份采樣期間,水溫相對夏秋季節(jié)低,光照不足,不利于藍(lán)藻生長。有研究表明,在藻類中,藍(lán)藻的最佳生長溫度較高,銅綠微囊藻的最佳生長溫度在25 ℃以上,故夏秋季節(jié)的高溫天氣容易引發(fā)以微囊藻為優(yōu)勢種的湖泊藍(lán)藻水華[12];而2015年4月,盡管氣溫已經(jīng)開始逐漸升高,光照強(qiáng)度開始增加,但自然雨水開始增多,使采樣點(diǎn)水量充足,水中可能存在的微囊藻毒素受到一定的稀釋作用,致使未能檢測出。雖然本次研究各水樣均未檢測出微囊藻毒素,但尚不能肯定鄱陽湖未受到微囊藻毒素污染,建議對鄱陽湖水質(zhì)進(jìn)行長期系統(tǒng)微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)的監(jiān)測,掌握微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)的污染現(xiàn)況,為鄱陽湖水質(zhì)的污染控制和人民群眾身心健康的保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。

    3.2 氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和CODMn“三氮”(氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮)是反映水體中含氮有機(jī)物污染和水體自凈的綜合指標(biāo)。本次檢測結(jié)果顯示不同地點(diǎn)不同時(shí)間“三氮”檢測濃度不盡相同(見表3),這主要的原因可能由于污染源排污量、水體自凈和采樣點(diǎn)距離污染源的遠(yuǎn)近不同所至。CODMn是反映水體污染重要指標(biāo),戴國飛等研究顯示,鄱陽湖湖區(qū)平均CODMn為2.76 mg·L-1,變化范圍為2.05~4.71 mg·L-1[9],相對于本次對南昌和湖口兩地的CODMn檢測值(均值為2.95 mg·L-1,變化范圍1.84~4.48 mg·L-1)變化不大。就氨氮檢測均值(見表3)和CODMn檢測均值(見表4)來看,同一采樣時(shí)間南昌略高于湖口,南昌是江西省五大城市(南昌、九江、撫州、景德鎮(zhèn)、鷹潭)中人口最多、經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的城市, 其工業(yè)的快速發(fā)展和人口的不斷增加,生活污水和工業(yè)廢水正呈現(xiàn)逐年增加的態(tài)勢,而城市的污水處理能力有限,污水大量進(jìn)入湖體,故造成氨氮和CODMn濃度要高于湖口。同一地點(diǎn)不同時(shí)間氨氮檢測均值2014年12月份高于2015年4月份(見表3),其可能原因主要為鄱陽湖流域每年4月份雨水開始增多,致使水流速度加快,湖體水位上升,水量增加,從而使水中氨氮的濃度下降,而12月水位偏低,徑流較小(徑流主要靠地下水補(bǔ)給),使得湖泊的底泥不斷上涌,釋放營養(yǎng)鹽進(jìn)入水體,導(dǎo)致氨氮變大、水質(zhì)變差。鄒新等研究表明氨氮濃度年均值與水量相關(guān)性均呈負(fù)相關(guān),即隨著水量增大,濃度年均值下降[13]。同一地點(diǎn)不同時(shí)間的CODMn檢測均值2015年4月份高于2014年12月份(見表4),其原因考慮到主要受降雨量的影響,4月份雨水開始增多,隨著降雨的增加,地表徑流將攜帶大量的污染物通過地表的漫流和河網(wǎng)匯流進(jìn)入湖泊,從而使湖泊水體中的污染物濃度增加。顧平等研究與本次結(jié)果相似,豐水期均值略高于枯水期,隨湖體水位的增高CODMn總體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢[14]。

    3.3 結(jié)語

    3.3.1 本次研究未檢測到微囊藻毒素,但尚不能確定鄱陽湖未受到微囊藻毒素污染,建議對鄱陽湖水質(zhì)中微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)進(jìn)行長期系統(tǒng)地全湖區(qū)監(jiān)測。

    3.3.2 本次研究檢測的主要污染物濃度范圍分別為:氨氮的變化范圍為0.285~1.420 mg·L-1,均值為0.785 mg·L-1;亞硝酸氮的變化范圍為0.08~0.078 mg·L-1,均值為0.034 mg·L-1;硝酸鹽氮的變化范圍0.025~0.120 mg·L-1,均值為0.060 mg·L-1,化學(xué)需氧量(CODMn)的變化范圍為1.84~4.48 mg·L-1,均值為2.95 mg·L-1;參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)水質(zhì)為介于Ⅱ類~Ⅳ類,水質(zhì)質(zhì)量尚可,但存在一定的有機(jī)物污染。

    盡管近年來對鄱陽湖水質(zhì)進(jìn)行了大力治理,取得了一定的成效,但仍然存在著水質(zhì)污染并惡化的風(fēng)險(xiǎn)。故尚需對鄱陽湖的生態(tài)水環(huán)境加強(qiáng)監(jiān)測、控制鄱陽湖湖區(qū)的水土流失,保護(hù)湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

    致謝: 感謝贛南醫(yī)學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)系實(shí)驗(yàn)室老師對本課題的大力支持與幫助;感謝贛南醫(yī)學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)系2010級學(xué)生毛靜、黃志強(qiáng)、程文煒、詹曉民、艾丁華、余正洲和劉偉7同學(xué)在課題水樣采集和實(shí)驗(yàn)室檢測中的辛勤付出。

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    Detection and Analysis of Microcystins and Organic Pollutants in Poyang Lake

    LIUYan-hong,LINFen,WUQing-feng,QIUWei,LIShu-mei

    (Dept.ofPreventiveMedicineofGannanMedicalUniversity,Ganzhou,Jiangxi341000)

    Objective: To assess the water quality in Poyang Lake, explore the possible factors affecting water quality, and provide basic information for water resources protection. Methods: HPLC-MS /MS, Nessler's Reagent Spectrophotometry, N-(1-naphthyl)-ethylenediamine Spectrophotometry and Phenol Disulfonic Acid Spectrophotometry were used to detect the levels of three microcystins (MC-LR,MC-RR,MC-YR), ammonia nitrogen (NH3-N), nitrite nitrogen (NO2-N), nitrate nitrogen (NO3-N) and chemical oxygen demand (CODMn) respectively. Data were analyzed by SPSS 14.0. Results: The mean levels of NH3-N, NO2-N, NO3-N, and CODMn were 0.785 mg·L-1, 0.034 mg·L-1, 0.060 mg·L-1and 2.95 mg·L-1with fluctuation ranges from 0.285 to 1.420 mg·L-1, 0.08 to 0.078 mg·L-1,0.025 to 0.120 mg·L-1and 1.84~4.48 mg·L-1respectively. Whereas MC-LR,MC-RR,MC-YR were not found in this study because of their low level in the water. According to the Surface Water Environment Quality Standard (GB3838-2002), the water quality of Poyang Lake was classified between level Ⅱ to Ⅳ. Conclusions: The overall situation of water quality of Poyang Lake is well, but some organic pollutants should be paid more attention; measures should be taken to monitor these pollutants in the long term.

    Poyang Lake; Microcystins; Nitrogen pollutant

    江西省教育廳科技項(xiàng)目(NO:GJJ11209);江西省教育廳科技項(xiàng)目,贛教技字【2006】254號;贛州市科技局課題,贛市科發(fā)【2005】20號,贛市財(cái)教字【2005】33號

    李舒梅,女,教授,碩士生導(dǎo)師。研究方向:環(huán)境流行病學(xué)、慢性病流行病學(xué)。E-mail:gnyxylsm@163.com

    R123.1

    A

    1001-5779(2016)06-0868-04

    10.3969/j.issn.1001-5779.2016.06.009

    2016-10-13)(責(zé)任編輯:敖慧斌)

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