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消毒副产物对淡水浮游植物群落的影响

已有 834 次阅读 2021-8-8 15:53 |系统分类:论文交流

消毒副产物对淡水浮游植物群落的影响

作者:崔慧君、陈白杨

水资源短缺威胁着世界各地经济和社会发展。在此背景下,废水回收利用成为满足日益增长的水需求的重要方式,其中,再生水被广泛应用于市政和生态补给。然而,污水在排放前需经过消毒处理,在此过程中不可避免的产生有毒的消毒副产物(DBPs),主要包括三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤乙腈(HANs)等。此外,为了阻止新冠肺炎病毒(SARS-CoV-2)的传播,含氯消毒剂被大量应用于废水处理。调查显示疫情后地表水体的部分DBPs浓度上升,引发了全球关于DBPs对淡水生态系统风险的关注。

作为生态系统的初级生产者,浮游植物的生物量、多样性和结构直接影响水生态系统的功能。基于前期对DBPs对“藻--鱼”的毒性研究,我们发现微藻对DBPs相对较敏感,并且污水中的DBPs对浮游植物具有较高的风险熵。天然水体由多种多样的微藻组成,浮游植物对DBPs的敏感性差异表明DBPs很有可能影响浮游植物的群落结构。然而,目前尚未有研究来解释DBPs对浮游植物群落结构的可能改变。

本研究通过单培养和共培养探究了17DBPs对铜绿微囊藻、斜生栅藻和小环藻的毒性。微囊藻是全球蓝藻水华的典型藻种,栅藻和小环藻是再生水补给河湖的常见优势种。因此,这三株藻的混合培养可以很好代表水体的情况。据我们所知,本研究是首次探究了DBPs对浮游植物群落的影响。

一、单培养时DBPs对三株藻的急性毒性效应

1显示了DBPs对三株藻的生长抑制均存在较好的浓度-效应关系,DBPsEC50值范围为0.12 mg/LMBAN)到 > 500 mg/LTCM)(图2)。基于EC50值,THMs毒性最低,HANs毒性相对最高。对于HAAs,卤素原子数越多毒性越小。

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1 单独暴露时消毒副产物对微囊藻(圆圈)、小环藻(方形)和斜生栅藻(三角形)生长抑制的浓度-效应曲线。

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2 消毒副产物对微囊藻、小环藻和斜生栅藻的EC50

DBPs对三株藻的毒性因藻株而异。小环藻对HAAs最耐受,EC50值(81.96-585.5 mg/L)是微囊藻(EC50 0.22-81.68 mg/L7.17-378.39倍,是栅藻(EC50 1.20-79.07 mg/L)的3.97-76.02倍。然而,栅藻对HANs却表现了最强的耐受性,EC501.10-26.29 mg/L)是微囊藻(EC50 0.12-6.63 mg/L)的2.36-10.50倍,是小环藻(EC50 0.38-11.19 mg/L)的2.24-12.57倍。我们此前指出应该用多种营养级生物来评价DBPs的生态风险。结合此研究结果,我们认为水环境的几种优势藻种应该也被考虑从而更全面地评价DBPs的生态风险。

二、DBPs对浮游植物群落的影响

鉴于微囊藻、栅藻和小环藻共存于天然水体中,并且他们对DBPs的耐受性差异较大,我们假设DBPs可能会改变浮游植物的群落结构。因此,我们选取了氯乙酸(MCAA)和氯乙腈(MCAN)作为代表性DBPs,探究了其对浮游植物群落的影响。

很显然,DBPs抑制了浮游植物群落的生长,表现了时间和浓度效应(图3)。暴露于0.1 mg/L MCAAMCAN时,群落细胞密度分别下降了17%22%。前期研究表明DBPs之间存在有部分相加和协同作用,表明DBPs即使在环境浓度水平(12.5-381 μg/L)也可能导致水体初级生产力的下降。

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3 共培养中氯乙酸(A)和氯乙腈(B)对浮游植物群落生长的影响。总细胞密度是指铜绿微囊藻、小环藻和斜生栅藻的细胞密度之和,用来代表浮游群落的生长。

不出所料,从共培养获得的微藻对DBPs敏感性结果与单培养时不同。对照组中,小环藻的生长被微囊藻和栅藻严重抑制,96 h时占比甚至小于8%(图4)。MCAA改变了三株藻的比例,表现为小环藻比例逐渐上升(从对照的7%10 mg/L44%)和栅藻比例的下降(从对照的48%10 mg/L12%)。在低浓度MCAA时( 2 mg/L),微囊藻是最具优势的藻株,整个培养期间占比始终超过50%,在2 mg/L时达到最大70.3%

MCAN同样改变了浮游植物的群落结构,表现为栅藻比例的逐渐上升和微囊藻、小环藻比例的逐渐下降(图4)。但值得注意的是,尽管微囊藻的生长被抑制,但是即便在40 mg/L MCAN暴露时,其细胞占比仍可达到32%

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4 共培养中氯乙酸(A)和氯乙腈(B)暴露下三株藻的演替情况。斜生栅藻、铜绿微囊藻、小环藻

 

综上,水体不同微藻对DBPs的耐受性存在较大差异。DBPs的大量发生可能打破固有的藻间关系,从而有利于微囊藻水华的发生。

该文于20217月发表在Journal of Hazardous Materials,论文题目为“Ecotoxicological effects of DBPs on freshwater phytoplankton communities in co-culture systems”对此文有兴趣的朋友们可于网址https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126679下载,更多技术细节可联系哈尔滨工业大学(深圳)陈白杨老师(poplar_chen@hotmail.com)。欢迎各位同仁探讨和交流!




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