973计划项目第8课题2004年度总结报告
项目名称：湖泊富营养化过程与蓝藻水华暴发机理研究 项目编号：2002CB412300
课题名称：湖泊富营养化成灾机理及危害 课题编号：2002CB412308 课题负责人：潘纲、肖邦定
二〇〇四年十二月
一、年度计划执行情况
1. 年度计划完成情况；
目前第八课题组的年度计划进展顺利，任务完成较好。在论文发表上，共发表13篇文章，其中7篇SCI文章，6篇国内核心期刊文章。高于“SCI论文2篇，国内核心期刊论文2篇”的考核指标。
2. 研究工作的主要进展；
随着整个973项目的进展，以及最近整个环境科学界的一些新的研究动向，有些研究内容进行了相应调整。在时间上，可能有的内容有所前移，有的则有所后推，呈现出一定的交叉趋势。其间，也出现了一些新的研究思路，对整个课题的完成增加了一些亮点。
（一）在富营养化危害生态系统的表现、特征和评价研究中，针对湖泊富营养化对水环境质量、水生态系统结构和功能、区域水资源、人类健康的危害影响这一核心目标，以我国东部江淮地区富营养化湖泊巢湖中蓝藻水华、水质变化和生态系统结构与功能变化三者之间的响应关系为研究主线，在上年工作的基础上，从今年年初展开研究工作，截止到目前，已经完成/正在进行的工作及取得的阶段性成果如下：
在03年工作的基础上，今年的工作重点以野外实验监控研究为主，实验点在巢湖六叉河流域和潜溪河流域，主要内容如下：
1、河流湖泊水质指标和生物学指标的测定。
2、研究了一级子流域中河流或溪流形态、生态结构、水的动态过程和湖泊水环境质量的关系，建立流域状况与营养盐、叶绿素a同水质之间的关系。
3、研究了溪流与河口水质的变化规律，分析溪流水体质量、入湖养分浓度和湖泊水质的响应关系，进而分析流域社会经济状况和湖泊富营养化的关系。
4、初步展开和确定水质异常过程的致因，并进行关联分析，建立湖泊富营养化灾害效应的评价指标和评价体系。
我们的初步结论是：
1、湖泊富营养化过程同相邻流域物质过程紧密相关。近年来巢湖水库化现
象严重，最明显的特点是库周湖滨带丧失，引起水体水质恶化和藻类疯长的氮磷等营养物质主要是通过流域中各级溪流、河流输入的。因此，一级流域中河流或溪流形态、生态结构、水质动态过程同湖泊水环境质量密切相关（见下图表）。我们以巢湖北岸中庙附近的六叉河流域中的源头溪流为研究对象，研究发现，溪流水体质量（水生植被初级生产力）、入湖养分浓度同湖泊水质（近河区域）存在响应关系。
2、降雨丰沛地区湖泊系统的淤积过程与异常水质过程所带来的结构/功能在短时间内偏离平衡，是湖泊富营养化灾害效应的核心问题之一，灾害效应评价必须首先确定水质异常过程的致因，并进行关联分析，建立湖泊灾害关联评价。
3、我们的初步分析认为，湖泊富营养化所引起的湖泊系统本身变化同流域河流或溪流水环境质量存在相关关系，通过河流环境评价可以建立湖泊富营养化的外源评价系统（传统评价是基于湖泊内源数据如湖泊水质、生态结构、水动力学过程及水产、旅游等为指标的内源评价系统）。这一评价体系对水库化湖泊尤其重要。
同时，众所周知，流域系统对湖泊水环境质量的影响非常显著，但是如何建立湖泊富营养化同流域社会经济效应方面关联分析，国内外一直鲜见合适的研究范例，这同缺少适当的有代表性因素-效应链有关，到目前为止，我们已经确定流域/湖泊富营养化评价的指标体系为：直接评价和间接评价指标体系，直接评价指标以传统的评价指标为主，细化为流域/湖泊物理环境指标、生态指标以及功能指标体系。间接指标则指流域多年来的社会经济发展等因素。
在上述指标体系分类基础上，通过对湖泊/河流水质分析（利用已有的WASP和SWAT模型）的有效评估，建立流域过程-湖泊富营养化动态（蓝藻-水质）-社会经济效应这一高度相关的链式评估体系和关联概念模型。由于指标体系比较复杂以及部分水质资料较难搜求，模型分析与构建尚处于初步阶段。
（二）在藻毒素生物合成机理和控制因素及其降解途径研究，以及异味物质研究方面，经过本课题组成员近两年来的努力工作，在以下的10个方面取得了一些进展：
1、
建立了水体和生物体（藻）中微囊藻毒素的定量测定方法（HPLC），
其主要步骤包括：水样→GF/C和0.45μm滤膜过滤→调整水样pH值→过预先活
化的C18 SPE固相萃取小柱→依次用水、20%甲醇淋洗→100%甲醇（含TFA）洗脱→浓缩、定容→HPLC定量分析。藻样→75%甲醇提取→离心、上清液浓缩去甲醇→加水调整后过预先活化的C18 SPE固相萃取小柱→后续步骤同水样。该方法经对大量野外样品和实验室培养样品的实际验证，被证明是完全可行的。该方法已被湖北省正式列为水体中微囊藻毒素的检测方法。
2、
建立了更为灵敏快速的微囊藻毒素检测方法—ELISA测试法，直接测
定实际水样,其灵敏度统计结果表明，ELISA法与HPLC法有非常好的相关性。除水样和藻样外，该方法还可望应用于生物样品（如鱼、浮游动物、植物）的检测。应用该方法对滇池的鲢、鳙鱼肌肉中的微囊藻毒素含量进行了检测，表明毒素含量低于WHO推荐的TDI值，在安全范围内。应用已建立的微囊藻毒素方法，对滇池2003-2004年水体中的微囊藻毒素含量进行了测定,初步掌握了滇池中微囊藻毒素的时空分布特征,为评价蓝藻水华灾害效应积累基础数据。目前正在整理数据，并与其它水化学和生物学参数进行比对和回归分析，以图找出其中的带有共同性的规律。
3、
完成其它几种毒素（如神经毒素和麻痹性贝毒素）的资料收集与整
理，经过比较,拟采用HPLC柱后衍生法和HPLC-MS方法进行测定。目前正在建立这些毒素的分析测定方法，并在室内已经培养出有毒淡水束丝藻，初步建立了大规模培养的工艺。
4、
利用自己纯化的微囊藻毒素MC-RR（纯度达90%以上），进行了藻毒
素的非生物降解研究(紫外光降解和化学氧化降解)。紫外光降解结果表明，在300-400nm(UVA)紫外光下,MC-RR只能部分降解,同时产生两种几何异构体4(Z)-Adda-MC-RR和 6(Z)-Adda-MC-RR；在光强为1.40-8.00mw/cm时,12h内MC-RR仅降解50～70%,产生的两种异构体始终保持一定的比例.在253.7nm(UVC)下, MC-RR除生成两种异构体外,还生成中间产物[三环-Adda]MC-RR,在光强0.850mw/cm2下照射60min, 产生的异构体和中间产物随MC-RR一起基本消失,降解率达99%.统计分析表明,在UVA和UVC下,MC-RR的浓度C随时间t的变化可用准2级反应速率方程描述,表观反应速率常数k随着光强度的增加而增大,二者呈线性正相关.尽管UVC强度仅为UVA的10%,但MC-RR在UVC下的反应速率却比UVA下高了近两个数量级。
2
5、 在用化学氧化法降解微囊藻毒素研究中，我们以高锰酸钾氧化MCRR
的反应动力学为主线，研究了影响高锰酸钾预氧化去除MCRR效率的因素，求解了反应的级数，并计算出反应的活化能，最后对反应产物进行了初步分析。结果表明，高锰酸钾氧化MCRR反应进行的非常迅速，在试验条件下，10min内MCRR降解率达99％以上，整个反应是一个二级反应，对于每种反应物而言均为一级反应，反应的活化能为18.9kJ/mol。当温度为15－30℃时，二级反应速率常数在0.154－0.225之间。影响高锰酸钾氧化去除MCRR的因素主要有初始高锰酸钾浓度、初始MCRR浓度及反应温度，另外pH对反应的速率也有一定影响。
6、
采用溶胶－凝胶法制备了纳米级的单一锐钛矿型掺银TiO2膜，研究
了其在太阳光下对MC-RR的催化降解行为。结果表明，太阳光/掺银TiO2膜光催化体系可以有效去除水体中的MC-RR，该反应可用准一级反应方程描述。镀膜次数和反应液的pH对掺银TiO2膜的光催化效率具有重要影响。反应介质对MC-RR的光催化氧化速率有一定影响，在蒸馏水、湖水和自来水中MC-RR的反应速率常数分别为0.0031、0.0016和0.0010min-1。
7、
实验证明了铵态氮、硝态氮、尿素氮、N，N 2 羟乙基苷氨酸 (bicine)、
亮氨酸或精氨酸都不能作为唯一氮源支持铜绿微囊藻的生长。但在bicine和硝态氮共同存在时，铜绿微囊藻可以达到快速稳定的生长和高的MC-LR含量。虽然精氨酸和亮氨酸是MC-LR环状多肽结构中的2个氨基酸组成成分，但它们的存在反而会抑制藻中MC-LR的产生。铁或硅对藻DC-1的生长没有明显的效应，但却显著刺激了藻对MC-LR的生物合成。藻细胞中的MC-LR含量变化规律是：在生长延迟期较低，进入生长指数期后逐渐增加并达到最大，在指数生长后期时又开始有所下降。
8、
初步建立了实验室培养产异味藻株中Geosmin和MIB的气相色谱测
定方法，并初步调查了富营养化湖泊中异味物质的含量和分布。
9、
开发了一种一次性、即制即用的新型固相微萃取离子液体涂层，这
种涂层具有热稳定性高、可以根据目标化合物设计特效离子液体涂层、制备简单、一次性使用无空白残留、成本极低和可方便地与气相色谱联用等优点，为简便、高效、低成本测定异味物质打下了坚实的基础。
10、 建立了吹扫捕集技术与气相色谱联用测定挥发性化合物的分析系