973計劃項目第8課題xx年度總結(jié)報告.doc

973計劃項目第8課題xx年度總結(jié)報告 3973計劃項目第88課題4xx年度總結(jié)報告項目名稱湖泊富營養(yǎng)化過程與藍藻水華暴發(fā)機理研究項目編號xxCB412300課題名稱湖泊富營養(yǎng)化成災(zāi)機理及危害課題編號xxCB412308課題負責(zé)人潘綱、肖邦定二四年十二月 一、年度計劃執(zhí)行情況1.年度計劃完成情況；目前第八課題組的年度計劃進展順利，任務(wù)完成較好。 在論文發(fā)表上，共發(fā)表13篇文章，其中7篇SCI文章，6篇國內(nèi)核心期刊文章。 高于“SCI論文2篇，國內(nèi)核心期刊論文2篇”的考核指標。 2.研究工作的主要進展；隨著整個973項目的進展，以及最近整個環(huán)境科學(xué)界的一些新的研究動向，有些研究內(nèi)容進行了相應(yīng)調(diào)整。 在時間上，可能有的內(nèi)容有所前移，有的則有所后推，呈現(xiàn)出一定的交叉趨勢。 其間，也出現(xiàn)了一些新的研究思路，對整個課題的完成增加了一些亮點。 （一）在富營養(yǎng)化危害生態(tài)系統(tǒng)的表現(xiàn)、特征和評價研究中，針對湖泊富營養(yǎng)化對水環(huán)境質(zhì)量、水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能、區(qū)域水資源、人類健康的危害影響這一核心目標，以我國東部江淮地區(qū)富營養(yǎng)化湖泊巢湖中藍藻水華、水質(zhì)變化和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化三者之間的響應(yīng)關(guān)系為研究主線，在上年工作的基礎(chǔ)上，從今年年初展開研究工作，截止到目前，已經(jīng)完成/正在進行的工作及取得的階段性成果如下在03年工作的基礎(chǔ)上，今年的工作重點以野外實驗監(jiān)控研究為主，實驗點在巢湖六叉河流域和潛溪河流域，主要內(nèi)容如下 1、河流湖泊水質(zhì)指標和生物學(xué)指標的測定。 2、研究了一級子流域中河流或溪流形態(tài)、生態(tài)結(jié)構(gòu)、水的動態(tài)過程和湖泊水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，建立流域狀況與營養(yǎng)鹽、葉綠素a同水質(zhì)之間的關(guān)系。 3、研究了溪流與河口水質(zhì)的變化規(guī)律，分析溪流水體質(zhì)量、入湖養(yǎng)分濃度和湖泊水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系，進而分析流域社會經(jīng)濟狀況和湖泊富營養(yǎng)化的關(guān)系。 4、初步展開和確定水質(zhì)異常過程的致因，并進行關(guān)聯(lián)分析，建立湖泊富營養(yǎng)化災(zāi)害效應(yīng)的評價指標和評價體系。 我們的初步結(jié)論是 1、湖泊富營養(yǎng)化過程同相鄰流域物質(zhì)過程緊密相關(guān)。 近年來巢湖水庫化現(xiàn)象嚴重，最明顯的特點是庫周湖濱帶喪失，引起水體水質(zhì)惡化和藻類瘋長的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)主要是通過流域中各級溪流、河流輸入的。 因此，一級流域中河流或溪流形態(tài)、生態(tài)結(jié)構(gòu)、水質(zhì)動態(tài)過程同湖泊水環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)（見下圖表）。 我們以巢湖北岸中廟附近的六叉河流域中的源頭溪流為研究對象，研究發(fā)現(xiàn)，溪流水體質(zhì)量（水生植被初級生產(chǎn)力）、入湖養(yǎng)分濃度同湖泊水質(zhì)（近河區(qū)域）存在響應(yīng)關(guān)系。 2、降雨豐沛地區(qū)湖泊系統(tǒng)的淤積過程與異常水質(zhì)過程所帶來的結(jié)構(gòu)/功能在短時間內(nèi)偏離平衡，是湖泊富營養(yǎng)化災(zāi)害效應(yīng)的核心問題之一，災(zāi)害效應(yīng)評價必須首先確定水質(zhì)異常過程的致因，并進行關(guān)聯(lián)分析，建立湖泊災(zāi)害關(guān)聯(lián)評價。 3、我們的初步分析認為，湖泊富營養(yǎng)化所引起的湖泊系統(tǒng)本身變化同流域河流或溪流水環(huán)境質(zhì)量存在相關(guān)關(guān)系，通過河流環(huán)境評價可以建立湖泊富營養(yǎng)化的外源評價系統(tǒng)（傳統(tǒng)評價是基于湖泊內(nèi)源數(shù)據(jù)如湖泊水質(zhì)、生態(tài)結(jié)構(gòu)、水動力學(xué)過程及水產(chǎn)、旅游等為指標的內(nèi)源評價系統(tǒng)）。 這一評價體系對水庫化湖泊尤其重要。 同時，眾所周知，流域系統(tǒng)對湖泊水環(huán)境質(zhì)量的影響非常顯著，但是如何建立湖泊富營養(yǎng)化同流域社會經(jīng)濟效應(yīng)方面關(guān)聯(lián)分析，國內(nèi)外一直鮮見合適的研究范例，這同缺少適當?shù)挠写硇砸蛩?效應(yīng)鏈有關(guān)，到目前為止，我們已經(jīng)確定流域/湖泊富營養(yǎng)化評價的指標體系為直接評價和間接評價指標體系，直接評價指標以傳統(tǒng)的評價指標為主，細化為流域/湖泊物理環(huán)境指標、生態(tài)指標以及功能指標體系。 間接指標則指流域多年來的社會經(jīng)濟發(fā)展等因素。 在上述指標體系分類基礎(chǔ)上，通過對湖泊/河流水質(zhì)分析（利用已有的WASP和SWAT模型）的有效評估，建立流域過程-湖泊富營養(yǎng)化動態(tài)（藍藻-水質(zhì)）-社會經(jīng)濟效應(yīng)這一高度相關(guān)的鏈式評估體系和關(guān)聯(lián)概念模型。 由于指標體系比較復(fù)雜以及部分水質(zhì)資料較難搜求，模型分析與構(gòu)建尚處于初步階段。 （二）在藻毒素生物合成機理和控制因素及其降解途徑研究，以及異味物質(zhì)研究方面，經(jīng)過本課題組成員近兩年來的努力工作，在以下的10個方面取得了一些進展 1、建立了水體和生物體（藻）中微囊藻毒素的定量測定方法（HPLC），其主要步驟包括水樣GF/C和0.45m濾膜過濾調(diào)整水樣pH值過預(yù)先活化的C18SPE固相萃取小柱依次用水、20%甲醇淋洗100%甲醇（含TFA）洗脫濃縮、定容HPLC定量分析。 藻樣75%甲醇提取離心、上清液濃縮去甲醇加水調(diào)整后過預(yù)先活化的C18SPE固相萃取小柱后續(xù)步驟同水樣。 該方法經(jīng)對大量野外樣品和實驗室培養(yǎng)樣品的實際驗證，被證明是完全可行的。 該方法已被湖北省正式列為水體中微囊藻毒素的檢測方法。 2、建立了更為靈敏快速的微囊藻毒素檢測方法ELISA測試法，直接測定實際水樣,其靈敏度統(tǒng)計結(jié)果表明，ELISA法與HPLC法有非常好的相關(guān)性。 除水樣和藻樣外，該方法還可望應(yīng)用于生物樣品（如魚、浮游動物、植物）的檢測。 應(yīng)用該方法對滇池的鰱、鳙魚肌肉中的微囊藻毒素含量進行了檢測，表明毒素含量低于WHO推薦的TDI值，在安全范圍內(nèi)。 應(yīng)用已建立的微囊藻毒素方法，對滇池xx-xx年水體中的微囊藻毒素含量進行了測定,初步掌握了滇池中微囊藻毒素的時空分布特征,為評價藍藻水華災(zāi)害效應(yīng)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 目前正在數(shù)據(jù)，并與其它水化學(xué)和生物學(xué)參數(shù)進行比對和回歸分析，以圖找出其中的帶有共同性的規(guī)律。 3、完成其它幾種毒素（如神經(jīng)毒素和麻痹性貝毒素）的資料收集與，經(jīng)過比較,擬采用HPLC柱后衍生法和HPLC-MS方法進行測定。 目前正在建立這些毒素的分析測定方法，并在室內(nèi)已經(jīng)培養(yǎng)出有毒淡水束絲藻，初步建立了大規(guī)模培養(yǎng)的工藝。 4、利用自己純化的微囊藻毒素MC-RR（純度達90%以上），進行了藻毒素的非生物降解研究(紫外光降解和化學(xué)氧化降解)。 紫外光降解結(jié)果表明，在300-400nm(UVA)紫外光下,MC-RR只能部分降解,同時產(chǎn)生兩種幾何異構(gòu)體4(Z)-Adda-MC-RR和6(Z)-Adda-MC-RR；在光強為1.40-8.00mw/cm2時,12h內(nèi)MC-RR僅降解5070%,產(chǎn)生的兩種異構(gòu)體始終保持一定的比例.在253.7nm(UVC)下,MC-RR除生成兩種異構(gòu)體外,還生成中間產(chǎn)物三環(huán)-AddaMC-RR,在光強0.850mw/cm2下照射60min,產(chǎn)生的異構(gòu)體和中間產(chǎn)物隨MC-RR一起基本消失,降解率達99%.統(tǒng)計分析表明,在UVA和UVC下,MC-RR的濃度C隨時間t的變化可用準2級反應(yīng)速率方程描述,表觀反應(yīng)速率常數(shù)k隨著光強度的增加而增大,二者呈線性正相關(guān).盡管UVC強度僅為UVA的10%,但MC-RR在UVC下的反應(yīng)速率卻比UVA下高了近兩個數(shù)量級。 5、在用化學(xué)氧化法降解微囊藻毒素研究中，我們以高錳酸鉀氧化MCRR的反應(yīng)動力學(xué)為主線，研究了影響高錳酸鉀預(yù)氧化去除MCRR效率的因素，求解了反應(yīng)的級數(shù)，并計算出反應(yīng)的活化能，最后對反應(yīng)產(chǎn)物進行了初步分析。 結(jié)果表明，高錳酸鉀氧化MCRR反應(yīng)進行的非常迅速，在試驗條件下，10min內(nèi)MCRR降解率達99以上，整個反應(yīng)是一個二級反應(yīng)，對于每種反應(yīng)物而言均為一級反應(yīng)，反應(yīng)的活化能為18.9kJ/mol。 當溫度為1530時，二級反應(yīng)速率常數(shù)在0.1540.225之間。 影響高錳酸鉀氧化去除MCRR的因素主要有初始高錳酸鉀濃度、初始MCRR濃度及反應(yīng)溫度，另外pH對反應(yīng)的速率也有一定影響。 6、采用溶膠凝膠法制備了納米級的單一銳鈦礦型摻銀TiO2膜，研究了其在太陽光下對MC-RR的催化降解行為。 結(jié)果表明，太陽光/摻銀TiO2膜光催化體系可以有效去除水體中的MC-RR，該反應(yīng)可用準一級反應(yīng)方程描述。 鍍膜次數(shù)和反應(yīng)液的pH對摻銀TiO2膜的光催化效率具有重要影響。 反應(yīng)介質(zhì)對MC-RR的光催化氧化速率有一定影響，在蒸餾水、湖水和自來水中MC-RR的反應(yīng)速率常數(shù)分別為0. 0031、0.0016和0.0010min-1。 7、實驗證明了銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、尿素氮、N，N2羥乙基苷氨酸(bicine)、亮氨酸或精氨酸都不能作為唯一氮源支持銅綠微囊藻的生長。 但在bicine和硝態(tài)氮共同存在時，銅綠微囊藻可以達到快速穩(wěn)定的生長和高的MC-LR含量。 雖然精氨酸和亮氨酸是MC-LR環(huán)狀多肽結(jié)構(gòu)中的2個氨基酸組成成分，但它們的存在反而會抑制藻中MC-LR的產(chǎn)生。 鐵或硅對藻DC-1的生長沒有明顯的效應(yīng)，但卻顯著刺激了藻對MC-LR的生物合成。 藻細胞中的MC-LR含量變化規(guī)律是在生長延遲期較低，進入生長指數(shù)期后逐漸增加并達到最大，在指數(shù)生長后期時又開始有所下降。 8、初步建立了實驗室培養(yǎng)產(chǎn)異味藻株中Geosmin和MIB的氣相色譜測定方法，并初步調(diào)查了富營養(yǎng)化湖泊中異味物質(zhì)的含量和分布。 9、開發(fā)了一種一次性、即制即用的新型固相微萃取離子液體涂層，這種涂層具有熱穩(wěn)定性高、可以根據(jù)目標化合物設(shè)計特效離子液體涂層、制備簡單、一次性使用無空白殘留、成本極低和可方便地與氣相色譜聯(lián)用等優(yōu)點，為簡便、高效、低成本測定異味物質(zhì)打下了堅實的基礎(chǔ)。 10、建立了吹掃捕集技術(shù)與氣相色譜聯(lián)用測定揮發(fā)性化合物的分析系統(tǒng)，該方法基體干擾小、靈敏度高，已成功用于測定北京周圍城市運河和周圍河水中的二甲基硫和二甲基二硫等惡臭物質(zhì)，為建立吹掃捕集與氣相色譜聯(lián)用測定異味物質(zhì)的分析方法打下了很好的基礎(chǔ)。 現(xiàn)主要研究用液相微萃取及膜萃取技術(shù)分離富集異味物質(zhì)，有希望在此基礎(chǔ)上建立能夠滿足實際樣品分析需要的分析方法。 目前正準備用上述兩種方法測定Geosmin和MIB等異味物質(zhì)。 3.如有重要階段性成果或突破，請重點闡述。 一個重要的進展就是將分子生物學(xué)實驗方法引入到毒性評價的研究中來，發(fā)展了一種利用質(zhì)粒DNA快速檢測環(huán)境污染物毒性的方法。 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們正努力從細胞水平、分子水平、以及基因的角度去評價、揭示環(huán)境污染物對生物的毒性。 近20多年來發(fā)展起來的單細胞凝膠電泳(SCGE)就是在單細胞水平上對環(huán)境污染物的毒性進行評價的方法。 目前，許多學(xué)者運用各種手段，如，電泳、HPLC4、LC-ECD6GC-MS-SIM9和EPR10等對重金屬及其化合物與核酸的相互作用機理進行了廣泛而又深入地研究212。 這不僅對研究醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中污染物在生物體中所起的作用及其對許多疾病的成因和研制抗癌藥物等具有重要意義，而且有可能為研究污染物的遺傳毒理及毒性評價提供新的視角和檢測技術(shù)。 本項技術(shù)目前已經(jīng)針對重金屬污染取得了一些進展，文章已被環(huán)境科學(xué)接受xx年發(fā)表。 現(xiàn)在正在著手對更為廣泛的環(huán)境污染物（包括藻毒素）的毒性進行評價。 二、項目執(zhí)行過程中存在的問題及其對策。 1、經(jīng)費問題。 我們課題組相當一部分工作主要是在野外（如太湖、巢湖、東湖等），以流域野外試驗為主，工作量較大，經(jīng)費投入較高，由于冬天還要持續(xù)研究，經(jīng)費已經(jīng)不足，希望下一年度的經(jīng)費能早點到位。 另外，湖泊富營養(yǎng)化是一個長效問題，其災(zāi)害評估需要的數(shù)據(jù)多，資料搜集比較困難。 根源主要也是經(jīng)費問題。 2、人員問題。 人力資源相對于課題本身的工作量來講還是不夠。 有的子課題就因為人少，前階段進展緩慢，后來開始增加了博士生，專門進行本課題的研究，才使進展快起來。 3、研究地域相對分散。 這樣數(shù)據(jù)不利用于相互比較，也難于總結(jié)出普遍性的規(guī)律來。 希望能在以前工作基礎(chǔ)上，是研究區(qū)域相對集中。 三、下年度研究工作計劃和進度安排。 基本按照合同規(guī)定，按部就班的進行。 對于有特色的研究，或者由可能導(dǎo)致重大突破或重要進展的工作，可以適當優(yōu)先進行。 在本年度研究基礎(chǔ)上，下一階段繼續(xù)野外監(jiān)控研究，展開巢湖流域河流/湖泊水質(zhì)模型研究，為富營養(yǎng)化災(zāi)害效應(yīng)評估奠定基礎(chǔ)。 繼續(xù)研究和完善測定Geosmin和MIB等異味物質(zhì)的方法，在太湖或巢湖的典型水域，選擇監(jiān)測點，采集不同時間等環(huán)境條件下的樣品，測定Geosmin和MIB的含量。 先建立測定方法，再做環(huán)境調(diào)查，最后看能否做一下這兩種物質(zhì)的產(chǎn)生機理。 附件1年度研究內(nèi)容預(yù)期目標第二年 1、鑒定水華藍藻的優(yōu)勢藻種和識別藻毒素的主要種類； 2、篩選產(chǎn)毒藍藻藻種和能夠降解藻毒素的微生物菌種； 3、Geosmin和MIB等異味物質(zhì)的膜萃取采樣裝置，及氣相色譜測定方法的驗證。 篩查產(chǎn)生Geosmin和MIB等異味物質(zhì)的藍藻種類； 4、野外考察，豐富完善數(shù)據(jù)庫，圖形與統(tǒng)計初步分析。 1、確定藍藻水華的優(yōu)勢藻種，篩選和鑒定出產(chǎn)毒的藻種； 2、篩選出高效降解藻毒素的微生物菌種； 3、建立能滿足實際樣品分析要求Geosmin和MIB的分析測定方法，查明產(chǎn)生這兩種異味物質(zhì)的藍藻種類； 4、完成富營養(yǎng)化災(zāi)害效應(yīng)的關(guān)聯(lián)分析，初步選擇出評價體系； 5、發(fā)表SCI論文2篇，國內(nèi)核心期刊論文2篇。 第三年 1、研究不同氮磷形態(tài)對產(chǎn)毒藍藻生長和產(chǎn)毒的效應(yīng)； 2、研究微生物降解藻毒素的活性和動力學(xué)過程； 3、采集不同時間等環(huán)境條件下水藻及水樣品，測定Geosmin和MIB含量； 4、統(tǒng)計分析富營養(yǎng)化與湖泊生態(tài)結(jié)構(gòu)、過程與功能之間的相應(yīng)關(guān)系，總結(jié)危害表現(xiàn)及效應(yīng)模式，確定災(zāi)害機理。 1、確定不同形態(tài)的氮磷對藍藻生長和產(chǎn)毒的作用與機理； 2、確定微生物對藻毒素的降解能力和環(huán)境安全性； 3、積累數(shù)據(jù)，初步查找Geosmin和MIB隨時間等環(huán)境條件變化規(guī)律； 4、完成評價體系，初步建立模型，提交階段性分報告； 5、發(fā)表SCI論文2篇，國內(nèi)核心期刊論文3篇；申請國家專利1項；培養(yǎng)碩士或博士研究生2名。 附件2目前實際執(zhí)行973第8課題人員名單姓名年齡性別工作單位學(xué)位職稱研究領(lǐng)域新成員組長潘綱46男中科院生態(tài)環(huán)境研究中心博士正