当前世界环境

介绍

监测水道本身和整个集水区的环境状况是一个重要的工具，它应该使决策者能够正确地确定环境管理计划中的优先事项，以实现其可持续发展的利益^{1、2、3、4、5所示}。

德里纳河流域延伸至4个国家(阿尔巴尼亚，黑山，波斯尼亚和黑塞哥维那和塞尔维亚)，塞尔维亚和波斯尼亚和黑塞哥维那之间的国家边界位于河流的中下游。作为萨瓦河最大的支流，它属于流入黑海的多瑙河盆地。在其流域，大约有100万居民，他们的活动(采矿、工业、农业、农村和城市住区)对水生生态系统造成了巨大压力。⁶。

在德里纳河流域，大约有80个官方水文站，定期测量水流和水位，164个雨站监测降水情况，26个气象站监测气温，而其他气象参数在数量少得多的气象站测量⁷。德里纳河的主要特点是在春季由融雪和春雨引起的峰值流量。另一方面，夏季的最小流量(8月和9月)和不均匀(时间和空间)的秋季最大流量是夏季的特征。水电大坝对德里纳河的水文特征有显著影响⁸其中两座位于塞尔维亚:巴伊纳水电站(HPP) Bašta和兹沃尼克水电站。根据《确定地表水和地下水水体条例》(官方公报RS, 96/2010)，德里纳河被归类为一个经过重大修改的水体。根据《地表水和地下水生态、化学和数量状况参数条例》(Official gazet RS, 74/2011)，德里纳河被划分为第2类——大河，以中间层为主。

德里纳河是一条山间水道，瀑布很大，有很强的自净能力⁹因此，根据塞尔维亚共和国水文气象局2015年官方监测，其水质主要处于二类。但是，这种监测包括水的物理和化学参数，包括作为有害物质的重金属的浓度，而不包括沉积物和悬浮固体分析，以及对生物群中重金属含量的分析。

河流水质的理化特征是在水文、地形、集水区利用、土壤因子、侵蚀、基岩地质等因素的共同作用下，结合人为因素的环境影响以及水体和全流域生物的影响而发生变化的¹⁰。重金属对植物、动物和人类都是有毒的，如果它们的浓度很高，就会构成很大的威胁¹¹。有毒金属可以在水生生态系统中(通过水的相互作用、沉积物和食物链上的生物群)积累和生物放大，是最危险的污染物群之一¹²。水生植物栖息在水生生态系统的水域和沿海部分，根据其形态和生理特征以及生态适应性，它们可以用作生物监测或/和植物修复剂^13，14。由于缺乏组织屏障，根据物种、环境条件及其在水和沉积物中的可用性，大型植物可以积累HM^15日16。重金属在水生生态系统中的含量代表了其在整个生命周期中的存在，而化学测量只能提供当前状态的信息¹⁷。

本研究的目的是将水、悬浮物和沉积物中HM浓度的化学分析数据与本地大型植物中的HM含量进行比较。Myriophyllum spicatum(欧亚水仙，穗水仙)，和Potamogeton pusillus，(小池塘草，小池塘草或最少池塘草)，在塞尔维亚德里纳河上的Bajina Bašta和Zvornik水电站的水库中。

材料与方法

用于分析的样本于2015年10月从以下地点的水、悬浮固体、沉积物和大型植物中采集:HPP Zvornik水库，大坝上游200米(N 44°2′24.81”;东经19°06′10.07”)和大坝上游200 m的Bajina水电站水库Bašta;(n 43°58′03.35”;根据ISO 5667-6、EN ISO 5667- 3:20 07、ISO 5667-12方法，在东经19°24′11.14”处的德里纳河中流(图1)。水样采集于200 ml的塑料瓶中，取样采用Grab取样器(挖泥船)取底泥表面。沉积物样本收集在玻璃罐中。悬浮沉积物取样作为复合泵的深度PTP-150便携式泵。所有样品运输到实验室，保存在4°C。过滤水样后，将颗粒干燥并称重以测定悬浮物。人工采集植物材料，面积1m²重复3次，距离水边1-3米。将收集到的植物材料干燥，并于2015年12月制备了用于重金属分析的母体溶液。结果以平均值±标准差(SD)表示。

图1:塞尔维亚德里纳河的样本采集点。资料来源:SASplanet 160707, ESRI ArcGIS。国家地理&谷歌地图(GoogleMapMaker) 点击此处查看图

在认可的实验室对样品进行了Zn、Cd、Cu、Pb、Cr、As (EPA7000b)、Ni (EPA7010)和Hg (H1.004)的分析。采用火焰原子吸收分光光度法(AAS) (Perkin Elmer Analyst 700)测定沉积物、悬浮物和植物材料中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、As和Hg的含量，用王水(HCl + HNO3, 3:1)对样品(EPA 3051)进行微波消解和过滤。金属含量的结果是根据沉积物、悬浮物和植物的干重计算的。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS, Perkin Elmer ELAN 5000)测定水中金属的浓度。

将分析结果与《地表水、地下水和沉积物中污染物限量值€[]及达标时限条例》、《污染地表水的优先和优先有害物质限量值€[]及达标时限条例》、基于最大允许污染物浓度(MAC)和修复值(RV)的地表水生态和化学状态参数以及化学和地下水定量状态参数法规(塞尔维亚共和国官方公报，第50/2012、24/2014和74/2011号)。

结果

水中HM的含量低于所采用方法的检出限(表1)，低于极限值，属于i类。这些水在自然状态下或经过消毒后，可以用于任何目的，甚至可以为定居点提供饮用水，用于食品工业和养殖珍贵鱼类(鲑科）.这与前一个多年期的官方监测和分析结果是一致的¹⁸。

表1:水中重金属含量

关键词:Z - Zvornik储层;巴吉纳HPP bb -储层Bašta

Zvornik油藏的Ni、Zn、Cd、Cu和Bajina Bašta油藏的Zn、Cu和Hg的悬浮物HM含量均超过了极限值(表2)。为了与MAC和RV进行比较，HM含量通过有机质和粘土颗粒含量进行校正。Zvornik水库和Bajina Bašta水库的锌和铜浓度均超过了修复值。HM在生态系统中悬浮固体中的影响并不重要，因为其含量低于10毫克/升的水。

表2:悬浮固体中重金属含量

关键字:1 -实测值，2 -修正值，MAC -最大可耐受浓度;RV -修复价值，Z -储层;巴吉纳HPP bb -储层Bašta

Zvornik水库沉积物HM中Ni、Zn、Cd、Pb和As的含量均超过MAC(超过RV)， Bajina Bašta水库沉积物HM均未超过MAC(表3)。

表3:沉积物中重金属含量

关键字:1 -实测值，2 -修正值，MAC -最大可耐受浓度;RV -修复价值，Z -储层;巴吉纳HPP bb -储层Bašta

Potamogeton pusillus在兹沃尼克水库和Myriophyllum spicatum在巴吉纳Bašta水库。化学分析结果表明，该地点的污染程度为:Zvornik Pb, Cu, As, Bajina Bašta Pb, Cu, Ni(表4)。

在所有检测的情况下，大型植物中的HM含量高于水中，与悬浮物和沉积物的关系取决于植物种类和金属。对Ni、Cd和As的积累只在Myriophyllum spicatum,两种类型中Cu和Pb的含量

Potamogeton pusillus避免了Ni、Zn、Cr和As的富集，Cd和Cu的浓度接近悬浮物和沉积物中的浓度。Myriophyllum spicatum避免了Zn、Ni来自沉积物，Cr来自悬浮物，Cd、Pb的浓度与悬浮物相近。

表4:大型植物重金属含量

关键词:M/SS -大型植物中HM浓度与悬浮固体中HM浓度之比，M/S -大型植物中HM浓度与沉积物中HM浓度之比，Z - HPP Zvornik水库;巴吉纳HPP bb -储层Bašta

讨论

大型植物的指示功能在生态学研究中越来越受到重视，因为植物组织中某一元素的含量是该元素在水生环境中存在的指示物。水下物种从水生环境中积累化学元素的能力特别明显，因此它们组织中单个元素的浓度可能比它们在外部环境中的浓度高10倍、100倍或几千倍^19、20。因此，水生生态系统中大型植物在重金属循环中的作用是不可替代的。这种循环以两种方式进行:直接通过金属的生物积累，间接通过减缓水流，导致金属离子的分散颗粒更快地沉积。水生植物对营养物质和重金属的吸收没有调节机制，因此它们对外部环境的影响是通过化学元素的生物浓缩过程来表现的，而营养物质和金属在其组织中的积累增加最常见的原因是它们在水生环境中的浓度增加^21日,22日。我们的研究结果表明，所调查的所有HM的生物积累与水有关，以及悬浮固体的沉积(Zvornik水库中的Pb和Bajina Bašta水库中的Ni)。

利用大型植物对重金属进行生物监测具有及时提供水生生态系统质量综合信息的优势^19、20。重金属在大型植物中的积累速度取决于植物种类、金属的类型及其浓度，以及决定重金属生物利用度的水的物理化学性质。在积累HPP巴吉纳Bašta，Miriophillum spicatum除砷、镍以外的所有金属都通过悬浮施用和沉积物中的浓度积累。在积累HPP ZvornikPotamogeton pusillus在美国，铅在悬浮物和沉积物中的积累甚至超过了浓度。Potamogeton而天然栖息在水生生态系统中的其他类型的大型植物可以通过根部、沉积物和/或水中的水体和悬浮物吸收重金属，因此它们非常适合监测生物可利用的重金属²³。

水、沉积物、悬浮物和大型植物中HM含量之间缺乏显著相关性，这可以通过研究来解释:水、悬浮物和沉积物中HM含量的物理化学分析是基于当前样品的，参考HM的总含量，而不显示任何有关先前条件的信息。采样是在10月份进行的，当时由于夏季的气候条件(降水少)，水位和流量都很低，导致周围地形的侵蚀不良，HM浸出率低。在一年中集约生长结束的这一时期检查的大型植物和其中的HM含量表明它们在前一时期(至少从营养期开始)以生物可利用形式存在。由于只有生物可利用的HM形式才能进入食物链，在那里它们可以证明其毒性，以评估水生生态系统的状况，因此它们是比其总体含量更合适的参数¹。河流系统中重金属的低可用性可能是由于流量及其速率与停滞的湖泊系统相比。对于高压储层，条件还包括流动和停滞，这给解释实验数据带来了困难。与铁、锰、镍、锌等必需金属相比，- Cr、Cd、Pb等剧毒金属的大型植物浓度通常较低²⁴。德里纳河植物中重金属浓度最高的是铅，这可能表明对水、悬浮物和沉积物现状的检测未检测到某些短暂的人为污染。

结果表明，有必要进一步监测大型植物、悬浮物和沉积物中重金属的浓度，以指示和评价水生生态系统的质量，促进可持续发展。下一阶段，建议建立德里纳河流域大型植物地图集，并进行重金属含量分析，为这些污染物的时空分布提供完整的数据。

致谢

这项研究得到了塞尔维亚电力工业的支持(关于水库和德里纳河流量的退化过程和平衡污染的研究)。

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