两个湖泊生态系统不同组分重金属的生物积累
AMIYA TIRKEY1*P. Shrivastava2A.萨克斯纳1
1mp污染控制委员会，博帕尔，462016印度
2印度博帕尔巴拉图拉大学生命科学与湖泊学系
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.15
采用原子吸收分光光度计测定了两个不同湖泊沉积物、水体和鱼类样品中重金属(Cu、Cd、Ni、Fe和Pb)的生物富集量;淡水和污水分别来自博帕尔的上游和沙普拉湖。印度。除铅外，污染湖泊中所有微量金属均高于淡水湖。实验结果清楚地显示了两湖不同营养水平的重金属积累。
生物体内积累;重金属;湖上;Shahpura湖;营养级
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李建军，李建军，李建军，等。长江三角洲不同生态系统组分中重金属的生物积累特征。生态学报，2012;7(2):293-297 DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.15
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李建军，李建军，李建军，等。长江三角洲不同生态系统组分中重金属的生物积累特征。环境科学学报，2012;7(2):293-297。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=2890
介绍
在沉积物、水和水生动植物中已经观察到重金属对水生生态系统的污染(Forstner和Whittmann, 1983)。不同的水生生物通常以不同的方式对外界污染作出反应，其中水、沉积物或食物中元素的数量和形式将决定其积累程度(Langston & Spence, 1995)。进入水生生态系统的重金属来自不同的来源，如植物和植被的腐烂、大气颗粒物、生活和城市废物的排放等等. .， 2005, Fatma a.s.m.， 2008)。
像陆地系统中的土壤一样，沉积物是水生环境中重金属的主要汇。重金属一旦被沉积物吸收，水生生物就不能自由利用了。在变化的环境条件下(温度、pH、氧化还原电位、盐度)，这些有毒金属被释放回水相(Soares)et al。, 1999)。因此，沉积物的评价对研究水生生态系统的风险具有重要意义。同样地，鱼类通过摄入水、食物材料和溶解金属通过亲脂膜(如鳃)或表面膜(如皮肤)吸附的持续离子交换过程来吸收这些重金属。鱼类体内重金属的积累区域因吸收途径、重金属种类和有关鱼类种类而异。因此，它们作为生物监测仪的潜在用途在评估生态系统内污染物的生物积累和生物放大方面具有重要意义。
材料与方法
研究区域
选取了两个主要的人工水资源进行研究。这两个湖因其美丽的地理位置而具有重要的商业价值，但也面临着严重的环境压力。
沙普拉湖(北纬23度18分，东经77度27分)，平均海拔488米。这个湖的面积为2.6公里2平均水深3.0米，集水区面积8.3公里2。每天约有110吨固体废物在集水区产生，每天有960万升污水从集水区(Shrivastava)的居民区进入湖泊et al .,2003)。它位于城市的东南部，接收大量的生活污水和城市污水。湖水用于养鱼、偶像浸泡、养牛、洗涤和小型灌溉。
上湖(东经23°12′-东经23°16′，东经77°18′- 77°23′)面积为31平方公里，集水区面积为361平方公里。上湖流域大部分是农村，东端有一些城市化地区。湖的地形表明盆地是天然的，因为湖的南北两侧是丘陵，而西端是平坦的轮廓，形成了农业用地(Dixit S。et al .,2005)。它是该市居民饮用水的主要来源，每天为大约40%的居民提供近3000万加仑的饮用水。湖水用于钓鱼、划船、偶像浸泡和灌溉。
现场取样
沙普拉湖和上湖的水和沉积物取样是根据检查水中重金属的标准方法中概述的原则和程序进行的(环境卫生管理局，1995年)。夏季(2010年3月至5月)每个月都进行了采样。渔护署从本地渔民处收集鱼类样本，送化验所解剖及进一步测定重金属含量。
重金属测定
地表水是通过蘸取一升容量的白色飓风来收集的。用2ml HNO酸化水样3.在采样点。采用原子吸收光谱法对水样中的重金属进行了分析。沉积物样品在室温下干燥，用杵和臼研磨。用0.2mm滤网筛过，保存在干净的塑料袋中待分析。在不锈钢手术刀的帮助下，切除了鱼的肝脏、鳃和肌肉组织。根据标准方法对沉积物和鱼组织进行酸消化。用原子吸收分光光度计(GBC Avanta PM，澳大利亚)估计重金属浓度。所有使用的试剂都是AnalaR级的，所有的玻璃器皿和聚丙烯都用酸性清洁试剂进行了适当的清洁，并用蒸馏去离子水彻底冲洗。
结果与讨论
表1列出了从两个湖泊收集的沉积物、水和鱼类样本中估计的重金属浓度。
不同成分的重金属浓度各不相同。
铜
它对人的生命至关重要，但高剂量可引起贫血、肝肾损伤、胃肠道刺激等。上湖和沙普勒湖水体中Cu的平均浓度分别为(0.00±0.00 mg/l)、(0.001±0.001 mg/l)和鱼类中Cu的平均浓度分别为(0.7±0.2 mg/kg)、(0.61±0.17 mg/kg)，均在WHO(2004)标准范围内。在沉积物样本中，上湖的铜含量为32.75±19.88mg/kg，而沙普拉湖的铜含量为233.45±238.54mg/kg(图1)。饮用水中痕量的铜可能是由于铜管的衬里，以及用于控制藻类生长的添加剂。
镉
镉的毒理学特性源于其与锌的化学相似性，锌是植物、动物和人类必需的微量营养素。镉具有生物持久性，一旦被生物体吸收，虽然最终被排出体外，但仍会存在多年(对人类来说是几十年)。高剂量接触会导致阻塞性肺病，甚至可能导致肺癌。Cd会导致人类和动物的骨缺损。两湖水体Cd均低于可检出限(0.00mg/l)(图2)。上湖和沙普拉湖鱼类肌肉的生物积累量分别为0.726±0.045mg/kg和0.61±0.17mg/kg。
镍
人体需要少量的镍来产生红细胞，但过量的镍会产生轻微的毒性。短期过度接触镍不会造成任何健康问题，但长期接触镍会导致体重下降、心脏和肝脏损伤以及皮肤刺激。沉积物中Ni的平均浓度分别为29.0±19.51 mg/kg和47.0±14.94 mg/kg，水体中Ni的平均浓度分别为0.032±0.015 mg/l和47.0±14.94 mg/l，上游和沙普拉湖鱼类肌肉中Ni的平均浓度分别为0.33±0.57 mg/kg和2.0±1.0 mg/kg(图3)。受污染水体鱼类的Ni具有生物蓄积性，可能不适合人类食用。
铁
铁是植物和动物新陈代谢所必需的。铁超载在人类中并不常见，但可能由于遗传缺陷而发生。这种负荷导致脂质氧化降解、细胞间和细胞外蛋白质破坏以及DNA损伤。上湖和沙普拉湖鱼类肌肉中铁的极值分别为22.11±4.01 mg/kg和82.66±4.50 mg/kg，远高于世界卫生组织(WHO) 2004年标准。其原因可能是鱼类通过肠壁吸收铁残留物(Bu-Olayan a.h.， 2008)。同样，上湖和沙赫普拉湖沉积物样品的浓度分别为14025±6709 mg/kg和56650±43888 mg/kg(图4)。淡水和污染湖泊的水显示了人类和水生生物安全饮用的允许限量。
引领
环境中的铅既有自然来源，也有人为来源。可通过饮用水、食物、空气、土壤和含铅旧油漆产生的灰尘接触铅。高水平的接触可能导致人体的生化影响，进而导致血红蛋白合成问题，对肾脏、胃肠道、关节和生殖系统产生影响，并对神经系统造成急性或慢性损害。上湖和沙普拉湖沉积物中铅的平均浓度分别为364.25 mg/kg和50.20 mg/kg(图5)。与印度河流沉积物中铅的平均浓度约为14mg/kg相比，这个值非常高(Dekov et al.， 1999)。上湖水体中铅浓度为0.109 mg/l，高于世界卫生组织(2004年)饮用水允许限量。这表明湖周围有大量的人为活动，包括偶像浸泡，娱乐摩托艇，交通污染。上湖鱼类的生物累积量为1.76±0.25mg/kg，高于沙普拉湖。
结果表明，两湖水体、沉积物和鱼类均受到重金属Cu、Cd、Ni、Fe和Pb的污染。两个湖泊的沉积物都含有高浓度的有毒金属。结果进一步表明，水可以用于灌溉目的，但不安全的饮用，因为在湖上发现微量的铅。这些结果与Saxena A. et al.(1998)的研究结果一致，沙普拉湖适合养鱼和小灌溉。上湖鱼类对人类食用是安全的。建议对该地区进行持续监测和集约化管理，以确定人为影响的长期影响，并评估尽量减少人类活动以维持湖泊生态系统的有效性。
确认
作者要感谢中央实验室的工作人员，M.P.污染控制委员会，博帕尔在采样和实验室设施方面提供的支持，以完成我的实验。特别感谢Sadhya Mokhle博士对原子吸收光谱法重金属分析的协助。
参考文献
在沉积物、水和水生动植物中已经观察到重金属对水生生态系统的污染(Forstner和Whittmann, 1983)。不同的水生生物通常以不同的方式对外界污染作出反应，其中水、沉积物或食物中元素的数量和形式将决定其积累程度(Langston & Spence, 1995)。进入水生生态系统的重金属来自不同的来源，如植物和植被的腐烂、大气颗粒物、生活和城市废物的排放等等. .， 2005, Fatma a.s.m.， 2008)。
像陆地系统中的土壤一样，沉积物是水生环境中重金属的主要汇。重金属一旦被沉积物吸收，水生生物就不能自由利用了。在变化的环境条件下(温度、pH、氧化还原电位、盐度)，这些有毒金属被释放回水相(Soares)et al。, 1999)。因此，沉积物的评价对研究水生生态系统的风险具有重要意义。同样地，鱼类通过摄入水、食物材料和溶解金属通过亲脂膜(如鳃)或表面膜(如皮肤)吸附的持续离子交换过程来吸收这些重金属。鱼类体内重金属的积累区域因吸收途径、重金属种类和有关鱼类种类而异。因此，它们作为生物监测仪的潜在用途在评估生态系统内污染物的生物积累和生物放大方面具有重要意义。
材料与方法
研究区域
选取了两个主要的人工水资源进行研究。这两个湖因其美丽的地理位置而具有重要的商业价值，但也面临着严重的环境压力。
沙普拉湖(北纬23度18分，东经77度27分)，平均海拔488米。这个湖的面积为2.6公里2平均水深3.0米，集水区面积8.3公里2。每天约有110吨固体废物在集水区产生，每天有960万升污水从集水区(Shrivastava)的居民区进入湖泊et al .,2003)。它位于城市的东南部，接收大量的生活污水和城市污水。湖水用于养鱼、偶像浸泡、养牛、洗涤和小型灌溉。
上湖(东经23°12′-东经23°16′，东经77°18′- 77°23′)面积为31平方公里，集水区面积为361平方公里。上湖流域大部分是农村，东端有一些城市化地区。湖的地形表明盆地是天然的，因为湖的南北两侧是丘陵，而西端是平坦的轮廓，形成了农业用地(Dixit S。et al .,2005)。它是该市居民饮用水的主要来源，每天为大约40%的居民提供近3000万加仑的饮用水。湖水用于钓鱼、划船、偶像浸泡和灌溉。
现场取样
沙普拉湖和上湖的水和沉积物取样是根据检查水中重金属的标准方法中概述的原则和程序进行的(环境卫生管理局，1995年)。夏季(2010年3月至5月)每个月都进行了采样。渔护署从本地渔民处收集鱼类样本，送化验所解剖及进一步测定重金属含量。
重金属测定
地表水是通过蘸取一升容量的白色飓风来收集的。用2ml HNO酸化水样3.在采样点。采用原子吸收光谱法对水样中的重金属进行了分析。沉积物样品在室温下干燥，用杵和臼研磨。用0.2mm滤网筛过，保存在干净的塑料袋中待分析。在不锈钢手术刀的帮助下，切除了鱼的肝脏、鳃和肌肉组织。根据标准方法对沉积物和鱼组织进行酸消化。用原子吸收分光光度计(GBC Avanta PM，澳大利亚)估计重金属浓度。所有使用的试剂都是AnalaR级的，所有的玻璃器皿和聚丙烯都用酸性清洁试剂进行了适当的清洁，并用蒸馏去离子水彻底冲洗。
结果与讨论
表1列出了从两个湖泊收集的沉积物、水和鱼类样本中估计的重金属浓度。
不同成分的重金属浓度各不相同。
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表1上湖和沙普拉湖不同组成部分重金属浓度(Mean±SD) (n=4) 点击这里查看表格 |
铜
它对人的生命至关重要，但高剂量可引起贫血、肝肾损伤、胃肠道刺激等。上湖和沙普勒湖水体中Cu的平均浓度分别为(0.00±0.00 mg/l)、(0.001±0.001 mg/l)和鱼类中Cu的平均浓度分别为(0.7±0.2 mg/kg)、(0.61±0.17 mg/kg)，均在WHO(2004)标准范围内。在沉积物样本中，上湖的铜含量为32.75±19.88mg/kg，而沙普拉湖的铜含量为233.45±238.54mg/kg(图1)。饮用水中痕量的铜可能是由于铜管的衬里，以及用于控制藻类生长的添加剂。
镉
镉的毒理学特性源于其与锌的化学相似性，锌是植物、动物和人类必需的微量营养素。镉具有生物持久性，一旦被生物体吸收，虽然最终被排出体外，但仍会存在多年(对人类来说是几十年)。高剂量接触会导致阻塞性肺病，甚至可能导致肺癌。Cd会导致人类和动物的骨缺损。两湖水体Cd均低于可检出限(0.00mg/l)(图2)。上湖和沙普拉湖鱼类肌肉的生物积累量分别为0.726±0.045mg/kg和0.61±0.17mg/kg。
镍
人体需要少量的镍来产生红细胞，但过量的镍会产生轻微的毒性。短期过度接触镍不会造成任何健康问题，但长期接触镍会导致体重下降、心脏和肝脏损伤以及皮肤刺激。沉积物中Ni的平均浓度分别为29.0±19.51 mg/kg和47.0±14.94 mg/kg，水体中Ni的平均浓度分别为0.032±0.015 mg/l和47.0±14.94 mg/l，上游和沙普拉湖鱼类肌肉中Ni的平均浓度分别为0.33±0.57 mg/kg和2.0±1.0 mg/kg(图3)。受污染水体鱼类的Ni具有生物蓄积性，可能不适合人类食用。
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图1:Cu在Upper和 Shahpura湖 点击这里查看表格 |
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图2:Cd在Upper和 Shahpura湖 点击这里查看表格 |
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图3:Ni在Upper和 Shahpura湖 点击这里查看表格 |
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图4:Fe在Upper和 Shahpura湖 点击这里查看表格 |
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图5:Pb在Upper和 Shahpura湖 点击这里查看表格 |
铁
铁是植物和动物新陈代谢所必需的。铁超载在人类中并不常见，但可能由于遗传缺陷而发生。这种负荷导致脂质氧化降解、细胞间和细胞外蛋白质破坏以及DNA损伤。上湖和沙普拉湖鱼类肌肉中铁的极值分别为22.11±4.01 mg/kg和82.66±4.50 mg/kg，远高于世界卫生组织(WHO) 2004年标准。其原因可能是鱼类通过肠壁吸收铁残留物(Bu-Olayan a.h.， 2008)。同样，上湖和沙赫普拉湖沉积物样品的浓度分别为14025±6709 mg/kg和56650±43888 mg/kg(图4)。淡水和污染湖泊的水显示了人类和水生生物安全饮用的允许限量。
引领
环境中的铅既有自然来源，也有人为来源。可通过饮用水、食物、空气、土壤和含铅旧油漆产生的灰尘接触铅。高水平的接触可能导致人体的生化影响，进而导致血红蛋白合成问题，对肾脏、胃肠道、关节和生殖系统产生影响，并对神经系统造成急性或慢性损害。上湖和沙普拉湖沉积物中铅的平均浓度分别为364.25 mg/kg和50.20 mg/kg(图5)。与印度河流沉积物中铅的平均浓度约为14mg/kg相比，这个值非常高(Dekov et al.， 1999)。上湖水体中铅浓度为0.109 mg/l，高于世界卫生组织(2004年)饮用水允许限量。这表明湖周围有大量的人为活动，包括偶像浸泡，娱乐摩托艇，交通污染。上湖鱼类的生物累积量为1.76±0.25mg/kg，高于沙普拉湖。
结果表明，两湖水体、沉积物和鱼类均受到重金属Cu、Cd、Ni、Fe和Pb的污染。两个湖泊的沉积物都含有高浓度的有毒金属。结果进一步表明，水可以用于灌溉目的，但不安全的饮用，因为在湖上发现微量的铅。这些结果与Saxena A. et al.(1998)的研究结果一致，沙普拉湖适合养鱼和小灌溉。上湖鱼类对人类食用是安全的。建议对该地区进行持续监测和集约化管理，以确定人为影响的长期影响，并评估尽量减少人类活动以维持湖泊生态系统的有效性。
确认
作者要感谢中央实验室的工作人员，M.P.污染控制委员会，博帕尔在采样和实验室设施方面提供的支持，以完成我的实验。特别感谢Sadhya Mokhle博士对原子吸收光谱法重金属分析的协助。
参考文献
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- Dixit S, Gupta S.K.和Tiwari Suchi:印度博帕尔一个淡水湖的营养过剩。地球日，第21期(2005)。
- Saxena A.和Shrivastava P.和Swarup A.:热带湿地的重金属污染。湖泊和Res(1998)。
