多环芳烃胁迫对淡水生物种群生长及种间关系的影响及其生态风险评价

发布时间：2016-10-26 21:27

  本文关键词：多环芳烃胁迫对淡水生物种群生长及种间关系的影响及其生态风险评价，由笔耕文化传播整理发布。

《东北师范大学》 2014年

多环芳烃胁迫对淡水生物种群生长及种间关系的影响及其生态风险评价

金香琴  

【摘要】：多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是环境中普遍存在的持久性有机污染物(persistent organic pollutants, POPs)，具有致癌、致畸、致突变等特点，严重威胁生物体生存和人类的健康，因此受到广泛的关注。但学者们关于多环芳烃的生态毒性方面的研究重点放在了对单种群水平的毒性效应上，忽视了对生物群落以及生态系统的影响机制的研究。本论文以水生藻类、大型溞(Daphnia magna)等水生生物种群为研究对象，采用生态毒理学基础实验方法，结合种群生态学理论，研究了在多环芳烃暴露水平下急性、慢性毒性效应，并以不同水生生物建立具有不同种间关系的生物群落，探讨在多环芳烃胁迫下种间关系的变化，着重进行多环芳烃菲对种群及群落水平上的毒性效应机制的探讨，利用以上实验数据，进行曲线模拟，进行个体种群及群落水平上多环芳烃的生态风险分析和评价。主要得到以下结论： （1）多环芳烃对藻类的毒性效应研究中发现，多环芳烃萘、菲、荧蒽、苯并[a]芘对水生藻类具有低浓度促进、高浓度抑制生长的效应。多环芳烃对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的96h-EC50值分别为，萘15.178mg/L、菲1.821mg/L、荧蒽0.281mg/L、苯并[a]芘0.00188mg/L。四种多环芳烃的毒性大小为，萘菲荧蒽苯并[a]芘。菲对三种藻类的96h-EC50值分别为，铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)0.924mg/L、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)0.925mg/L、斜生栅藻1.821mg/L。三种藻类对菲胁迫的耐受性顺序分别为，斜生栅藻蛋白核小球藻铜绿微囊藻。以NOEC、EC50、种群安全限值为反应终点，进行种群生态风险评价结果为，萘、菲、荧蒽对斜生栅藻种群无风险，而苯并[a]芘对斜生栅藻种群具有不可恢复的生态风险。 （2）通过多环芳烃对大型溞的急性慢性毒性试验，多环芳烃暴露下大型溞的24-LC50分别为，萘5.485mg/L、菲3.226mg/L、荧蒽0.295mg/L、苯并[a]芘0.0041mg/L；48-LC50分别为，萘4.158mg/L、菲2.488mg/L、荧蒽0.237mg/L、苯并[a]芘0.0037mg/L。多环芳烃对大型溞的LC50随着时间的延长而降低，说明多环芳烃随着时间毒性增强。多环芳烃对大型溞的毒性大小为，萘菲荧蒽苯并[a]芘。以NOEC、LC50作为反应终点进行生态风险评价，结果为萘、菲、荧蒽对大型溞不存在生态风险，而苯并[a]芘具有致死风险。在21d慢性繁殖试验中，与对照组相比，菲浓度为0.4mg/L时，对大型溞的母溞产溞总量、母溞最终体长、初卵时间、产头胎时间、胎数产生了显著的影响，其中产溞总量、母溞最终体长最为敏感，从产溞总量指标看，0.1mg/L是菲胁迫下转向抑制作用的临界点。 （3）进一步对铜绿微囊藻和斜生栅藻的种间竞争关系研究中发现，铜绿微囊藻和斜生栅藻的初始密度不同对菲胁迫的响应存在差异。单独培养下，菲胁迫对不同初始密度的斜生栅藻的生长没有明显的影响；但铜绿微囊藻的生长受较大影响，且初始密度越小受到生长抑制作用越大。混合培养时，在菲胁迫下2种藻类受到初始密度的影响较大，在低浓度菲胁迫下，2:1比例组的斜生栅藻的刺激作用增强。铜绿微囊藻在混合培养时受到生长抑制作用，随着所占比例的增加、菲浓度的增加生长抑制作用增强。随着菲浓度的增加种间竞争力发生改变，影响最终竞争结局，，同时影响藻种群的内禀增长率，从而具有进一步影响群落稳定性的生态风险。 （4）大型水生植物对绿藻的生长普遍存在影响。在本研究中，美人蕉(Cannaindica)种植根区水对斜生栅藻的生长具有化感效应，且呈现“低促高抑”现象。在不同浓度的菲胁迫下，美人蕉种植根区水对藻类的影响呈现不同的变化。在15%和30%比例种植根区水处理组，随着菲浓度的增加，对斜生栅藻的生长促进作用增强，100%种植根区水处理组，随着菲浓度的增加，对斜生栅藻的生长抑制作用增强。说明菲胁迫使种植根区水对藻类的效应增强。 （5）大型溞对栅藻为代表的绿藻具有较强的摄食能力。在本研究中，大型溞对斜生栅藻的摄食作用使斜生栅藻的生长受到严重的抑制作用，且在菲胁迫下，大型溞的摄食能力出现“低促高抑”的现象。在0.05mg/L处理组和0.1mg/L处理组大型溞的滤水率和摄食率高于对照组，生长和繁殖强于对照组；0.2mg/L处理组大型溞的滤水率和摄食率低于对照组，摄食能力下降，生长和繁殖受到影响。大型溞在低浓度菲胁迫下出现摄食及生长繁殖增强的现象，这种现象改变大型溞的生活史，可能影响到整个水生态系统结构和功能，对水生生态系统安全具有潜在的威胁。 在本研究中，多环芳烃对群落中种间关系产生效应的浓度低于对单种群急性毒性（半抑制或半致死）的效应浓度。因此，在生态系统中，污染物对某一种群产生毒性效应时，已经对该生物群落的结构产生不可恢复的效应。水生生态系统是复杂而敏感的，也是整个生命系统食物链中的基础环，了解污染物对水生生物种群的生态风险直接为人类的健康风险提供有力的证据。本文以实际测得数据进行种群生态风险评价，较完整的分析了多环芳烃对斜生栅藻与大型溞种群的生态风险，以及尝试从生物群落种间关系的角度分析多环芳烃对生态系统的影响，为今后水生生态系统风险评价提供参考。

【关键词】：
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X173;X826
【目录】：

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