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三峡水库生态渔业综合示范区的技术研究结果,水库渔业环境生物修复技术研究

时间:2019-02-28 08:22来源:海猎人

  三峡水库生态渔业综合示范区的技术研究结果

  6.2.1三峡水库渔业环境生物修复技术研究

  渔业水域生态环境是渔业发展的根本。然而随着我国经济的快速发展,内陆渔业环境已经成为水体污染最严重的受害者。目前我国渔业水域生态环境的状况主要通过测定水体中的污染物的浓度来评价。但是由于水中污染物的浓度一般很低且容易变动,一旦检出超标,其对生态系统的胁迫通常已经非常严重,损失一般已经无法挽回,因此迫切需要开发更多有效的水污染监测、预警和风险防范手段。近年来,国际上利用指示生物监测和改善环境的研究已备受重视,而贝类因具有分布广泛、营固着生活、对污染物的高富集和高耐受性等特征,而被认为是最适于监测水体持久性污染物的生物指示物。三角帆蚌属瓣鳃纲、珠蚌科、帆蚌属,广布于我国湖南、湖北、江苏、浙江等省,是我国特有的优良淡水育珠双壳贝类(钱荣华等,2003)。周广杰等(2006)对三峡库区支流水域藻类多样性的监测结果表明,其营养水平均属于中一富营养型,且其中童庄河的水质较差。近年来,童庄河还曾多次出现了拟多甲藻(Peri出sp.)“水华”,水域环境的现状不容乐观。因此,本部分研究在三峡库区典型支流童庄河引进试养了1万只插核珍珠蚌(三角帆蚌),并开展珍珠蚌规模养殖、水质监测模拟试验等设计工作。在研究利用三角帆蚌作为生物指示物,探求童庄河和养殖池塘微量元素在其体内积累特征差异和野外移殖监测可行性的同时,还分析了该蚌对吸收环境金属元素、净化水质的积极影响,以期为改善三峡库区渔业水域生态环境和水库渔业的健康发展提供生态修复模式的科学实例。

  研究引进了同一批次的三角帆蛘在湖北省公安县养殖基地和三峡库区基地两个水体环境下分别伺养。伺养一年后对三角帆蚌进行抽样调查,活蚌先放入经曝气的水中暂养,使其排空肠道内的杂物,后解剖获取其软组织并称重,然后放入80°C的干燥箱中烘干72h至恒重,再将干样研磨呈粉末状。利用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定两地三角帆蚌软组织中钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)、砷(As)、铝(A1)、铬(0)、镍(Ni)、硒(Se)、钼(Mo)、银(Ag)、镉(Cd)、锑(Ti)、铅(Pb)等17种元素的浓度。结果表明,湖北公安县养殖基地蚌样体内积累的微量元素含量从高到低的顺序为:Ca>K>Mn>Mg>Fe>Zn>AS>Al>Cn>Se>Cr>Ni»Pb>Mo>Cd«Ag»Ti;而童庄河自然水域的三角帆蛘样本体内微量兀素含量的高低顺序为:Ca>Mn>K>Mg>Fe>Zn>As>Cu>Al>Se>Cd>Pb>Cr>Ni>Mo>Ag«Ti。可见两水域中三角帆蚌对各元素间的富集浓度的高低差异具有相似的趋势,体现了三角帆蚌对元素需求和积累的固有特征。三角帆蚌属滤食性双壳贝类,以水中浮游生物和有机碎屑为食(朱爱民,2006)。其在水环境中吸收必需元素的同时,亦使许多非必需元素进入体内。正常情况下,贝类对生命必需元素的需求量应远大于非必需元素(孙平跃,2003)。两者比较,无论是养殖环境还是自然环境,三角帆蚌软组织中生命必需元素Ca、K、Mn、Mg、Fe等的积累量都远大于非必需元素或有毒元素As、Al、Cr、Pb、Cd等的积累量。
 

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  图6-5湖北公安养殖池塘和三峡库区童庄河自然水域三角帆蚌体内元素含量的差异性比较

  此外,由图6-5可知,与养殖环境相比,移殖后的蚌体内除K含量呈极显著下降外(PcO.Ol,Mann-Whitney检验,下同),其余必需元素含量都有不同程度提高。如Mg、Cu含量呈极显著提高(P<0.01),Mn、Zn含量呈显著提高(P<0.05)。这些可能提示自然水域含有更丰富的必需元素供蚌吸收和积累。而养殖池塘蚌则受到投饵(如喂食富含K的藻类)的影响。

  在所有分析的元素中,Ca在蚌体内的积累含量均最高,且在自然水域童庄河蚌体内Ca含量[(16104±3355.9)jxg.g—1]显著高于池塘环境下Ca含量[(13088±2335.16)网i-1](P<0.05)。杨文鸽(1997)的检测结果显示,三角帆蚌样中Ca含量最高,其次是Mn、Fe、Zn,本研究结果与其一致。对贝类而言,其硬壳和珍珠的形成都需要从环境中吸收和利用大量Ca。淡水贝类一方面可以通过食物摄取Ca,更主要的则是通过软组织(如外套膜、鳃、足)从水环境中直接吸收(唐敏,2000;钱伟平,2005)。同时,淡水贝类还具有很强的Ca储存能力(主要以钙球体的形式)(唐敏,2000)。因此,两水域蚌体内高Ca浓度的生物积累现象应该与其对Ca吸收、利用和储存的机能相关。

  元素含量间相关性分析表明,养殖水体的蚌样中Ca-Mn、Ca-Zn、Mg-Se之间呈显著正相关(P<〇.〇5,Spearman等级相关分析,下同)。同样,自然水域的畔样中〇3-Mg、Ca-Mn、Ca-Zn、Mg-Zn、Se-Pb之间也呈显著正相关(尸<0.05),而Mg-Pb、Mn-Zn、Fe-Pb之间呈极显著正相关(P<0.01)。其余元素含量间相关性均未达到显著水平。在蚌的生命活动中Ca、Mn、Mg、Zn、Se等元素均因参与DNA、RNA、蛋白质生物合成等多项生命活动(杨文鸽,1997),而被认为是三角帆蛘生长、珍珠质沉积过程中重要的必需元素(张元培,1995),因此,在两种环境的蚌样软组织中Ca、Mn、Mg、Zn、Se等含量间所表现出的显著相关性可能反映它们在生命活动中有协同作用的趋势。自然水域蚌样中Pb和Mg、Se及Fe含量相关的机理尚不得而知。张力等(2005)发现Pb和Mn、Fe、Zn等元素一样对三角帆蚌形成颜色较深的中色珠有利。这至少反映出水环境中的Pb、Mn、Fe、Zn均能够随Ca而被三角帆蚌吸收、利用或积累。一旦这些元素含量变化呈现趋同的情况,则它们的含量间也有可能出现显著相关性。

  值得注意的是,所有自然水域的蚌样中均检出Cr、As、Cd、Pb等有毒元素,且含量普遍高于池塘养殖的蚌样(特别是Cd,P<0.01)(图6-5)。这说明公安县养殖池塘水域有毒元素的污染程度远低于童庄河自然水域。因为两种水域的蚌均为来自湖北公安县养殖场的同一批个体,这也表明移殖到野外污染程度较高水体中的个体,其体内重金属积累的背景含量会随着水质状况的改变而发生相应变化。KUAKOVIC-GASPICZ等(2006)将无隶污染水域的紫贻贝移殖到15年前曾受未污染海湾水域所进行的半年移殖试验也发现,在紫贻贝软组织中均可检出汞且长期存在。因此,本研究可以为今后开展的有毒元素指示生物蚌类野外移殖监测可行性研究提供依据。此外,Cd属于难分解、积累性强、毒性大的重金属类,在日本曾导致了以严重肾机能障碍和软骨病为特征,被称为“痛痛病”的公害病。抽样中所有蚌样湿重/干重比值的总体平均值为6,以此换算出童庄河自然水域蚌样中Cd含量平均值达到

  OJG^g.g-1(湿重),范围为0.163〜(湿重)。这虽然尚未超过《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY5073—2001)l.Opg.g-1(湿重,软体动物)的规定,但参照我国发布的《海洋生物质量》(GB18421—2001)来评价该批样本的生物质量现状可以发现,Cd含量已超过海洋贝类生物质量第一类评价标准(<0.2呢.I/1,湿重),已受到轻度污染。张晓华等(2002)曾报道附近香溪河水Cd的背景值仅为0.05网*1/1,远未超过《渔业水质标准》(0.0511^1/1,0811607—89)。这说明三角帆蛘对水环境中Cd的富集已很明显。童庄河水域蚌组织中有毒元素As的含量(2.41叫.g—1,湿重)也显著大于养殖蚌(1.68网.g-1,湿重)(P<0.05),接近于附近香溪河水As的背景值UJSg.L—1)(张晓华,2002)。与鱼类相比,贝类对As有较强的富集能力(黄宏瑜,1998)。应该注意的是,As虽为有毒元素,但它的毒性取决于形态。有机As是低毒或无毒的,而3价或5价的无机As却具有强毒性(OREMLANDetal.,2003)。《食品中污染物限量》(GB2762—2〇05)中规定的贝类中As限量标准为O.SjjLg*^1(湿重)。张毅等(1990)对渤海湾各类生物中As富集形态的研究表明,有机As占总As的百分比高于98.2%,而无机As占总As的百分比小于1.8%。然而,迄今有关三角帆蚌体内无机、有机As占总As百分比的研究尚未见报道。因此,今后的研究有必要进一步弄清As的总含量与有机、无机As各形态含量的关系,以便能够和国家、行业标准进行比较,并确切评价As的毒性。

  金属污染指数是综合评价多种微量元素污染的指标,能较全面地反映生物元素积累的总体情况。运用这一指数对两种水域蚌样总体污染情况的比较研究表明(表6-1),童庄河蚌样体内重金属污染指数是湖北公安县养殖池塘的1.8倍,且Cd、Pb含量全部高于湖北公安县养殖池塘。这同样说明三角帆蚌对重金属的富集程度与所处水环境相关,可以用于监测和评价水域包括重金属在内的微量元素污染状况。

  表6-1湖北公安县养殖池塘和三峡库区童庄河自然水域三角帆蚌体内金属元素污染指数(IMP)的差异性比较

  采样      金属元素含量(|JLg• g-1)     

  地点 A1 K Ca Mg Mn Fe Zn Ni As Se Cu Cr Pb IMP

  养殖

  水域 8.40 2444 13088 635.1 1936 452.2 143.9 0.025 10.1 1.62/ 3.83 0.447 0.034 23.03

  自然

  水域 7.86 1941 16104 810.0 2526 475.0 178.8 0.216 14.5 1.958 13.20 0.437 0.569 40.76

  事实上,三角帆蚌作为淡水生态系统中重要的滤食性软体动物,除育珠外还有很强的水体自然净化功能。费志良等(2005)的研究认为,三角帆蚌能大量消除水中的悬浮物和叶绿素a,从而提高水体透明度。项黎新等(2002)的研究表明,三角帆蚌对水中的Cr、Pb、Cd等重金属有较强的耐受力,对水体污染有明显的净化能力,持续处理12(1后能使水体(>、?13、€€1含量分别下降83%、77.6%和72%。因此在利用三角帆蚌监测水域污染状况的基础上,估算其净化水质的功效十分必要。本研究所得的两种水域单个三角帆蚌软组织的元素负荷量结果如图6-6所示。值得注意的是,童庄河三角帆蚌对元素的平均负荷量分别为207.21呢,Cd:22.63^,Cr:7.77网,Cu:187.78^,Pb:7.96网,Zn:2571.83jxg。张晓华等报道相邻水域香溪河中同一元素的浓度分别为As:2.28网.I/1,Cd:0.05网.L'Cr:0.79网.I/1,Cu:4.64网.L—1,Pb:0.43网.!/丨,Zn:SOpg.L—1;换言之,童庄河单个三角帆蚌体内软组织中元素积累总量平均相当于相邻水域91L水中的As、453L水中的Cd、10L水中的Cr、5L水中的Cu、19L水中的Ph、86L水中的Zn,其元素富集能力非常强,具有很好的净化水环境元素或重金属的应用潜力。全为民等(20〇7)根据专家评估法分析认为生态系统(如巨牡蛎礁)去除重金属的环境效益价值可占其总环境效益价值(包括去除重金属,净化氮、磷的效益价值)的40%。因此,如何构建以蚌为主体的水净化生态系统,更好地发挥其生态服务价值应该是下一步研究的重点。

  此外,通过对三峡水库和池塘水环境中TN、TP以及两种环境条件养殖下的三角帆蚌组织中TN、TP的测定,并分析在不同水质环境下三角帆蚌生长与TN、TP的关系,可以判定不同水域环境中TN、TP对三角帆蚌生长的影响以及三角帆蚌对水环境中N、P的去除效果。研究结果表明:不同水域环境下,三角帆蚌组织中TN、TP没有差异;

  而不同水域环境中,由于存在TN、TP的差异,对三角帆蚌的生长具有一定的影响;三峡库区目前的TN、TP水平基本能够满足三角帆蚌生长的营养需求,而三角帆蚌的生长同时可以带走库区水体的一部分TN、TP,因此在三峡库区适宜水域中大力开展三角帆蚌的人工养殖是解决三峡库区水体富营养化的一个可行手段之一,其放养能够显著降低水体中的营养负荷,改善水质条件。

  2008年5月对示范区内吊养珍珠与池塘养殖珍珠进行的同步生长和珍珠品质进行检测,结果显示,示范区内低密度吊养方式的生长速度接近池塘养殖的指标。示范区内养殖的珍珠(直径>〇.6mm)比例为61.55%;平均每个珍珠蚌可产出珍珠131.84g(产出珍珠数量26.2个,珍珠均重5.0321g/个),按2008年第一批可采珠蚌数量1000只计算,可生产珍珠131.84kg,这表明三角帆蚌的人工放养在具有一定的生态和环境效益的同时也具有较高的经济效益。

  

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