水资源保护评价——以杭州上塘河为例

陈铖陆胤玛青

（浙江树人大学生物与环境工程学院 浙江杭州 310015）

引言

2013年浙江省省委十三届四次全会提出了“治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水”的“五水共治”的决策方案，吹响了浙江大规模治水行动的新号角。上塘河地处杭州城市北部的工业区域，是杭州历史上第一条人工河。上塘河沿岸，有多处河段有工厂、生活区的分布；再加上近几年杭州致力于城市建设，沿途多有在建工程，这也给有些河段带来一定的污染，导致杂草丛生、漂浮物密布。简单理化指标检测数据逐渐只适合用于专业人员的分析报告中，而以卤虫为检测生物，从卤虫的死亡率更能直观的警示人们，DNA检测是卤虫检测更具备说服力。

1 实验方法

1.1 采样位点的布设

在污染源调查的基础上，结合水域特征，参照环保部门的检测站位，选取了四个水样采集点（香积寺路桥、半山桥、皋城村、保障桥）进行取样（图2），它们分别为：1）香积寺路桥，它位于上塘河主干流的上游，作为对照断面，反映上塘河水系主干流的初始状况；2）半山桥和皋城村，为控制断面，为评价检测两岸污染源对水质的影响；3）保障桥，位于余杭境内，为削减断面，反应杭州段污染物稀释净化的情况。其中，根据浙江省环保部门的数据，上塘河的半山桥断面是省控劣Ⅴ类，保障桥为市控劣Ⅴ类。采样时间为2017年7月，采样深度为表层水下30～50 cm，每个样点重复随机取样3次，并记录水温、pH值等。

图1 杭州上塘河水系采样位点示意图

1.2 水质理化指标的测定

按国标法对采集的各个断面水样进行溶解氧（DO）（HJ506-2009）、化学需氧量（CODCr）（GB/T11892-1989）、五日生化需氧量（BOD5）（HJ505-2009）[1]等项目的测试。

表1 各断面水样理化数据

1.3 卤虫急性毒性试验

依据已建模的卤虫急性毒性测试标准[2，3]，选取卤虫优良卵体曝光2×24 h，在人工海水中孵化。以预实验所得的浓度，将4个样点的水样分设5个浓度梯度（水样浓缩），每个浓度5个重复。取20只活力良好的Ⅱ～Ⅲ期卤虫[4]，暴露于各水样24 h后，置于双目镜前观察，以15秒以内卤虫受干扰不能活动应激作为中毒死亡判断标准，记录得到的各组卤虫死亡个体数，计算校正死亡率，并利用SPSS软件统计LC50值及其95%置信区间。

1.4 DNA损伤检测

进一步选取典型污染水样，将20条相似体长及活性（每分钟运动）的卤虫无节幼体在污染水样中饲毒24 h，而后用液氮将卤虫研磨成粉末状，DNA试剂盒提取卤虫DNA，冻存备用。1%琼脂糖凝胶制备取0.25 g琼脂糖加入25 mL TAB1×溶液，沸腾三次，摇匀无气泡，冷却后加入2 mL EB，倒入水平制胶板；上样卤虫DNA并加1 mL溴酚蓝指示剂/每样，含Loading Buffer 10×；TAB1×缓冲液电泳，电压 U=85～125 V，电流 I=100～300 mA，30～40 min；紫外检测仪检测，凝胶成像系统拍照。

1.5 数据处理

对实验数据进行统计分析，采用双向方差分析（方差分析）和事后检验，p＜0.05在处理组具有统计学意义。SPSS 17和Origin 8软件作为工具来处理实验数据和图形。采用PCA分析中的R语言Vegan软件包进行典型对应分析，通过rda()和summary()函数获得详细的排序结果，通过biplot()函数生成排序图[5]，综合评价电子废弃物污染与卤虫水生毒性的相关性。

2 实验结果与分析

2.1 结果分析

2.1.1 水质理化数据测定

4个典型断面水质的理化指标见（表1）。数据显示四个样点的水温基本就是在28和30℃之间，水质都呈弱碱性。香积寺路桥断面的水的pH最高为7.57；皋城村断面和保障桥断面相差不大，分别为7.26、7.24；半山桥断面的水pH最低为7.14。用重铬酸钾作氧化剂时所测得的值称为CODCr。CODCr值越高，说明水质污染就越严重。可见，上塘河四个断面中，香积寺路桥断面的化学需氧量最高，为312.10 mg/L；皋城村断面次之，为308.13 mg/L；保障桥断面最低，为287.15 mg/L。测得的DO值高表明水体自净能力较强，反之，则提示水体中污染物将不易被氧化分解，而鱼类因得不到足够氧气而可能窒息死亡。这种情况下，厌氧菌会繁殖而导致水体发臭。在上塘河四个断面中，香积寺路桥断面的溶解氧最低，为13.01 mg/L；半山桥河保障桥略好，溶解氧分别为16.09 mg/L和16.24 mg/L；皋城村断面最好，为 20.01 mg/L。

2.1.2 卤虫急性毒性分析

表2 上塘河四个采样点水样的卤虫毒性测试

卤虫的死亡率越高，水质的毒性越大，相对污染就越厉害。通过上述数据可以知道，上塘河四个断面中，皋城村断面水体污染毒性最小，校正死亡率仅3.34%；香积寺路桥断面次之，校正死亡率达33.33%；半山桥断面第三，校正死亡率为46.67%，保障桥断面水体污染毒性最大，校正死亡率高达53.33%。

2.1.3 卤虫遗传毒性分析

图2 卤虫各龄期生长情况（×40）

两个典型污染断面水样（半山桥和保障桥水样）处理后卤虫DNA损伤的琼脂糖凝胶电泳图见（图3）。电泳图谱表明，降解的DNA迁移距离最远，在泳道最末端；DNA片断越大，迁移距离越小，距离点样孔越近，未断裂DNA在点样孔处迁移距离非常小；DNA片断越小，迁移距离越大，距离点样孔越远。2、3号泳道和1号空白组泳道相比，很清晰的表明了卤虫DNA受到了不同的程度的断裂。结合卤虫急性毒性试验结果，保障桥水样污染毒性较半山桥水样大，且随着水样污染程度的逐渐升高，DNA的迁移距离逐渐变大，DNA的断裂碎片逐渐变小，断裂程度相对变大。一定程度上表明了卤虫DNA的损伤程度与水样污染程度成一定的效应关系，即水样污染程度越严重，卤虫的DNA损伤程度越大。

图3 DNA损伤程度的琼脂糖凝胶电泳图

2.2 相关性分析

为更好了解不同水域水质与卤虫毒性、环境因子间的关系，采用PCA分析中的R语言Vegan法对5个典型断面水体的环境因子及卤虫急性毒性数据进行排序分析（图4）。排序结果将4个断面区分为3组，组1：皋城村位于第一个象限，其特征是DO、BOD值较高；半山桥与保障桥位于第二个象限，从理化数据和生物数据上而言，比较接近，其特征是水温及卤虫致死率较高；香积寺路桥位于第四象限，主要特征为COD、pH值较高。可见，环境因子和卤虫毒性间有一定相关性。

图4 数据相关性分析

结语

综合理化数据和生物数据，我们发现，上塘河的四个断面水质在水温、pH值、化学需氧量（COD）、溶解氧（DO）和生化需氧量（BOD）情况不一，我们不能从单一的参数来判断哪个断面污染更严重。从卤虫的生物毒性来看，上塘河四个断面中，皋城村断面水体污染毒性最小，香积寺路桥断面次之，半山桥断面第三，保障桥断面水体污染毒性最大；这个结果，与浙江省环保部门的数据非常一致（上塘河的半山桥断面是省控劣Ⅴ类，保障桥为市控劣Ⅴ类）。

环保部门多是采用物理或化学的方法来检测水质，但是用指示生物（比如卤虫）来进行暴露实验能够更综合、更科学地去评价水体的污染情况，两者相辅相成，为水质检测的精准提供可靠的依据。本研究依旧纯在一定的局限性：采集水样的时间为夏季，能反映上塘河水环境情况的一个剖面。而水体的各类理化参数及污染状况随季节变化情况十分复杂。因此，要全面探析上塘河的水环境情况，还需要充分考虑季节因素，进行深入的动态研究。

[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第四版）[M].北京:中国环境科学出版社，2002：38-284.

[2]卢珩俊，陆胤，徐冬梅，等.咪唑类离子液体系列对卤虫的急性毒性研究[J].中国环境科学，2011，31(3)：454-460.

[3]Lu Y,Xu XL,Meng C,Zhou JQ,Sheng JJ,Wu CK,Xu SW.The toxicity assay of Artemiasalina as a biological model for the preliminary toxic evaluation of chemical pollutants[J].Research Journal of Chemistry and Environment,2013,17(12):18-21.

[4]晁敏，伦凤霞，王云龙，等.长江口南支沉积物对卤虫的毒性效应研究[J].生态环境学报，2010，19(5)：1020-1024.

[5]赖江山，米湘成.基于Vegan软件包的生态学数据排序分析[C]//国际生物多样性计划中国委员会，中国生物多样性保护与研究进展（Ⅸ）：第九届生物多样性保护与持续利用研讨会论文集.北京：气象出版社，2012：332-343.