湖泊水环境中锌生物有效性的影响机理研究

Zinc is a kind of special and important trace metals. The zinc toxicity to aquatic organisms is far greater than human body. Previous research illustrated that the ecological risks of zinc in surface waters at home and abroad were much higher than other poisonous and harmful metals, such as mercury, chromium, cadmium and lead, etc. While compared to the poisonous metals, the studies concerning the zinc toxicity mechanism, migration and transformation rule were relatively fewer. In order to scientifically assess its ecological risk, it is in urgent need of carrying out the research of zinc toxicity and bioavailability influence mechanism. The present project intends to choose juvenile rainbow trout as a fish model and Taihu Lake as the study area. Three kinds of water environmental factors including pH, organic matter and hardness would be chose to analyze their effects on zinc acute and chronic toxicity through indoor and field experiments. Thus, quantitative relationship models of zinc bioavailability and water environment factors will be established. Also, the zinc concentration level and bioavailability in the main lakes in China will be assessed. Meanwhile, the further toxicity tests would be carried out in field lakes to calibrate and validate the existing models parameters. Finally, biotic ligand model for zinc would be enriched and improved on basic of China's water characteristics. The results of this study will provide a scientific basis for the ecological risk assessment and pollution control of those trace metals, such as zinc, copper and nickel, etc.

锌是一类特殊而重要的微量金属，它对水生生物的毒性比对人体健康敏感。已有研究表明：国内外不少地表水体中锌的生态风险要高于其他有毒有害金属，如汞、铬、镉和铅等。但是相比之下，有关锌在水环境中的毒性机理和迁移转化规律研究很少。为了更科学地评估其生态危害，急需对锌的毒性和生物有效性影响机理开展研究。本项目拟选择虹鳟幼鱼为模式生物，以太湖为重点研究区域，通过室内和野外对比实验研究，选择三种对生物有效性有重要影响的环境因素：pH、有机质和硬度，研究它们对锌的急性和慢性毒性的影响程度和机理，建立不同环境要素与生物毒性的定量关系模型，评估和预测我国主要湖泊的锌含量和生物有效性。并进一步开展野外实际湖泊水体中锌的生物毒性验证和校正研究，丰富和完善适合我国水体特征的锌生物配体模型。研究成果将为锌、铜、镍等这一类微量金属的生态风险评估和污染控制提供科学依据。

锌是一种重要的微量金属，它对水生生物的毒性比对人体健康更敏感。已有研究表明：国内外不少地表水体中锌的生态风险要高于其他有毒有害金属，如汞、铬、镉和铅等。但是相比之下，有关锌在水环境中的毒性机理和迁移转化规律研究很少。为了更科学地评估其生态危害，有必要对锌的生物有效性影响机理开展研究。.本项目以锌为研究对象，通过控制几种关键的水环境条件因子（pH值和硬度），研究锌对几种本土水生生物毒性效应的影响。结合数据库及文献中报道的锌的毒性数据，研究锌对不同物种的敏感性分布特征。同时，结合我国主要水体的中锌的含量分布数据，对锌的水生态风险进行了评估。结果显示：pH对水体中锌毒性的影响呈现出三个不同的阶段，水体pH值为3-7酸性水体时，锌毒性随着酸性的增大而增大；在水体pH值为8-10弱碱性时，物种的死亡率不会随着锌浓度的增大而升高；在水体pH值大于10的强碱性水体中，即使在水体中不加入锌时大多数生物死亡率超过95%。在H+逐渐升高的过程中，营养级越高，对锌的毒性增加的程度越大。水环境硬度变化条件下，各生物在不同硬度水体中的死亡情况可以分为两个不同的阶段：第一阶段，当硬度从500降低到100时，各生物的受到锌的毒性缓慢增加；第二阶段，当硬度从100降低到0时，毒性变成增加程度明显，毒性差距可达6-10倍。硬度的降低对底端水生生物的毒性影响比高营养级水生动物明显。锌的风险评估结果显示：锌对水生生物的生态风险也逐步升高，尤其是铅锌矿区周围水体中锌的生态风险更应当引起广泛关注。.本项目的研究成果将金属的生态风险评估、水质标准制修订和污染控制提供科学依据。在研究锌毒性效应和制定锌的水质标准时，不仅要考虑毒性剂量效应关系，还应考虑水体中pH、硬度等关键因子对金属生物有效性的影响。