济南市湿沉降中砷、镉、铬、镍、铅的污染特征及其对斑马鱼生物毒性的研究

摘要

近年来，随着我国经济的发展，工农业生产规模日益扩大、城市人口日渐密集、机动车辆逐渐增多,导致重金属向环境中的排放量不断增加，大气重金属污染已然成为一个不容忽视的环境问题。存在于大气中的重金属危害巨大，不仅污染大气环境，而且会通过大气沉降作用进入地表环境污染水体及土壤，从而威胁到人类健康。湿沉降在重金属的环境迁移过程中起着重要的作用，因此本文对济南市大气湿沉降中重金属砷、镉、铬、镍、铅的污染情况进行分析评价，并以湿沉降中五种重金属的环境浓度为基础选取斑马鱼为受试生物，研究其对斑马鱼的生物毒性。
　　本研究在实验过程中使用自主研发的湿沉降自动采集装置对济南市2015年9月至2016年8月间的湿沉降进行采集。通过对济南市大气湿沉降中砷、镉、铬、镍、铅污染特征的分析，结果表明济南市湿沉降中五种重金属的平均浓度具有明显的季节变化特征且趋势相似，整体表现为冬春季高于夏秋季，其中冬季最高。五种重金属中Pb的季节及年沉降通量最高，接下来依次是Ni、Cr、As、Cd，而且夏季湿沉降通量明显高于其他季节。降水量以及湿沉降pH值对重金属浓度的影响均呈现负相关性。根据相关性分析、主成分分析和聚类分析的结果可以将济南市湿沉降中五种重金属按其来源的相似性大致分为三组，Cd和Pb可能主要来源于城市交通;Cr和Ni可能主要来源于工业活动;As主要来源于燃煤。与相关标准进行对比得出济南市湿沉降中五种重金属浓度均低于地表水Ⅱ类标准，除铅略高于生活饮用水卫生标准外，其余均低于该标准。通过潜在生态危害指数法对济南市湿沉降中As、Cd、Cr、Pb进行生态危害评价，四种重金属在四个季节的潜在生态危害指数为冬季＞春季＞秋季＞夏季，总的潜在生态风险水平处于轻微风险状态。此外以研究期间各重金属单次最高浓度为基础，对斑马鱼进行单一及复合毒性试验，研究结果表明复合暴露明显提升了重金属对斑马鱼的毒性效应，其中镉在复合暴露引起的行为学毒性中起到主要作用，并且重金属对斑马鱼毒性呈明显的时间-效应、浓度-效应关系。单一暴露时，As和Cr对斑马鱼的致死率较低，运动速度与对照组无显著性差异; Cd、Ni和Pb在高浓度时斑马鱼死亡率明显上升，对游动速度呈明显抑制作用。复合暴露浓度为环境浓度的6倍时显著降低仔鱼运动速度;10倍时在暴露6d后对斑马鱼死亡率出现较显著的影响并且显著抑制仔鱼的运动速度;100倍和1000倍暴露时个体全部死亡。通过各种金属环境浓度的单一暴露与复合暴露结果可以看出，环境浓度下并没有对斑马鱼产生显著的生物毒性，但当暴露浓度提升至环境浓度的6倍时显著地降低了仔鱼的游动速度。由于重金属具有生物富集性，因此济南市大气湿沉降中砷、镉、铬、镍、铅五种重金属仍然对水体环境安全性及人体健康存在潜在危害。

目录

声明

摘要

1．1．1 重金属污染现状

1．1．2 大气重金属的来源及危害

1．1．3 湿沉降对重金属迁移的作用

1．1．4 斑马鱼的特征

1．2 国内外研究现状

1．2．1 大气湿沉降中重金属研究现状

1．2．2 重金属对斑马鱼毒性研究现状

1．3 研究目的与内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 创新点与技术路线

第二章 研究区域概况及研究方法

2．1、研究区域概况

2．1．1 自然地理概况

2．1．2 工业发展概况

2．1．3 济南市气象背景概况

2．1．4 济南市大气污染现状及治理措施

2．2、研究方法

2．2．1 实验仪器及实验试剂

2．2．2 湿沉降采样点的布设

2．2．3 样品的采集及预处理

2．2．4 样品的测试分析

2．2．5 斑马鱼生物毒性试验

3．1、引言

3．2、创新点

3．3、结构介绍

3．4、具体实施方式

第四章 济南市大气湿沉降砷、镉、铬、镍、铅污染特征

4．1 引言

4．2 济南市气象因子研究

4．3 济南市湿沉降中砷、镉、铬、镍、铅的浓度水平

4．3．1 济南市湿沉降基本理化性质

4．3．2 济南市湿沉降中各金属浓度水平

4．3．3 济南市大气湿沉降各重金属背景值

4．4 济南市湿沉降中砷、镉、铬、镍、铅平均浓度及通量研究

4．4．1 平均浓度及通量计算

4．4．2 湿沉降重金属平均浓度及通量变化研究

4．4．3 不同地区湿沉降中砷、镉、铬、镍、铅通量的比较

4．5 济南市湿沉降重金属浓度的影响因素

4．5．1 湿沉降重金属浓度与降水量的关系

4．5．2 湿沉降重金属浓度与pH的关系

4．6 济南市湿沉降中重金属来源解析

4．6．1 相关性分析

4．6．2 主成分分析

4．6．3 聚类分析

4．7 济南市湿沉降中重金属污染评价

4．7．1 一般评价

4．7．2 生态危害评价——潜在生态指数法

4．8 结论

第五章 济南市湿沉降中重金属对斑马鱼生物毒性研究

5．1 引言

5．2 单一重金属暴露对斑马鱼毒性研究

5．2．1 暴露方案

5．2．2 一般毒理学指标分析

5．2．3 运动行为学分析

5．3 五种重金属复合暴露对斑马鱼毒性研究

5．3．1 暴露方案

5．3．2 一般毒理学指标分析

5．3．3 运动行为学分析

5．4 结论

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间学术成果