水資源保護評價
——以杭州上塘河為例

陳鋮陸胤瑪青

（浙江樹人大學生物與環境工程學院 浙江杭州 310015）

引言

2013年浙江省省委十三屆四次全會提出了“治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節水”的“五水共治”的決策方案，吹響了浙江大規模治水行動的新號角。上塘河地處杭州城市北部的工業區域，是杭州歷史上第一條人工河。上塘河沿岸，有多處河段有工廠、生活區的分布；再加上近幾年杭州致力于城市建設，沿途多有在建工程，這也給有些河段帶來一定的污染，導致雜草叢生、漂浮物密布。簡單理化指標檢測數據逐漸只適合用于專業人員的分析報告中，而以鹵蟲為檢測生物，從鹵蟲的死亡率更能直觀的警示人們，DNA檢測是鹵蟲檢測更具備說服力。

1 實驗方法

1.1 采樣位點的布設

在污染源調查的基礎上，結合水域特征，參照環保部門的檢測站位，選取了四個水樣采集點（香積寺路橋、半山橋、皋城村、保障橋）進行取樣（圖2），它們分別為：1）香積寺路橋，它位于上塘河主干流的上游，作為對照斷面，反映上塘河水系主干流的初始狀況；2）半山橋和皋城村，為控制斷面，為評價檢測兩岸污染源對水質的影響；3）保障橋，位于余杭境內，為削減斷面，反應杭州段污染物稀釋凈化的情況。其中，根據浙江省環保部門的數據，上塘河的半山橋斷面是省控劣Ⅴ類，保障橋為市控劣Ⅴ類。采樣時間為2017年7月，采樣深度為表層水下30～50 cm，每個樣點重復隨機取樣3次，并記錄水溫、pH值等。

圖1 杭州上塘河水系采樣位點示意圖

1.2 水質理化指標的測定

按國標法對采集的各個斷面水樣進行溶解氧（DO）（HJ506-2009）、化學需氧量（CODCr）（GB/T11892-1989）、五日生化需氧量（BOD5）（HJ505-2009）[1]等項目的測試。

表1 各斷面水樣理化數據

1.3 鹵蟲急性毒性試驗

依據已建模的鹵蟲急性毒性測試標準[2，3]，選取鹵蟲優良卵體曝光2×24 h，在人工海水中孵化。以預實驗所得的濃度，將4個樣點的水樣分設5個濃度梯度（水樣濃縮），每個濃度5個重復。取20只活力良好的Ⅱ～Ⅲ期鹵蟲[4]，暴露于各水樣24 h后，置于雙目鏡前觀察，以15秒以內鹵蟲受干擾不能活動應激作為中毒死亡判斷標準，記錄得到的各組鹵蟲死亡個體數，計算校正死亡率，并利用SPSS軟件統計LC50值及其95%置信區間。

1.4 DNA損傷檢測

進一步選取典型污染水樣，將20條相似體長及活性（每分鐘運動）的鹵蟲無節幼體在污染水樣中飼毒24 h，而后用液氮將鹵蟲研磨成粉末狀，DNA試劑盒提取鹵蟲DNA，凍存備用。1%瓊脂糖凝膠制備取0.25 g瓊脂糖加入25 mL TAB1×溶液，沸騰三次，搖勻無氣泡，冷卻后加入2 mL EB，倒入水平制膠板；上樣鹵蟲DNA并加1 mL溴酚藍指示劑/每樣，含Loading Buffer 10×；TAB1×緩沖液電泳，電壓 U=85～125 V，電流 I=100～300 mA，30～40 min；紫外檢測儀檢測，凝膠成像系統拍照。

1.5 數據處理

對實驗數據進行統計分析，采用雙向方差分析（方差分析）和事后檢驗，p＜0.05在處理組具有統計學意義。SPSS 17和Origin 8軟件作為工具來處理實驗數據和圖形。采用PCA分析中的R語言Vegan軟件包進行典型對應分析，通過rda()和summary()函數獲得詳細的排序結果，通過biplot()函數生成排序圖[5]，綜合評價電子廢棄物污染與鹵蟲水生毒性的相關性。

2 實驗結果與分析

2.1 結果分析

2.1.1 水質理化數據測定

4個典型斷面水質的理化指標見（表1）。數據顯示四個樣點的水溫基本就是在28和30℃之間，水質都呈弱堿性。香積寺路橋斷面的水的pH最高為7.57；皋城村斷面和保障橋斷面相差不大，分別為7.26、7.24；半山橋斷面的水pH最低為7.14。用重鉻酸鉀作氧化劑時所測得的值稱為CODCr。CODCr值越高，說明水質污染就越嚴重。可見，上塘河四個斷面中，香積寺路橋斷面的化學需氧量最高，為312.10 mg/L；皋城村斷面次之，為308.13 mg/L；保障橋斷面最低，為287.15 mg/L。測得的DO值高表明水體自凈能力較強，反之，則提示水體中污染物將不易被氧化分解，而魚類因得不到足夠氧氣而可能窒息死亡。這種情況下，厭氧菌會繁殖而導致水體發臭。在上塘河四個斷面中，香積寺路橋斷面的溶解氧最低，為13.01 mg/L；半山橋河保障橋略好，溶解氧分別為16.09 mg/L和16.24 mg/L；皋城村斷面最好，為 20.01 mg/L。

2.1.2 鹵蟲急性毒性分析

表2 上塘河四個采樣點水樣的鹵蟲毒性測試

鹵蟲的死亡率越高，水質的毒性越大，相對污染就越厲害。通過上述數據可以知道，上塘河四個斷面中，皋城村斷面水體污染毒性最小，校正死亡率僅3.34%；香積寺路橋斷面次之，校正死亡率達33.33%；半山橋斷面第三，校正死亡率為46.67%，保障橋斷面水體污染毒性最大，校正死亡率高達53.33%。

2.1.3 鹵蟲遺傳毒性分析

圖2 鹵蟲各齡期生長情況（×40）

兩個典型污染斷面水樣（半山橋和保障橋水樣）處理后鹵蟲DNA損傷的瓊脂糖凝膠電泳圖見（圖3）。電泳圖譜表明，降解的DNA遷移距離最遠，在泳道最末端；DNA片斷越大，遷移距離越小，距離點樣孔越近，未斷裂DNA在點樣孔處遷移距離非常??；DNA片斷越小，遷移距離越大，距離點樣孔越遠。2、3號泳道和1號空白組泳道相比，很清晰的表明了鹵蟲DNA受到了不同的程度的斷裂。結合鹵蟲急性毒性試驗結果，保障橋水樣污染毒性較半山橋水樣大，且隨著水樣污染程度的逐漸升高，DNA的遷移距離逐漸變大，DNA的斷裂碎片逐漸變小，斷裂程度相對變大。一定程度上表明了鹵蟲DNA的損傷程度與水樣污染程度成一定的效應關系，即水樣污染程度越嚴重，鹵蟲的DNA損傷程度越大。

圖3 DNA損傷程度的瓊脂糖凝膠電泳圖

2.2 相關性分析

為更好了解不同水域水質與鹵蟲毒性、環境因子間的關系，采用PCA分析中的R語言Vegan法對5個典型斷面水體的環境因子及鹵蟲急性毒性數據進行排序分析（圖4）。排序結果將4個斷面區分為3組，組1：皋城村位于第一個象限，其特征是DO、BOD值較高；半山橋與保障橋位于第二個象限，從理化數據和生物數據上而言，比較接近，其特征是水溫及鹵蟲致死率較高；香積寺路橋位于第四象限，主要特征為COD、pH值較高?？梢姡h境因子和鹵蟲毒性間有一定相關性。

圖4 數據相關性分析

結語

綜合理化數據和生物數據，我們發現，上塘河的四個斷面水質在水溫、pH值、化學需氧量（COD）、溶解氧（DO）和生化需氧量（BOD）情況不一，我們不能從單一的參數來判斷哪個斷面污染更嚴重。從鹵蟲的生物毒性來看，上塘河四個斷面中，皋城村斷面水體污染毒性最小，香積寺路橋斷面次之，半山橋斷面第三，保障橋斷面水體污染毒性最大；這個結果，與浙江省環保部門的數據非常一致（上塘河的半山橋斷面是省控劣Ⅴ類，保障橋為市控劣Ⅴ類）。

環保部門多是采用物理或化學的方法來檢測水質，但是用指示生物（比如鹵蟲）來進行暴露實驗能夠更綜合、更科學地去評價水體的污染情況，兩者相輔相成，為水質檢測的精準提供可靠的依據。本研究依舊純在一定的局限性：采集水樣的時間為夏季，能反映上塘河水環境情況的一個剖面。而水體的各類理化參數及污染狀況隨季節變化情況十分復雜。因此，要全面探析上塘河的水環境情況，還需要充分考慮季節因素，進行深入的動態研究。

[1]國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法（第四版）[M].北京:中國環境科學出版社，2002：38-284.

[2]盧珩俊，陸胤，徐冬梅，等.咪唑類離子液體系列對鹵蟲的急性毒性研究[J].中國環境科學，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，倫鳳霞，王云龍，等.長江口南支沉積物對鹵蟲的毒性效應研究[J].生態環境學報，2010，19(5)：1020-1024.

[5]賴江山，米湘成.基于Vegan軟件包的生態學數據排序分析[C]//國際生物多樣性計劃中國委員會，中國生物多樣性保護與研究進展（Ⅸ）：第九屆生物多樣性保護與持續利用研討會論文集.北京：氣象出版社，2012：332-343.