硫酸銅對關鍵食物鏈環節毒性作用的微宇宙模擬研究

彭子樂，王良韜，吳永貴,3,4,5,*，伍建業

1. 貴州大學資源與環境工程學院，喀斯特地質資源與環境教育部重點實驗室，貴陽 550025 2. 浙江省嘉興市南湖生態環境監測站，嘉興 314001 3. 貴州喀斯特環境生態系統教育部野外科學觀測研究站，貴陽 550025 4. 貴州省劣境生態修復工程技術研究中心，貴陽 550025 5. 貴州大學應用生態研究所，貴陽 550025

一直以來，學術界均認為富營養化通常是由于河塘湖泊等水體接納了過多氮（N）、磷（P）等營養物質，使初級生產力水平大幅增加，導致藻類等浮游植物大量繁殖，葉綠素a含量增加，水體透明度和溶解氧降低[1]從而導致的水質及水生態惡化。但在日益加劇的人類活動影響下，工業、農業生產活動以及生活污水的大量排放，除了使N、P等營養元素進入水體，也使大量重金屬在水體中不斷積累，從而加快了河湖塘庫水體的富營養化演變速度。尤其是工礦行業排放的廢水中往往富含有各類重金屬（如Cu、Zn、Cd和Pb等）[2]，經在多介質多界面環境中進行傳輸后進入自然水體。而作為水體重要污染內源的富含N、P和重金屬的沉積物，在一定的條件下也會向水體持續釋放N、P等營養元素以及重金屬等污染物[3-5]，由此形成外源和內源的復合污染，導致水環境及水生態的日益惡化[6-7]。因此，水體富營養化以及重金屬污染已成為當前全球水生態系統的2個主要問題[8]。但在受重金屬及較高濃度N、P復合污染的水體中，重金屬對水體富營養化進程中不同關鍵食物鏈環節的影響至今未明。

在富營養化水體的治理和修復中，生態修復可通過恢復和重建水生生態系統來調整河塘湖泊水體的穩定性[9]。正常的水生態系統需要完整的生物鏈，作為聯系初級生產者（藻類）和次級消費者（魚類）的關鍵性環節的初級消費者（浮游動物），浮游動物對毒害物質（如重金屬）極其敏感且易中毒死亡，由此導致水生食物鏈中斷。銅作為環境中使用較為廣泛的重金屬之一，是生物機體細胞代謝的重要元素，但過量的銅會對生物體產生不同程度的毒性[10-12]，且易積累在水生生物體內，通過水生食物鏈進入人體[13]，最終危害人體健康[14]，所以銅成為潛在風險最大的重金屬元素之一[15-17]。為了探究在受重金屬及高濃度N、P復合污染的水體中，重金屬在富營養化進程中對水體關鍵食物鏈環節的變化中所起的作用，本研究選取Cu2+為重金屬的代表，通過構建受重金屬及高濃度N、P復合污染的水體中生產者（斜生柵藻Scenedesmusobliquus）-初級消費者（隆線溞Daphniacarinata）-次級消費者（斑馬魚Daniorerio）的微宇宙實驗體系進行單向多級圍隔試驗，記錄和分析試驗開始第1、3、5、7、9和11天時不同試驗階段體系內不同圍隔區域中斜生柵藻藻密度與葉綠素a含量、水體CODCr值與濁度、隆線溞與斑馬魚的存活、攝食活動及死亡率等的變化規律，研究了不同濃度Cu2+在高濃度N、P條件下對水體富營養化進程中系統內“斜生柵藻—隆線溞—斑馬魚”3個不同等級食物鏈環節生物效應的影響，相關研究結果可為水生生態系統的重金屬污染和水體富營養化的科學治理及環境生態風險評價提供理論參考依據。

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗藥品及試劑

CuSO4·5H2O、HgSO4、K2Cr2O7、Ag2SO4、H2SO4（ρ=1.84 g·mL-1）、H6N2O4S、C6H12N4和95%乙醇，均分析純。

H2SO4-Ag2SO4試劑：取10 g Ag2SO4，加入到1 000 mL H2SO4（ρ=1.84 g·mL-1）中，靜置1～2 d，攪拌，使其溶解。0.1225 g·mL-1K2Cr2O7標準溶液：將6.1250 g在105 ℃干燥120 min的K2Cr2O7溶解于去離子水中，定容至500 mL。H6N2O4S溶液：稱取1.000 g H6N2O4S溶于水中，定容至100 mL。C6H12N4溶液：稱取10.000 g C6H12N4溶于水中，定容至100 mL。濁度標準溶液：吸取5.00 mL H6N2O4S溶液與5.00 mL C6H12N4溶液于100 mL容量瓶中；置于（25±3） ℃靜置反應24 h，冷卻后稀釋至標線，混勻，此溶液濁度為400 NTU。

1.1.2 生物培養用水

斜生柵藻培養用水采用水生4號培養基[18]。隆線溞培養用水為用氣泵充分曝氣48 h以上的脫氯自來水，DO≥8 mg·L-1，氯化物30～32 mg·L-1，以CaCO3計的總硬度和總堿度分別為328.1～339.6 mg·L-1和83.28～85.19 mg·L-1，主要水質參數為：水溫23～25 ℃，電導率716～721 μS·cm-1，pH 7.62～7.87。斑馬魚的培養用水同隆線溞培養用水。

1.1.3 試驗用水

CNH3-Nm=CNH3-Nt×fNH3-Nm

（1）

fNH3-Nm=100/[1+antilog（pKa-pH）]

（2）

式中：fNH3-Nm為NH3-Nm在NH3-Nt中所占百分比，Ka為NH4+的電離常數，pKa=-logKa。

基于水生4號培養基中NH4+對隆線溞及斑馬魚的生物毒性[19]，將（NH4）2SO4替換為相同氮濃度的NaNO3。在以改進的水生4號培養基為試驗用水的體系中，TP含量為1.04 mg·L-1，TN含量為42.38 mg·L-1，按照目前的富營養化分類標準為重度富營養化條件。改進的水生4號培養基成分（1 000 mL）如表1所示。

1.1.4 試驗生物及其培養

斜生柵藻的培養：斜生柵藻購自中國科學院水生生物研究所，培養條件及培養方法參見國標（GB/T 13266—1991）附錄B[18]。斜生柵藻的培養條件為（21±0.5） ℃，光照周期14 h·d-1，光照強度為4 000 lx。

表1 改進的水生4號培養基成分Table 1 Composition of improved aquatic No.4 medium

隆線溞的培養：隆線溞經多代孤雌生殖，分離、純化和篩選的單克隆純生物株Dc42在試驗室經多代培養后，在試驗前20～25 d用橡膠頭玻璃吸管吸取齡期一致的幼溞在溫度（21±0.5） ℃、光照周期14 h·d-1、光強1 800 lx的環境下純培養。在培養期間，每周用強制曝氣48 h以上的自來水換水2次，每次換掉培養容器中水量的1/3，每日需定時投喂新鮮斜生柵藻濃縮液，濃度為1.5×105～2.0×105個·mL-1[20]。

斑馬魚的培養：斑馬魚體質量（0.28±0.10） g，平均體質量0.22 g。試驗前在室內馴養14 d以上，飼養期間自然死亡率<0.5%，試驗前1 d停止喂食，試驗期間不喂食。

1.1.5 單向多級圍隔構建的微宇宙實驗體系試驗裝置

單向多級圍隔構建的微宇宙實驗體系試驗裝置如圖1所示[21]。該實驗裝置由3部分構成：最內層圍隔是由孔徑為30目的工業濾布縫制的圓柱形圍隔裝置，直徑為10 cm；中間層圍隔是由孔徑為200目的工業濾布制作，直徑為14 cm；最外層是直徑為18 cm的圓柱形玻璃缸。由工業濾布縫制的圍隔底部都用相應的濾布密封，骨架采用市售PVC扁平包扎帶制作。

所構建的單向多級圍隔微宇宙試驗系統中，外層的生產者（斜生柵藻）可充分攝取體系內水體中的N、P營養并有充分的光照和生長發育繁殖空間，且能自如通過中層和內層的均勻擴散至整個實驗體系；中間層的初級消費者（隆線溞）實驗區中，隆線溞可在該區域自由攝取體系內的斜生柵藻，并擁有適合的光照和生長發育繁殖空間，且能自如通過內層的圍隔均勻擴散至除外層斜生柵藻實驗區的中層和內層水體中；而最內層的次級消費者（斑馬魚）實驗區中，斑馬魚可在該區域自由攝取體系內經中層圍隔自由出入的隆線溞，并擁有適合的光照和生長發育繁殖空間，但不能通過內層的圍隔進入中層的隆線溞實驗區及最外層的斜生柵藻實驗區。整個系統中，斜生柵藻可自由通過所有體系內圍隔均勻擴散或分布于整個實驗水體中，而隆線溞僅可進入下一級食物鏈（斑馬魚）區域，斑馬魚則僅限于其所在的區域。參考自然廣域水體中各食物鏈環節間空間間距相對較大、個體之間也較為分散的實際，按生態系統中物質和能量傳遞方向和規律設計的該單向多級圍隔微宇宙試驗系統，可有效避免在小容積試驗體系下，各休戚相關的食物鏈環節因顯得過于“親密接觸”導致在較小容積的體系內，行動敏捷的次級消費者（斑馬魚）對行動遲緩的初級消費者（浮游動物隆線溞）產生的快速捕食（同理，初級消費者的隆線溞對初級生產者藻類的快速濾食）造成試驗系統中初級消費者（隆線溞）或初級生產者（藻類）等食物鏈關鍵環節的快速消失，從而保障實驗體系的有序開展。

圖1 單向多級圍隔構建的微宇宙實驗體系試驗裝置示意圖Fig. 1 Schematic diagram of microcosmic experimental system test device constructed by unidirectional multistage enclosure

1.2 試驗方法

1.2.1 單向多級圍隔微宇宙試驗方法

本試驗主要研究在單向多級圍隔試驗條件下，在高N、P條件和重金屬Cu2+復合作用下，對由斜生柵藻—隆線溞—斑馬魚三級食物鏈構成的水生態系統的影響。依據Cu2+對斜生柵藻、隆線溞、斑馬魚以及三者共存條件下的毒性試驗結果[21]，試驗設置3組不同濃度處理組和1組空白組，濃度依次為0、0.01、0.04和0.16 mg·L-1，試驗設置的Cu2+濃度范圍在斑馬魚的耐受范圍內[22]，但遠超過隆線溞的耐受范圍[19]；藻、溞、魚3組試驗組放置圍隔裝置后，放入處于對數生長期的斜生柵藻，起始藻密度為5×104個·mL-1[20]，斜生柵藻能夠自由通過體系內所有圍隔孔徑，到達在整個體系內各試驗區域內生長；對于溞、魚2個試驗組，把約300只隆線溞放入用200目濾布制成的圍隔內，隆線溞能夠在由其形成的空間內自由活動并有可自由出入內層圍隔進入斑馬魚試驗區；而對于魚試驗組，在最內層30目的圍隔內放入1條斑馬魚。試驗共進行11 d，取樣時間分別為第1、3、5、7、9和11天。

1.2.2 試驗指標觀測

本試驗觀測以下指標：分別為水樣CODCr、濁度、藻密度（O484）、葉綠素a（Chla）；隆線溞與斑馬魚的存活、攝食活動及死亡率。CODCr測定參照唐紅梅[23]的方法。濁度測量采用分光光度法[24]。藻密度（O484）在484 nm波長測定吸光度。葉綠素a（Chla）采用熱乙醇法測定[25-26]。

隆線溞的存活、攝食活動及死亡率：隆線溞的死亡以“沉入水底，輕轉容器無任何反應”為死亡判斷標準。試驗開始后，觀察并記錄在第1、3、5、7、9和11天隆線溞的攝食活動及死亡數量，得出死亡率，試驗過程中及時剔除死亡個體。

斑馬魚的存活、攝食活動及死亡率：斑馬魚的死亡以“鰓蓋停止活動，對外界刺激無任何反應，喪失游泳能力且沉入水底”為死亡判斷標準。試驗開始后，觀察并記錄在第1、3、5、7、9和11天斑馬魚的攝食活動及存活情況，得出死亡率，并及時清理死魚。

1.3 數據統計處理與分析

為保證實驗數據可靠性，采用狄克遜（Dixon）檢驗法對試驗結果進行檢驗。處理間平均數差異顯著性的多重比較采用Duncan’s新復極差法，并采用OriginPro 2018繪制相關曲線圖。

2 結果（Results）

2.1 不同濃度Cu2+在高N、P條件下對水生態系統中藻密度的影響

如圖2所示，空白組斜生柵藻藻密度在0～5 d內基本保持穩定，至第3天僅有極小幅度的下降，隨著時間的推移，在5～9 d和11 d內藻密度開始有一定幅度的上升，此后至試驗結束，藻密度基本保持不變，此條件下體系內水體藻密度的吸光度（O484）為0.036。較低濃度（0.01 mg·L-1）的Cu2+試驗組藻密度變化規律和空白組的變化規律相似，試驗結束時，藻密度的吸光度（O484）為0.041，且空白試驗組和低濃度（0.01 mg·L-1）Cu2+試驗組初級消費者的隆線溞與次級消費者的斑馬魚都未受到明顯影響（隆線溞死亡率為0%、斑馬魚死亡率為0%）。特別值得注意的是，一定濃度（0.04 mg·L-1）的Cu2+存在條件下，試驗組斜生柵藻的生長速度及藻密度與0、0.01和0.16 mg·L-1Cu2+濃度組相比呈快速增加趨勢，且隆線溞開始陸續死亡（死亡率高達80%），但斑馬魚的存活率未受明顯影響（死亡率為0%），在5～11 d的整個試驗周期內藻密度持續快速上升，水體顏色逐漸變得濃綠，至試驗結束時0.04 mg·L-1Cu2+試驗組的藻密度（O484）的吸光度高達0.125。

圖2 高濃度N、P條件下不同濃度Cu2+的存在對系統中斜生柵藻藻密度的影響Fig. 2 Effects of different concentrations of Cu2+ on the density of Scenedesmus obliquus in the system under high concentrations of N and P

較高濃度（0.16 mg·L-1）的Cu2+試驗組在0～5 d藻密度略有波動且呈現體系水體顏色有變深的現象，但在此濃度下的斜生柵藻在5 d及后期均受到較高濃度Cu2+的毒害，表現為從第5天至第7天藻密度有小幅上升，但至試驗結束時藻密度的吸光度（O484）開始降低，藻密度的吸光度（O484）為0.035，并且在該濃度下隆線溞全部死亡（死亡率達100%），斑馬魚尚未受到明顯毒害，死亡率為0%。

2.2 不同濃度Cu2+在高N、P條件下對水生態系統內葉綠素a的影響

不同濃度Cu2+在高N、P條件下對水生態系統內葉綠素a的影響與對斜生柵藻藻密度的變化具有相似的趨勢（圖3），空白組體系中包括斜生柵藻、隆線溞及斑馬魚等各級食物鏈環節的數量和存活情況相對較為穩定和正常，其中，葉綠素a在1～7 d有小幅上升，隨后至試驗結束時均保持穩定，此時葉綠素a含量為173.6 μg·L-1，隆線溞死亡率為0%，斑馬魚死亡率為0%。較低濃度（0.01 mg·L-1）的Cu2+試驗組葉綠素a在1～3 d內變化不大，在3～11 d逐漸上升，且對體系中的隆線溞及斑馬魚未產生明顯的毒性作用，至試驗結束時，葉綠素a含量為395.25 μg·L-1，隆線溞死亡率為0%，斑馬魚死亡率為0%。

同0.04 mg·L-1Cu2+試驗組顯著促進藻密度增加的趨勢一樣，該濃度的Cu2+存在條件下體系中葉綠素a含量在1～5 d內有一定幅度的增加，在5～11 d葉綠素a含量迅速上升，但體系中的隆線溞此時已表現出明顯的中毒死亡現象，因此，此濃度條件下體系中藻密度及葉綠素a含量同步激增，試驗結束時體系內葉綠素a含量高達874.7 μg·L-1，隆線溞死亡率為80%，斑馬魚死亡率為0%。同前述較高濃度（0.16 mg·L-1）Cu2+試驗組對體系藻密度變化的影響規律相似，葉綠素a在1～5 d內基本保持穩定且總體上葉綠素a含量較低；在5～7 d葉綠素a有一定幅度上升，7～11 d有小幅上升；至試驗結束時，體系葉綠素a含量為378.04 μg·L-1，隆線溞在試驗開始不久后24 h內死亡率達100%，斑馬魚死亡率為0%。

2.3 不同濃度Cu2+在高N、P條件下對水生態系統CODCr的影響

如圖4所示，空白組CODCr在1～5 d內有小幅度的下降，隨著試驗時間的延長，CODCr逐漸上升，至11 d的試驗結束時CODCr值為20.5 mg·L-1，僅比試驗開始時略有增加，在此期間，作為初級消費者的隆線溞和次級消費者的斑馬魚存活狀況良好，隆線溞和斑馬魚的死亡率均為0%，水質、水色等也較為穩定。0.01 mg·L-1Cu2+試驗組對水體CODCr變化的影響總體也不明顯，在1～3 d內水體CODCr呈下降趨勢，幅度較小；在3～11 d水體CODCr緩慢上升，至11 d的試驗結束時水體的CODCr值為22.7 mg·L-1。

圖3 高N、P條件下不同濃度Cu2+的存在對系統內斜生柵藻葉綠素a的影響Fig. 3 Effects of different concentrations of Cu2+on chlorophyll a changes in Scenedesmusobliquus under high N and P conditions

圖4 高N、P條件下不同濃度Cu2+對體系中水體CODCr變化的影響Fig. 4 Effects of different concentrations of Cu2+ on CODCr changes in water body under high N and P conditions

0.04mg·L-1Cu2+試驗組CODCr在1～5 d內小幅上升且在5～7 d內基本保持穩定，隨著試驗進行至第9天時CODCr有較大幅度上升，試驗結束的11 d時CODCr值已高達75 mg·L-1（此濃度條件下隆線溞死亡率為80%，斑馬魚死亡率為0%）。而更高濃度（0.16 mg·L-1）的Cu2+試驗組CODCr在試驗周期內變化趨勢與0.01 mg·L-1Cu2+試驗組較為相似，在試驗結束時，CODCr值為39 mg·L-1，隆線溞死亡率為100%，斑馬魚死亡率為0%。

2.4 不同濃度Cu2+在高N、P條件下對水生態系統濁度的影響

如圖5所示，空白組濁度在第1～5天內基本保持穩定，第5天較第3天略有上升，此后直至試驗結束期間，空白濃度組濁度有一定幅度上升后保持穩定，濁度為11.5 NTU。0.01 mg·L-1Cu2+試驗組濁度變化趨勢、受試生物存活狀況與空白濃度組變化趨勢較為一致（濁度為13.6 NTU，隆線溞死亡率為0%，斑馬魚死亡率為0%）。而較高濃度（0.16 mg·L-1）Cu2+試驗組濁度在11 d的實驗期內總體上與較低濃度（0.01 mg·L-1） Cu2+及空白組的變化規律相似，其中在1～5 d內先上升后下降；從第5天開始濁度逐漸上升至在第9天時濁度達到最大值，第11天時濁度較第9天略微下降（濁度為9.8 NTU），但與較低濃度（0.01 mg·L-1）Cu2+及空白組完全不同的是，較高濃度（0.16 mg·L-1）Cu2+試驗組的隆線溞死亡率為100%。

圖5 高N、P條件下不同濃度Cu2+對系統內水體濁度的影響Fig. 5 Effects of different concentrations of Cu2+ on turbidity of water in the system under high N and P conditions

與0、0.01和0.16 mg·L-1Cu2+試驗組濁度相比，0.04 mg·L-1Cu2+試驗組濁度差異非常明顯，在試驗周期內，逐漸上升，最終在第11天達最大值42.5 NTU（此時隆線溞死亡率高達80%，斑馬魚死亡率為0%）。

3 討論（Discussion）

通過分析比較構建的水生生態微宇宙實驗系統運行第1、3、5、7、9和11天時不同試驗階段體系內藻密度（O484）與葉綠素a含量、水體CODCr值與濁度、隆線溞與斑馬魚的存活、攝食活動及死亡率等的變化規律，發現不同濃度Cu2+在高濃度N、P復合污染模擬高富營養化的水體中，對水生生態系統食物鏈各環節尤其是初級消費者（隆線溞）的毒性是造成水生食物鏈斷裂的關鍵性因素，繼而對水生生態系統帶來不同的環境生態效應并由此觸發水體富營養化的爆發。試驗設置的Cu2+濃度在斑馬魚耐受范圍內[22]，所以在試驗期內，斑馬魚死亡率為0%。

空白試驗組中，由于單向多級圍隔裝置限制隆線溞對斜生柵藻的濾食且無其他毒害物質，至試驗結束時藻密度基本保持不變，因斜生柵藻的繁殖消耗了水中有機碳的同時，其光合放氧作用也會導致水體CODCr呈下降趨勢，所以即使在高濃度N、P條件下，生產者（斜生柵藻）在無機環境中所獲得的營養物質以及通過光合作用所固定的能量能夠通過食物鏈傳遞到初級消費者（隆線溞），通過單向多級圍隔裝置，使斑馬魚對隆線溞的捕食受到限制，從而確保斜生柵藻—隆線溞—斑馬魚三級食物鏈的完整而沒有發生中斷，系統水體各項水質指標較好。在本試驗中，初級消費者（隆線溞）對控制水生態系統的富營養化有重要作用，表明健全的水生生態系統能夠消納高濃度N、P帶來的壓力而不易發生水體富營養化。

在0.01 mg·L-1Cu2+試驗組中，初級消費者（隆線溞）沒有表現出較強的急性毒性反應（死亡率為0%）。首先，0.01 mg·L-1Cu2+小于隆線溞96 h-EC50[21]；其次，試驗時所用300只隆線溞并不是出生僅24 h隆線溞，而是隨機撈取，個體較大，其對Cu2+敏感性較幼溞較弱；最后，斜生柵藻對重金屬有一定的吸收作用[27-28]，可降低水體中Cu2+濃度，從而降低Cu2+對隆線溞的毒性。生產者（斜生柵藻）也沒有表現出明顯的毒性反應，相反，表現出一定的毒性興奮效應[29]，0.01 mg·L-1Cu2+明顯促進斜生柵藻的生長[30]。但初級消費者（隆線溞）通過濾食生產者（斜生柵藻），且在初期溞的攝食率速度較高[31]，即使維持體系中高濃度的N、P但仍能自行控制生產者（斜生柵藻）的數量處于較低水平[32]，此條件下水生生態系統未發生水體富營養化。

在0.04 mg·L-1Cu2+試驗組中，Cu2+對初級消費者（隆線溞）顯示較強毒性而導致初級消費者（隆線溞）數量大為減少（隆線溞死亡率達80%），未死的個體顯示活動能力及濾食能力顯著減弱，對天敵的敏感性降低[33]，試驗結束時CODCr值已高達75 mg·L-1，推測原因與此時體系中的隆線溞大量死亡腐解有直接關系。這表明在0.04 mg·L-1Cu2+條件下，隆線溞作為關鍵性食物鏈環節，無法完成生產者（斜生柵藻）從水環境中吸收的N、P以及通過光合作用積累的物質和能量的傳遞，系統內“斜生柵藻—隆線溞—斑馬魚”3個不同等級食物鏈環節近乎中斷，導致體系內生產者（斜生柵藻）因為失去天敵（隆線溞），而未被濾食且在高濃度氮磷刺激下大量繁殖，物質和能量累積在初級生產者這一營養級，導致初級生產力很大，生產者數量遠高于初級消費者數量，最終顯示水生態系統形成生產者（斜生柵藻）占絕對優勢的重度富營養化現象。

在0.16 mg·L-1Cu2+試驗組中，體系水體顏色有變深的現象，估計與所加銅離子的顏色有關，在該濃度的Cu2+影響下CODCr值維持較低水平與前期隆線溞死亡速度快、打撈死溞相對較為集中和及時，且與高濃度Cu2+的殺菌滅菌作用導致死亡的隆線溞或部分藻類的腐爛受到一定程度的抑制有關。生產者（斜生柵藻）在此濃度Cu2+下受到一定的毒害，在試驗的1～5 d受到明顯的抑制作用（圖2），由于部分死亡藻類顆粒導致0.16 mg·L-1Cu2+試驗組藻密度曲線在1～5 d時是先升高后降低的外凸曲線（圖3），0.16 mg·L-1Cu2+試驗組葉綠素a曲線在1～5 d時是內凹曲線，表明斜生柵藻受到Cu2+的抑制，使葉綠素a呈略微下降趨勢。段晨雪等[34]的研究表明濃度高于50 μmol·L-1的Cd2+會抑制葉綠素a的合成。作為聯系初級生產者（斜生柵藻）和次級消費者（斑馬魚）物質和能量流動紐帶的水生食物鏈關鍵環節的所有初級消費者（隆線溞）在該濃度試驗開始不久后24 h內的死亡率達100%，而此時的次級消費者（斑馬魚）由于仍然具有較強的耐受性存活率幾乎沒有受到明顯影響，但水生食物鏈發生中斷，由此將導致次級消費者（魚類）食物（物質和能量）的缺失而最終死亡，也將會導致初級生產者（藻類）因缺乏必要的攝食者而失控泛濫，并逐漸顯現出水色濃綠的富營養化特征。值得注意的是，在該微宇宙體系中，供試材料（硫酸銅）中的二價銅離子除了對系統中的藻-溞-魚各級食物鏈的代表性生物自身具有不同程度的直接毒性作用外，由于銅物種敏感度分布法（SSD）計算得到的HC5（即在銅的物種敏感度分布曲線中保護95%以上物種的濃度水平）主要針對的物種是微生物和藻類，因此本研究所用的銅離子還可通過減少或清除水生生態系統中分解者（微生物）和生產者（藻類）的方式改變系統中食物鏈的構成，繼而影響到水生生態系統的物質循環和能量傳遞，從而導致水生生態系統的加速惡化。

綜上所述：（1）在高濃度N、P條件下無重金屬的空白試驗組及低濃度的Cu2+試驗組中，初級生產者（斜生柵藻）、初級消費者（隆線溞）和次級消費者（斑馬魚）總體發展較為均衡，水生食物鏈未發生斷裂，各項水質指標良好，表明在無毒害物質或少量毒害物質（如重金屬）存在條件下，健全的水生生態系統能夠消納高濃度N、P帶來的壓力而不易發生水體富營養化。（2）較高濃度的重金屬Cu2+對水體富營養化進程具有明顯的促進作用。在水生生態系統中，當重金屬Cu2+濃度超過敏感的關鍵食物鏈環節（如初級消費者的浮游動物）毒性閾值時，對初級消費者產生的毒害作用（隆線溞死亡率達80%）明顯大于對水生食物鏈初級生產者（藻類）以及次級消費者（魚類）時，將導致水生食物鏈中斷，繼而造成初級生產者（藻類）未被濾食且在高濃度N、P供給下的大量繁殖，最終形成初級生產者（藻類）占絕對優勢的重度富營養化現象。（3）在遭受毒害物質（如重金屬）及高濃度N、P復合污染的水體中，毒害物質（如重金屬）是造成體系中敏感性關鍵性食物鏈環節（如初級消費者的浮游動物）斷裂或消失及水生生態系統崩潰、繼而導致富營養化進程加劇的關鍵性因素之一，需要引起足夠重視。在水環境治理或水生生態系統修復過程中，應嚴格限制包括重金屬在內的有毒有害持久性污染物排放至自然水體中。