水資源保護(hù)評(píng)價(jià)
——以杭州上塘河為例

陳鋮陸胤瑪青

（浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院 浙江杭州 310015）

引言

2013年浙江省省委十三屆四次全會(huì)提出了“治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節(jié)水”的“五水共治”的決策方案，吹響了浙江大規(guī)模治水行動(dòng)的新號(hào)角。上塘河地處杭州城市北部的工業(yè)區(qū)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(qū)的分布；再加上近幾年杭州致力于城市建設(shè)，沿途多有在建工程，這也給有些河段帶來(lái)一定的污染，導(dǎo)致雜草叢生、漂浮物密布。簡(jiǎn)單理化指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)逐漸只適合用于專業(yè)人員的分析報(bào)告中，而以鹵蟲為檢測(cè)生物，從鹵蟲的死亡率更能直觀的警示人們，DNA檢測(cè)是鹵蟲檢測(cè)更具備說(shuō)服力。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 采樣位點(diǎn)的布設(shè)

在污染源調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合水域特征，參照環(huán)保部門的檢測(cè)站位，選取了四個(gè)水樣采集點(diǎn)（香積寺路橋、半山橋、皋城村、保障橋）進(jìn)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(duì)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(píng)價(jià)檢測(cè)兩岸污染源對(duì)水質(zhì)的影響；3）保障橋，位于余杭境內(nèi)，為削減斷面，反應(yīng)杭州段污染物稀釋凈化的情況。其中，根據(jù)浙江省環(huán)保部門的數(shù)據(jù)，上塘河的半山橋斷面是省控劣Ⅴ類，保障橋?yàn)槭锌亓英躅?。采樣時(shí)間為2017年7月，采樣深度為表層水下30～50 cm，每個(gè)樣點(diǎn)重復(fù)隨機(jī)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(diǎn)示意圖

1.2 水質(zhì)理化指標(biāo)的測(cè)定

按國(guó)標(biāo)法對(duì)采集的各個(gè)斷面水樣進(jìn)行溶解氧（DO）（HJ506-2009）、化學(xué)需氧量（CODCr）（GB/T11892-1989）、五日生化需氧量（BOD5）（HJ505-2009）[1]等項(xiàng)目的測(cè)試。

表1 各斷面水樣理化數(shù)據(jù)

1.3 鹵蟲急性毒性試驗(yàn)

依據(jù)已建模的鹵蟲急性毒性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[2，3]，選取鹵蟲優(yōu)良卵體曝光2×24 h，在人工海水中孵化。以預(yù)實(shí)驗(yàn)所得的濃度，將4個(gè)樣點(diǎn)的水樣分設(shè)5個(gè)濃度梯度（水樣濃縮），每個(gè)濃度5個(gè)重復(fù)。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(nèi)鹵蟲受干擾不能活動(dòng)應(yīng)激作為中毒死亡判斷標(biāo)準(zhǔn)，記錄得到的各組鹵蟲死亡個(gè)體數(shù)，計(jì)算校正死亡率，并利用SPSS軟件統(tǒng)計(jì)LC50值及其95%置信區(qū)間。

1.4 DNA損傷檢測(cè)

進(jìn)一步選取典型污染水樣，將20條相似體長(zhǎng)及活性（每分鐘運(yùn)動(dòng)）的鹵蟲無(wú)節(jié)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?zhèn)溆谩?%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(wú)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(lán)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(cè)儀檢測(cè)，凝膠成像系統(tǒng)拍照。

1.5 數(shù)據(jù)處理

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用雙向方差分析（方差分析）和事后檢驗(yàn)，p＜0.05在處理組具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。SPSS 17和Origin 8軟件作為工具來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖形。采用PCA分析中的R語(yǔ)言Vegan軟件包進(jìn)行典型對(duì)應(yīng)分析，通過rda()和summary()函數(shù)獲得詳細(xì)的排序結(jié)果，通過biplot()函數(shù)生成排序圖[5]，綜合評(píng)價(jià)電子廢棄物污染與鹵蟲水生毒性的相關(guān)性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果分析

2.1.1 水質(zhì)理化數(shù)據(jù)測(cè)定

4個(gè)典型斷面水質(zhì)的理化指標(biāo)見（表1）。數(shù)據(jù)顯示四個(gè)樣點(diǎn)的水溫基本就是在28和30℃之間，水質(zhì)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(shí)所測(cè)得的值稱為CODCr。CODCr值越高，說(shuō)明水質(zhì)污染就越嚴(yán)重。可見，上塘河四個(gè)斷面中，香積寺路橋斷面的化學(xué)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(cè)得的DO值高表明水體自凈能力較強(qiáng)，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(huì)繁殖而導(dǎo)致水體發(fā)臭。在上塘河四個(gè)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(gè)采樣點(diǎn)水樣的鹵蟲毒性測(cè)試

鹵蟲的死亡率越高，水質(zhì)的毒性越大，相對(duì)污染就越厲害。通過上述數(shù)據(jù)可以知道，上塘河四個(gè)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(dá)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(dá)53.33%。

2.1.3 鹵蟲遺傳毒性分析

圖2 鹵蟲各齡期生長(zhǎng)情況（×40）

兩個(gè)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(yuǎn)，在泳道最末端；DNA片斷越大，遷移距離越小，距離點(diǎn)樣孔越近，未斷裂DNA在點(diǎn)樣孔處遷移距離非常小；DNA片斷越小，遷移距離越大，距離點(diǎn)樣孔越遠(yuǎn)。2、3號(hào)泳道和1號(hào)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(jié)合鹵蟲急性毒性試驗(yàn)結(jié)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(duì)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(yīng)關(guān)系，即水樣污染程度越嚴(yán)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(guān)性分析

為更好了解不同水域水質(zhì)與鹵蟲毒性、環(huán)境因子間的關(guān)系，采用PCA分析中的R語(yǔ)言Vegan法對(duì)5個(gè)典型斷面水體的環(huán)境因子及鹵蟲急性毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行排序分析（圖4）。排序結(jié)果將4個(gè)斷面區(qū)分為3組，組1：皋城村位于第一個(gè)象限，其特征是DO、BOD值較高；半山橋與保障橋位于第二個(gè)象限，從理化數(shù)據(jù)和生物數(shù)據(jù)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。可見，環(huán)境因子和鹵蟲毒性間有一定相關(guān)性。

圖4 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

結(jié)語(yǔ)

綜合理化數(shù)據(jù)和生物數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，上塘河的四個(gè)斷面水質(zhì)在水溫、pH值、化學(xué)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(shù)來(lái)判斷哪個(gè)斷面污染更嚴(yán)重。從鹵蟲的生物毒性來(lái)看，上塘河四個(gè)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(gè)結(jié)果，與浙江省環(huán)保部門的數(shù)據(jù)非常一致（上塘河的半山橋斷面是省控劣Ⅴ類，保障橋?yàn)槭锌亓英躅悾?/p>

環(huán)保部門多是采用物理或化學(xué)的方法來(lái)檢測(cè)水質(zhì)，但是用指示生物（比如鹵蟲）來(lái)進(jìn)行暴露實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋C合、更科學(xué)地去評(píng)價(jià)水體的污染情況，兩者相輔相成，為水質(zhì)檢測(cè)的精準(zhǔn)提供可靠的依據(jù)。本研究依舊純?cè)谝欢ǖ木窒扌裕翰杉畼拥臅r(shí)間為夏季，能反映上塘河水環(huán)境情況的一個(gè)剖面。而水體的各類理化參數(shù)及污染狀況隨季節(jié)變化情況十分復(fù)雜。因此，要全面探析上塘河的水環(huán)境情況，還需要充分考慮季節(jié)因素，進(jìn)行深入的動(dòng)態(tài)研究。

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