富营养型湖泊不同分子量溶解性有机质对绿藻富集重金属行为的影响机制研究

This work is proposed to deal with the effects of dissolved-organic-matter (DOM) with different molecular weight on heavy metals accumulating behavior of green algae in Tai Lake. This research focuses the interactions between different components in dual complex systems HMs-DOM, algae-HMs and algae-DOM as well as ternary complex system DOM-HMs-algae. Through studying the differences of transmembrane action of DOM-HMs complex across algae membrane, we will elucidate the accumulating mechanism of HMs by green algae under effect of different molecular-weight DOM, provide a theoretical basis for ecological risk assessment of heavy metals in freshwater lakes. The research have important consequences for improvement of the mechanistic understanding of the migration and accumulation of heavy metals in eutrophic lake, and understanding of the ecological risk of heavy metals in the Taihu Lake, and has important theoretical and practical value on the heavy metal pollution prevention and control in freshwater lake ecosystem.

本课题拟以太湖中溶解性有机质（DOM）、重金属离子和水藻为研究对象，研究不同分子量的DOM对重金属离子在太湖优势藻- - 绿藻中富集行为的影响。研究从DOM-重金属、DOM-绿藻、重金属-绿藻不同二元体系间的变化关系着手，深入探讨DOM-重金属-水藻的三元体系间的相互作用。通过对比不同分子量DOM-重金属配合物穿透藻类细胞膜的行为差异，揭示不同分子量的DOM对重金属元素生物有效性和绿藻表面特性的影响规律，从而阐明DOM对藻类生物富集重金属元素的影响机制，为湖泊重金属的环境生态风险评价提供理论依据。研究结果将深化我们对富营养型湖泊环境中重金属的迁移、积累规律及其影响机制的认识和对太湖重金属生态风险的认识，对我国淡水湖泊生态系统的重金属污染防治具有重要的理论和实际应用价值。

溶解性有机质（dissolved organic matter，DOM）是天然水体中能参与到重金属元素配合反应的一个重要物质。课题选择各种溶解性有机质（DOM），研究其对重金属Cu， Pb等在小球类中富集行为的影响。.首先建立了 “双柱XAD-8树脂-透析袋分级-冷冻干燥”方法，将太湖水中DOM分离成F1<500Da, F2 500-1000Da , 和F3>1000Da，后又改进为“RO浓缩-XAD-8-XAD-4-旋蒸浓缩-冷冻干燥”，增加了对亲水性DOM的提取。太湖水中<500Da的DOM占疏水性DOM的74.8-94.4%，其表面酸性官能团量为12.83mmol/g。亲水性DOM含量占到DOM总量的近40%，包含较少的芳环结构且具有较低的不饱和性。.在无磷环境中，藻的生长受到抑制，无法抵御重金属Pb的毒性，耐受性大大降低。磷存在下，藻生长正常，随磷浓度的增加，藻通过表面沉淀吸附作用增加了对Pb的吸附量，但降低了吸收Pb的量。.藻-重金属二元体系在30-40min内快速达到吸附平衡，且符合Langmuir吸附等温线模型，pH升高，可增加藻对金属的吸附量，但是温度的影响则因元素而异。.耐受性实验表明小分子的有机酸苹果酸（MA）柠檬酸（CA），具有强的细胞膜渗透性，增加了重金属Pb的毒性；而从太湖中的F1，F2，F3通过络合作用降低Cu的生物有效性。.在DOM-Cu-藻的三元体系中，CA、富里酸（FA）和腐殖酸（HA）主要表现为增加藻对Cu的耐受性；太湖中的F1、F2、F3均显著增加了藻对Cu的吸附量，但这些DOM均降低了金属离子的生物有效性，且随分子量越大，增加效应越强。.在DOM-Pb-藻的三元体系中，CA、FA和HA均显著增加了藻对Pb的吸附量，略微增加了藻对Pb的吸收量。小分子有机酸MA和CA对比试验表明，其三元体系的吸附动力学符合拟二级动力学方程，有机酸分子量和浓度的增加有利于增加藻对Pb的吸附量。FA的添加后吸附等温线呈s型，在低Pb浓度时吸附量低于二元体系，藻粒径约为3.379μm，略大于单独藻。藻：Pb：DOM的摩尔比在1：10：4.83 至1：10：8.97之间的范围内能形成三元配合物。.本项目的研究可深化对DOM在重金属的生物有效性中的作用的理解。