Occurrence and Distribution of Organic Contaminants in the Aquatic System in Berlin. Part III: Determination of Synthetic Musks in Berlin Surface Water Applying Solid-phase Microextraction (SPME) and Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)

Polycyclic musks and nitro musks were found as environmental pollutants in screening analyses of 30 representative surface water samples collected from rivers, lakes, and canals in Berlin. These synthetic musks, which are used as fragrances in cosmetics, detergents, and other products, are discharged by the municipal sewage treatment plants into Berlinπs surface waters. In particular, the polycyclic musks 1,3,4,6,7,8-hexahydro-4,6,6,7,8,8-hexamethylcyclopenta-(g)-2-benzopyrane (HHCB; Galaxolide®, Abbalide®) and 7-acetyl-1,1,3,4,4,6-hexamethyltetraline (AHTN; Tonalide®, Fixolide®) were found in the receiving surface waters at considerable concentrations up to the μg/L-level. In the Wuhle, a small brook almost totally consisting of sewage effluents, maximum concentrations were 12.5 μg/L for HHCB and 6.8 μg/L for AHTN. Additionally, the polycyclic musk 4-acetyl-1,1-dimethyl-6-tert-butylindane (ADBI; Celestolide®, Crysolide®) and 1-tert-butyl-3,5-dimethyl-2,6-dinitro-4-acetylbenzene (musk ketone) were detected at low concentrations in most of the samples. Two other nitro musks, namely 1,1,3,3,5-pentamethyl-4,6-dinitroindene (musk moskene) and 1-tert-butyl-3,5-dimethyl-2,4,6-trinitrobenzene (musk xylene), were only detected in a single surface water sample. Solid-phase microextraction (SPME) with detection by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) has proven to be a rapid and reliable tool for the screening of synthetic musks in surface and sewage water samples. Internal calibration with a suitable internal standard enables reproducible quantitation of the analytes down to the low ng/L-level.     

Polycyclic musks in green-lipped mussels (Perna viridis) from Hong Kong

Six polycyclic musk compounds [Cashmeran (DPMI), Celestolide (ADBI), Phantolide (AHMI), Traseolide (ATII), Tonalide (AHTN), and Galaxolide (HHCB)] were analysed in marine green-lipped mussels (Perna viridis) from Hong Kong. ADBI, HHCB and AHTN were detected in almost all samples, while AHMI, ATII and DPMI were not detected. Concentrations of ADBI, HHCB and AHTN in mussels ranged from below detection limit–0.0743 (mean: 0.0246), 0.247–6.08 (mean: 1.15) and 0.0591–0.738 (mean: 0.190) mg/kg lipid weight, respectively. Mussels from two sampling sites in central Victoria Harbour contained the highest total polycyclic musk levels, suggesting that these waters are heavily influenced by domestic sewage. Concentrations of HHCB and AHTN detected in the mussel samples were the second highest and the highest levels, respectively, compared to global concentrations. A preliminary risk assessment indicated that HHCB and AHTN in mussels pose little or no threat to the health of shellfish consumers. Nevertheless, more comprehensive studies are required to further assess the ecological and human health risks associated with polycyclic musks.     

Polycyclic musks in green-lipped mussels (Perna viridis) from Hong Kong

Six polycyclic musk compounds [Cashmeran (DPMI), Celestolide (ADBI), Phantolide (AHMI), Traseolide (ATII), Tonalide (AHTN), and Galaxolide (HHCB)] were analysed in marine green-lipped mussels (Perna viridis) from Hong Kong. ADBI, HHCB and AHTN were detected in almost all samples, while AHMI, ATII and DPMI were not detected. Concentrations of ADBI, HHCB and AHTN in mussels ranged from below detection limit-0.0743 (mean: 0.0246), 0.247-6.08 (mean: 1.15) and 0.0591-0.738 (mean: 0.190)mg/kg lipid weight, respectively. Mussels from two sampling sites in central Victoria Harbour contained the highest total polycyclic musk levels, suggesting that these waters are heavily influenced by domestic sewage. Concentrations of HHCB and AHTN detected in the mussel samples were the second highest and the highest levels, respectively, compared to global concentrations. A preliminary risk assessment indicated that HHCB and AHTN in mussels pose little or no threat to the health of shellfish consumers. Nevertheless, more comprehensive studies are required to further assess the ecological and human health risks associated with polycyclic musks.     

Polycyclic musks in green-lipped mussels (Perna viridis) from Hong Kong

Six polycyclic musk compounds [Cashmeran (DPMI), Celestolide (ADBI), Phantolide (AHMI), Traseolide (ATII), Tonalide (AHTN), and Galaxolide (HHCB)] were analysed in marine green-lipped mussels (Perna viridis) from Hong Kong. ADBI, HHCB and AHTN were detected in almost all samples, while AHMI, ATII and DPMI were not detected. Concentrations of ADBI, HHCB and AHTN in mussels ranged from below detection limit–0.0743 (mean: 0.0246), 0.247–6.08 (mean: 1.15) and 0.0591–0.738 (mean: 0.190) mg/kg lipid weight, respectively. Mussels from two sampling sites in central Victoria Harbour contained the highest total polycyclic musk levels, suggesting that these waters are heavily influenced by domestic sewage. Concentrations of HHCB and AHTN detected in the mussel samples were the second highest and the highest levels, respectively, compared to global concentrations. A preliminary risk assessment indicated that HHCB and AHTN in mussels pose little or no threat to the health of shellfish consumers. Nevertheless, more comprehensive studies are required to further assess the ecological and human health risks associated with polycyclic musks.     

湖泊疏浚堆场淤泥污染及潜在生态风险评价

疏浚淤泥内通常含有不同类型的有毒有害物质,在堆场直接堆放过程中可能会对周围环境产生有害影响.本文针对太湖及巢湖相应疏浚堆场内淤泥进行研究,探讨淤泥中重金属、多环芳烃以及多氯联苯等污染物含量及潜在生态风险;根据重金属的风险指数法和持久性有机污染物的风险商法,对各污染物的潜在生态风险进行定量分析.研究结果表明,太湖白旄堆场以及孔湾堆场淤泥内重金属及多环芳烃含量较小,潜在生态风险较低;巢湖南庄堆场淤泥内各类有害物质含量较大,种类较多,对于周围环境具有较高的潜在生态威胁.多氯联苯则在各个疏浚堆场淤泥中具有很高的积累量,潜在生态风险较高,应引起管理者的重视.     

太湖水体中胶体磷含量初探

室内静态模拟不同温度下太湖15个湖区柱状沉积物磷酸根释放,分析了相应表层沉积物形态磷,以及梅梁湾间隙水中相关离子Al(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)和PO43-含量的季节变化．研究表明,受陆源影响较大的泥区通常是太湖内源磷的稳定源;而在开敞度较大的湖区,由于表层沉积物胶体的物化吸附,使得温度对底泥磷释放的影响作用减弱,并易产生磷的“内汇”现象;在梅梁湾区成汇区,还加上春夏季藻类的局部超负荷需磷这一控制因素,从而使得太湖大部分泥区在一年中至少发生一次源-汇转换过程．化学热力学分析揭示,Al-P较之Fe-P和Ca-P更易在界面发生溶解可能是太湖表层沉积物Al-P与PO43-P释放速率呈显著相关(r=0．3858>r1-0．01,n=45)的内在原因．虽然沉积物中Fe-P有较高的释磷潜力,但浅水湖所营造的沉积物表层氧化层和广泛覆盖的无机胶体及粘土矿物的强吸附介质,可能是抑制沉积物中Fe-P释放成为优势的主要因素．估算太湖沉积物-水界面磷的净通量为899．4±573．6 t／a,约占太湖磷入湖量的1／4-1／2,其中成汇通量约为-91．2±42．4 t/a．     

太湖典型区2010-2017年间水质变化趋势及异常分析

自2007年太湖蓝藻水华引起无锡供水危机后,在太湖流域及湖区开展了一系列综合治理措施以改善太湖水环境质量.本研究在太湖梅梁湾和贡湖湾各设置3个采样点,自2010年4月起每月2次监测太湖水质.结合水文气象数据及无锡市环境监测站和太湖局的同期数据,明确太湖自2010年以来,水质整体良好,总氮浓度在波动中呈现下降的趋势,总磷浓度在2014年前也是在波动中呈现下降的趋势,但在2015和2016年有所回升,回升比例约为15%~20%.2015和2016年总磷浓度出现回升的主要原因是这2年的2次大洪水过程携带大量N、P进入太湖湖区,洪水消退过程中,N大多以溶解态排泄出湖区,而P则由于大多数以颗粒态存在,逐渐沉积到湖泊中,随着微囊藻生长消耗水体溶解态P以及水体pH和溶解氧的变化逐渐释放到太湖水体中.     

太湖长孢藻属(Dolichospermum)生物量长期动态变化及驱动因子

针对近年来太湖水体中长孢藻（Dolichospermum,曾用名鱼腥藻Anabaena）比例增加的趋势,本文研究了2005—2019年太湖春季不同湖区长孢藻生物量的长期变化趋势和空间差异,探究了冬、春季气象条件（气温、日照时长、风速、降雨量）和营养盐（总氮、总磷）水平对其的影响.结果表明,2005—2019年太湖监测数据显示春季长孢藻生物量有比较明显的升高现象,主要发生在竺山湖富营养程度较高的区域,其次是湖心区、梅梁湾和南部湖区.偏最小二乘路径建模（PLS-PM）结果表明,不同湖区长孢藻生物量变化的主要驱动因素存在差异.在湖心区,春季长孢藻的生物量主要受冬季气候条件（气温、风速、日照时长）的影响,其次受春季营养盐和春季气候条件的影响.在梅梁湾、竺山湖和南部湖区,春季长孢藻的生物量主要受春季气候条件的影响.在梅梁湾和竺山湖,春季风速、日照时长是春季长孢藻生物量的显著影响因子;在南部湖区,春季长孢藻生物量的主要驱动因素是春季的日照时长和春季气温.本研究从长时间序列角度,对太湖固氮蓝藻的时空分布特征和影响因素开展了研究,为太湖不同湖区开展针对性的藻类水华防控和富营养化治理提供理论基础.     

基于突变理论的太湖蓝藻水华危险性分区评价

蓝藻水华暴发是湖泊生态系统中营养物质长期累积的结果,是系统营养经长期演化后的极端状态.突变理论评价方法无需确定指标权重,减少了人为主观因素,并且计算方便.本文基于突变理论,采取蓝藻水华暴发的表征因子(叶绿素浓度)和导致蓝藻水华暴发的环境因子(总氮和总磷)作为潜在危险性评价指标,蓝藻水华的面积、范围以及暴发频次作为历史危险性评价指标建立多准则蓝藻水华暴发风险评价指标体系,并结合太湖九个分区进行蓝藻水华暴发危险性分区及全湖评价.研究结果表明:竺山湖和西部沿岸为极重危险性湖区;梅梁湾为重度危险性湖区;南部沿岸、贡湖和大太湖为中度危险性湖区;箭湖东茭咀、东太湖和胥湖蓝藻水华暴发危险性较小,为轻微危险性湖区.整体上看,太湖蓝藻水华暴发危险性程度由轻到重基本上沿东南-西北方向变化,与营养盐浓度由低到高分布趋势相一致.根据评价结果,可以明确太湖各区遭遇蓝藻水华暴发危险性的大小,为蓝藻水华风险管理和应急处理提供科学依据.     

太湖流域水污染控制与生态修复的研究与战略思考

为了探明太湖水体中胶体磷含量,更深入认识营养盐在大型浅水湖泊中的循环过程和机理,分别从太湖的梅梁湾和贡湖湾两个不同类型的湖区采集水样,利用切向流超滤方法分离出胶体物质,对太湖水体中胶体磷含量进行了初步研究．结果表明:太湖水体春季胶体磷含量在0．017-0．029 mg／L间,其中梅梁湾藻型湖区胶体磷含量范围是0 023- 0．029 mg／L,贡湖湾草型湖区胶体磷含量在0．017-0．022 mg／L间．梅梁湾水体胶体磷占总磷比例平均为28．6%;而贡湖湾胶体磷占总磷比例平均达到39．3%．梅梁湾水体真溶解态磷含量显著高于贡湖湾水体,达贡湖湾的4倍．与澳大利亚的17个湖泊相比,太湖属胶体磷含量偏低的湖泊,但相对于海洋的研究结果,太湖胶体磷含量明显偏高．     

太湖不同生态类型湖区浮游甲壳动物群落结构季节变化比较

水体富营养化会对整个水生态系统产生重要影响.为了解太湖富营养化对浮游甲壳动物群落结构的影响,于2012年3月至2013年2月对太湖3个典型湖区——藻型湖区(梅梁湾)、草型湖区(胥口湾)和强扰动湖区(湖心区)开展浮游甲壳动物群落结构季节变化比较研究.3个湖区中,湖心区营养水平最高,胥口湾最低.梅梁湾浮游甲壳动物密度和生物量最高,其次是湖心区,胥口湾最低.梅梁湾、湖心区和胥口湾的浮游甲壳动物年平均密度分别为199、150和91 ind./L,年平均生物量分别为1.950、1.557和0.743 mg/L.在整个研究期间,梅梁湾、胥口湾和湖心区的浮游甲壳动物种类数分别为13、11和11;3个湖区的浮游甲壳动物优势种均为中华窄腹剑水蚤和简弧象鼻溞,其中中华窄腹剑水蚤在梅梁湾、胥口湾和湖心区的年平均密度分别为57、25和36 ind./L,简弧象鼻溞在3个湖区的年平均密度分别为40、22和32 ind./L.胥口湾浮游甲壳动物生物多样性指数显著低于梅梁湾和湖心区.相关分析表明,浮游甲壳动物密度与叶绿素a浓度呈极显著正相关.研究表明,同一湖泊不同生态类型湖区浮游甲壳动物会对水体富营养化产生不同的生态响应.     

太湖水体生态环境历史演变

根据１９５０￣１９９５年期间对太湖水体进行的各次综合性研究结果分析：太湖水质和营养程度大致每１０￣１５年上升一个级别,近期变化尤为明显ＣＯＤＭｎ含量３５年来增加了１３６％,总磷近年来以９．９％速度上升,浮游藻类８０年代以来一直以蓝藻和硅藻占优势,但种群数趋于减少,细胞数据增,局部水域蓝藻水华频发;浮游动物和底栖动物中耐污染类增多,枝角类、桡足类和环节动物、节肢动物数量则降低;鱼类种群数减少,银鱼捕     

太湖东部不同类型湖区底泥疏浚的生态效应

为研究底泥生态疏浚对太湖东部不同类型湖区水生生态系统的影响,2012年8月于东太湖养殖湖区和胥口湾草型湖区采集沉积物和生物样品,分析疏浚对底泥污染控制、水质改善以及各生物群落结构的影响.结果表明,底泥疏浚能有效去除表层沉积物中的营养物质,降低底泥重金属含量及其潜在生态风险,但底泥疏浚对不同类型湖区水质和生物群落结构的影响存在明显差别.在富营养化较严重的东太湖养殖湖区,底泥疏浚达到了一定的改善水质的效果,浮游植物密度、生物量均不同程度降低,且群落中蓝藻所占比例下降;水生植物和底栖动物群落也在较短时间内得到恢复;胥口湾草型湖区的底泥疏浚则破坏了原先良好的水生植物群落,造成湖区整体水质下降,各主要生物类群的恢复相对缓慢.     

夏季短期调水对太湖贡湖湾湖区水质及藻类的影响

贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,湖湾水体生态环境的变化是对调水工程净水效果的最好响应,因此本文针对贡湖湾一次夏季短期调水展开调查研究,分别取2013年7月24日(调水前)和2013年8月18日(短期调水后)两次监测水样的水体理化指标和浮游藻类群落数据进行了对比分析,并对浮游藻类群落与环境因子做了相关性分析.结果表明:受来水影响,短期调水后监测区水体的p H略有下降,溶解氧、浊度、硝态氮、总氮、总磷以及高锰酸盐指数等水体理化指标浓度均较调水前有所升高;其中受调水影响最为显著的区域为望虞河的入湖口区、湾心区.两次监测调水前后湖区水体优势藻种属未发生变化,仍以微囊藻为主,但蓝藻种属比例有所下降,绿藻和硅藻等种属比例则有所上升.望虞河入湖口区和贡湖湾湾心区的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数受调水的影响升高.同时,浮游藻类群落结构与受水水体理化参数的冗余分析结果表明,此次监测的短期调水后,太湖贡湖湾监测湖区水体p H、溶解氧、硝态氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数等环境因子与浮游藻类的群落分布呈显著相关,是影响受水水体中藻类群落的主要环境因子.     

近40年来太湖梅梁湾底栖动物群落演变特征及驱动因素

梅梁湾是太湖北部最大湖湾,也是太湖生态环境问题最严重的区域之一,近年来对太湖治理力度不断加大,然而对其生态状况演变的认识尚不清晰。本文基于长期监测及文献资料,获得1980s以来太湖梅梁湾底栖动物及环境因子数据,分析底栖动物种类组成、优势种、丰度的时空变化,应用非度量多维尺度分析(NMDS)和随机森林(RF)分析群落结构演变及其与环境因子的关系。结果表明,梅梁湾1980—2019年共记录到44属(种)底栖动物,以摇蚊幼虫和软体动物为主,总丰度年际变化显著,40年来底栖群落结构发生显著变化,优势种经历了由较敏感的软体类为主到以耐污寡毛类、摇蚊幼虫等为主的转变。综合NMDS和随机森林分析结果,梅梁湾底栖动物群落演变大致可分为4个阶段:1980s及以前,物种多样性丰富,以河蚬(Corbicula fluminea)等大型软体动物为优势种;1990s—2007年,底栖动物群落快速退化,以耐污种占优;2008—2016年,水生态略有恢复,河蚬等清洁种略有回升;2017—2019年,耐污种优势度和丰度反弹。近40年来梅梁湾底栖动物群落变化主要受底质氮磷、有机质和水体营养盐、蓝藻水华等环境因子变化的影...     

太湖康山湾示范区水生植物对水体氮、磷控制的适用性分析

为重建湖泊水生植被,改善太湖局部水域水质,在太湖康山湾示范区两个大型围隔进行了两种类型水生植物重建.通过2010年8月-2011年8月的现场采样及分析测定发现,人工控制条件下,浮叶植物荇菜和菱以及沉水植物马来眼子菜的重建效果较好,在其生长季节具有较高的覆盖度;研究表明,控制风浪及提高透明度是恢复水生植被的前提;植被重建区沉水植物氮、磷含量与浮叶植物差别不大,但浮叶植物重建区水体氮、磷浓度的控制比沉水植物重建区好;从经济及水环境效益角度来看,太湖敞水区的沿岸带由于风浪的控制比较困难,恢复水生植被时,应选择浮叶植物荇菜、菱、沉水植物马来眼子菜等抗风浪能力强的物种.本研究为太湖敞水区沿岸带的生态恢复方案制定提供了理论依据.     

太湖富营养化湖区秋季水体和沉积物中硝化微生物分布特征及控制因素

微生物参与下的氮循环是富营养化湖泊十分重要的生物地球化学循环过程.采用基于amoA功能基因和16S rRNA基因的荧光定量PCR、PCR-DGGE与高通量测序等分子生物学技术,调查秋季太湖不同水体和表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)群落丰度和组成,探讨影响硝化微生物分布的关键环境因子.结果表明,中度富营养化的梅梁湾湖区水体表层、中层和底层水样和表层底泥中AOA amoA基因的丰度分别低于轻度富营养化的湖心区,而不同层水样中AOB amoA基因的丰度分别高于湖心区.梅梁湾湖区和湖心区水样中AOA群落组成基本相似,2个湖区表层沉积物样品中AOA群落组成亦基本相似,水体中AOA群落组成与表层沉积物中AOA群落组成有差异,AOA群落丰度显著受硝态氮、pH和DO影响;表层沉积物中AOB群落丰度有明显差异且显著受总氮含量影响,表层沉积物中NOB群落丰度也有明显差异且显著受亚硝态氮含量影响.太湖梅梁湾湖区和湖心区水体与表层沉积物AOA群落包括Nitrosopumilium和Nitrosotalea两大属;表层沉积物AOB群落主要包括亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌(Nitrosospira)两大属,NOB群落主要包括硝化刺菌(Nitrospina)和硝化螺菌(Nitrospira)两大属,其中硝化螺菌属是淡水湖泊中比较少见的亚硝酸盐氧化菌.影响太湖水体和沉积物中AOA和AOB丰度的最主要环境因子为总氮、总磷与铵态氮.研究表明典型富营养指标(总氮、总磷、铵态氮、硝态氮和硝态氮等)是影响太湖梅梁湾和湖心区水体和沉积物中AOA或AOB丰度以及硝化微生物群落丰度的重要因素.     

太湖富营养化污染源及其生态控制方法

In accordance with the natural, geographic, and ecological characteristics of the Taihu Lake Basin, and the relation between the water body of Taihu Lake and its surrounding environment, an area, which has tight relevance with the water environment of Taihu Lake, was token as the main investigation region. The area was named as the Taihu Lake Region. Some factors, such as TN, TP, COD_Cr that characterized the main environmental problem, the eutrophication were selected when conducted the pollution sources investigation on in Taihu Lake Region. The categories, distribution, pollution contribution to the Lake of dijferent pollution sources, as well as the routes of pollutants entering the Lake were basically made clear. Pollution sources that must be preferentially controlled and the direction of controlling those main pollutants, such as TN, TP, CODCr, were proposed. Base on the investigation, a series of eco-systematic approaches for controlling Taihu Lake eutrophication were put forward. They are ecosystem regulation, nutrient substances transferring along food chain, trophic masse degrading step by step along the route from a pollution source to the Lake, building ecological preventive zone of the Lake, as well as the ecological measures for point sources treatment and so on.     

太湖梅梁湾藻类生态模拟与蓝藻水华治理对策分析

根据目前对太湖梅梁湖生态环境的认知,建立该湖区藻类生态动力学模型进行生态模拟,基于模拟结果对太湖富营养化中最严重的蓝藻水华治理与污染物排放控制和清淤工程进行了分析。结果显示;太湖污染物排放达标将极大改善富营养水平;但应结合经济分析和效益分析,通过组合各类污染物控制总量来达到最优治理效果,模拟分析表明,单一清淤工程对于富营养化中蓝藻水华治理意义有限。     

太湖梅梁湾富营养化主要驱动因子的多时间尺度分析

采用太湖湖泊生态系统研究站太湖梅梁湾富营养化四种主要驱动因子叶绿素a(Chl.a)、水温、总磷(TP)、总氮浓度1992-2010年的监测数据,利用小波变换方法,分析了四种因子不同时间尺度上的时间格局特征.结果表明,四种驱动因子在年际和年代际尺度上都具有清晰的多时间尺度特征,主周期各不相同,但Chl.a和TP浓度的小波实部变化趋势具有较高的一致性.本文分析了各因子在不同时间尺度上的强弱分布以及高低交替,并在此基础上从时间尺度的角度预测出在未来3~5年内,太湖梅梁湾湖区的富营养化程度将保持在一个比较平稳的水平,为太湖富营养化的认识和治理提供更加可靠的科学依据.