在北方的一个多水库系统中，甲基汞的生物累积增加以及浮游动物群落的改变

《Environmental Pollution》：Increased methylmercury bioaccumulation and community shifts in zooplankton along a boreal multi-reservoir system

甲基汞在水电大坝系统的浮游动物中积累动态及其驱动因素研究。通过分析魁北克罗曼尼河四个水库及下游系统的8年数据，发现浮游动物甲基汞和总汞浓度随溶解甲基汞升高而显著增加，且不同水库间存在同步年际变化。季节性水温、生态演替及水库年龄（0-9年）影响汞生物富集效率，生物放大效应未明确体现。提出基于水文格局、微生物活动及季节调控的概念模型，为多水库系统汞污染监测提供新视角。

　　### 水电站建设对水体汞动态的影响

水力发电作为全球可再生能源电力生产的重要组成部分，近年来因能源需求的上升而快速发展。然而，这一过程对自然河流生态系统产生了深远的影响，将原本流动的河流景观转化为静水的水库系统，并导致陆地生态系统的淹没。这种变化不仅改变了水体的物理和化学特征，还可能促进甲基汞（MeHg）的产生，而MeHg是一种具有高吸收性和生物富集潜力的神经毒素。因此，水库中的捕食性鱼类体内MeHg浓度显著升高，对生态系统和人类健康构成了潜在威胁。

尽管MeHg在食物链中的积累与低营养级过程密切相关，特别是浮游动物的动态变化，但目前对这些过程的理解仍然有限。这种缺乏深入了解的现状，限制了对MeHg在水库系统中动态变化的准确预测，尤其是在一系列沿河分布的水库中。研究发现，在一个位于加拿大魁北克省的温带多水库系统（Romaine River）中，浮游动物体内的MeHg和总汞（THg）的生物积累在上游水库建设后迅速发生变化，通常在次年就会出现显著上升。通过线性回归分析，研究者估算出在水库（包括一个径流坝和两个大型水库）中，MeHg的年均增加量为25至63纳克/克，而在下游区域则为43纳克/克，这表明浮游动物可以作为评估短期汞动态变化的重要指标。

### 水库生态系统中的汞生物积累模式

在水库生态系统中，浮游动物的生物积累模式受到多种因素的影响。这些因素包括季节性事件（如冰层融化、生态演替）的时间变化以及水库内部不同微环境的差异。研究发现，在Romaine River的水库和下游区域中，浮游动物的MeHg和THg浓度在不同年份之间表现出同步变化，这种变化可能与季节性事件的时机有关。此外，水库中不同微环境（如浅湾和主河道）的差异导致了MeHg的基线浓度在温暖、浅水的浅湾中更高。这些结果表明，水库的物理和化学条件对MeHg的积累具有重要影响。

在水体中，溶解态的MeHg（<0.45微米）部分预测了浮游动物体内的MeHg和THg浓度，占约40%。尽管高生物富集因子（BAFs）表明藻类和浮游动物对MeHg的富集效率较高，但随着溶解态MeHg浓度的升高，BAFs却有所下降。这可能与MeHg在水体中的可利用性有关。此外，水温的变化与浮游动物的种类和数量密切相关，温度上升可能导致枝角类浮游动物数量减少，而桡足类浮游动物的生长增加，同时减少MeHg在水体中的暴露和生物积累。

### 研究方法与数据分析

为了评估Romaine River沿岸四个水电站（RO1、RO2、RO3和RO4）中浮游动物MeHg和THg的生物积累模式，研究团队进行了为期八年的采样工作。采样工作覆盖了2016年至2023年，其中包括2017年6月的季节性采样。在某些年份，由于疫情的影响和项目延迟，采样工作被中断。研究团队使用了多种采样方法，包括使用200微米的圆锥网进行浮游动物的采集，以及通过Teflon管和蠕动泵采集未过滤和过滤的水样。所有接触样品的材料均经过酸洗和超纯水清洗，以减少金属污染。此外，研究团队还遵循了“清洁手-脏手”采样协议，以确保采样过程的准确性和可重复性。

在实验室分析中，浮游动物样品经过冻干处理，并使用酸洗过的聚四氟乙烯（Teflon）瓶进行保存。对于MeHg和THg的分析，研究团队采用了美国环境保护署（EPA）的方法1630和1631，使用Tekran 2700和冷蒸气原子荧光光谱仪（CVAFS）进行测定。此外，研究团队还考虑了多种变量，包括总磷（TP）、总氮（TN）、溶解有机碳（DOC）和叶绿素a等，以全面评估水体中汞的浓度变化。

### 研究结果与讨论

研究结果显示，在Romaine River的浮游动物中，MeHg和THg的浓度在水库建设后迅速上升，并在不同年份之间表现出同步变化。这种同步变化可能与季节性事件的时机有关，如冰层融化和生态演替。在某些年份，如2018年，浮游动物MeHg浓度的峰值与RO3的建设时间相吻合，而在2021年，MeHg的持续富集可能受到RO4建设的影响。尽管如此，由于2020年和2022年未进行采样，这些趋势的评估仍存在一定的局限性。

研究还发现，浮游动物MeHg和THg的浓度与水体中的溶解MeHg浓度密切相关，这种关系在不同年份和季节中均有所体现。此外，浮游动物的生物积累因子（BAFs）与水温、季节变化以及水体中的MeHg浓度存在一定的负相关关系。这些结果表明，环境条件的变化可能对汞进入食物链的效率产生间接影响，使得水体和浮游动物中的MeHg浓度变化并不总是成比例。

### 水库建设对浮游动物群落的影响

水库建设不仅改变了水体的物理和化学特征，还可能对浮游动物群落的组成产生影响。研究发现，不同水库中的浮游动物群落组成存在显著差异，这种差异可能与水体温度、溶解氧浓度、总磷和总氮水平等因素有关。例如，在某些年份，如2017年，浮游动物中的枝角类（Daphnia spp.）相对丰度较高，这可能与其较大的体型和对MeHg富集颗粒的广泛滤食有关。然而，其他浮游动物种类，如桡足类，也可能通过体内甲基化作用对MeHg的积累产生影响。

此外，水温的变化与浮游动物的群落组成和数量密切相关。研究发现，随着水温的升高，桡足类的相对丰度增加，而枝角类的相对丰度减少。这种变化可能反映了季节性生态演替的过程，即在夏季初期，枝角类主导水体，而在夏季后期，桡足类成为主要群落。这些结果表明，水温的变化可能对浮游动物的生物积累产生重要影响，特别是在MeHg浓度较高的水体中，桡足类的生长可能更快，从而减少MeHg的暴露和积累。

### 水库建设对汞动态的长期影响

研究还探讨了水库建设对汞动态的长期影响。在Romaine River的水库中，MeHg的生物积累在水库建设后的6至9年内持续上升，但随着水库年龄的增长，这种积累的速率可能有所变化。研究发现，随着水库的建设，浮游动物MeHg的浓度在不同年份之间表现出一定的波动，这种波动可能与季节性事件的时机和环境条件的变化有关。此外，研究团队还发现，浮游动物MeHg的浓度在不同微环境中存在显著差异，这可能与水体的物理和化学条件有关。

这些结果表明，水库建设可能对汞的动态变化产生长期影响，特别是在水库的年轻阶段，由于生物活动的增加和有机碳的释放，MeHg的浓度可能显著上升。然而，随着水库年龄的增长，MeHg的浓度可能逐渐趋于稳定或下降，这可能与水体中汞的循环和转化有关。研究团队还指出，未来的监测研究应考虑浮游动物群落组成与环境条件之间的相互作用，以更全面地理解水库建设对汞动态的影响。

### 研究意义与未来展望

本研究为理解水库建设对汞动态的影响提供了重要的科学依据。通过长期监测和数据分析，研究团队揭示了浮游动物在水库建设后的生物积累模式，并探讨了这些模式与水体条件、季节性事件以及群落组成之间的关系。这些发现不仅有助于评估水库建设对生态系统的影响，还为环境管理者提供了重要的参考，特别是在监测和管理新建成的多水库系统时。

此外，研究还强调了环境条件的变化对汞进入食物链的效率的间接影响。这种影响可能包括温度、季节性事件和水体条件的变化，这些变化可能通过影响浮游动物的生物积累来间接影响汞的动态变化。因此，未来的监测研究应考虑这些环境因素对汞动态的潜在影响，以更准确地预测和管理水库建设带来的汞污染问题。

### 结论

综上所述，水库建设对汞动态的影响是复杂且多方面的。浮游动物作为重要的生物指标，其MeHg和THg的浓度变化可以反映水体中汞的动态变化。然而，这些变化受到多种因素的影响，包括水体条件、季节性事件和浮游动物群落组成。因此，未来的监测研究应综合考虑这些因素，以更全面地理解水库建设对汞动态的影响，并为环境管理提供科学支持。