​首次利用简化模型评估太湖水体铅污染风险 西浦学者研究成果发表于国际顶级期刊

2020年05月28日

近日,西交利物浦大学博士生张小凯针对太湖铅污染的环境风险评估研究发表于环境科学与生态学水资源领域的国际顶级期刊《Water Research》上。在研究中,张小凯分析了太湖中溶解性有机碳的成分,为构建环境风险评估模型提供了更简单准确的数据参数,这对于太湖或其他自然水体的研究有重要的参考价值。

据张小凯介绍,以前有很多工厂的污水被排放到太湖中,因此现在太湖的湖泊底泥中仍然存在铅残留,对人和环境存在潜在风险。“再加上太湖是中国第三大淡水湖,面积大、物种丰富,我们对太湖所做的简化环境风险评估研究也可以为其他学者起到参考和示范作用。” 他补充道。

张小凯(下图左二)在两位导师Mona Wells博士(下图左三)和西交利物浦大学生物科学系Boris Tefsen博士(下图右三)的指导下,没有使用常用的化学仪器,而是把基因工程构建的功能菌作为活体生物传感器来进行环境风险评估, 他表示:“这些细菌不是检测污染物的总量,而是检测污染物的生物有效性。”

污染物的生物有效性是指人类、动植物等生物对污染物的吸收利用程度。对于环境风险评估来说,如果污染物中有毒有害成分的生物有效性高,说明该区域对于生物存在不利影响;反之,如果生物有效性低甚至无效,则说明该区域的污染物对于生物的不利影响较小。

张小凯介绍说,细菌与待检测溶液接触后会发光,铅浓度不同的检测样本产生的光信号强弱也是不同的,所以可以通过仪器记录下的光信号来分析待检测溶液中铅的生物有效性。

通过长达半年在实验室里的反复实验改进,张小凯得到了稳定的细菌检测结果,同时这个结果和美国环保局的形态分析模型可以相互验证,这证明细菌检测的准确性是值得信任的。但在实地检测太湖不同站点的样本时,细菌和模型的结果出现了偏差。

“细菌的可行性是经过反复实验之后认证的,所以我们考虑是不是模型出了问题。”张小凯说。

经过研究发现,太湖中溶解性有机碳的含量很高,这种物质可以绑定铅,而已经被绑定的铅的生物有效性较低。

张小凯解释说:“溶解性有机碳的构成非常复杂,我们的研究发现太湖中的溶解性有机碳主要包含胡敏酸、富里酸、色氨酸和络氨酸这四种成分,每种成分的比例不一样,绑定铅的能力也不一样。而固有模型中只有胡敏酸和富里酸两种成分的参数,所以当面对结构组成更为复杂的溶解性有机碳时结果并不准确。”

通过计算溶解性有机碳绑定铅的有效浓度以及其对铅的绑定能力系数,张小凯对模型的参数进行了改进和优化,让模型能够适用于更多水体的研究。“当再有学者进行太湖或其他类似自然水体的研究时,就可以参考我们的方法,这简化了原本很繁琐的环境风险评估步骤。”他说道。

(记者:胡秋辰)

2020年05月28日