淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性(2)

生态环境学报 第 19 卷第 1 期（2010 年 1 月）
浓度的升高。El-sayed 等研究河口水体 DON 特 征时，发现 DON 浓度会因沉积物再上浮的 DON 释放而升高[23]。Tappin 等研究河口沉积物—水界 面氨基酸（DON 库中重要化合物之一）动态特征 时，发现再悬浮颗粒在不到 10 min 时间内解吸出 溶解性氨基酸就约达到 20 µmol/L，从而导致 DON 浓度的升高[27]。
当前我国微污染原水普遍存在有机物含量超 标、含氮化合物浓度高、藻类大量繁殖等问题。 另外，DON绝大部分物质本身对人体具有直接或 间接的毒害作用。因而本文综合分析淡水水体 DON对有毒藻种的生物有效性，希望有助于揭示 淡水水体DON的潜在生态风险与环境效应。
1 淡水水体 DON 含量与来源
1.1 淡水水体的 DON 含量
全世界河流中的总氮有14%~90%由有机氮 组成[1]。而作为有机氮的主要成分，溶解有机氮 （Dissolved organic nitrogen, DON）是多数天然水 体中溶解氮的主要组成部分，所占百分比约达 60%~69%[2]。传统观点认为DON是一类难以被利 用、生物有效性（bioavailability）低的有机氮库， 不 会 促 进 水 体 水 质 富 营 养 化 [3][4] ， 因 而 不 重 视 DON的管理和控制[5]，甚至在水体氮负荷估算时 忽略不计DON含量[6][4]。DON是天然水体有机质 的重要组成成分，其含量、生物有效性及其生态 环境效应逐渐受到关注[6]-[8]。目前世界上DON的 研究报道主要关注河口、近海和海洋生态系统， 而淡水生态系统中的DON研究相对较为缺乏。
DON来源可分为外源和内源两种[20]。外源包 括陆地径流、植物碎屑和土壤淋溶液、沉积物释 放与大气沉降等。内源可能包括藻类、大型植物 以及细菌、细胞死亡或自我分解，微型及大型浮 游动物捕食和排泄、分泌物释放等。DON的来源 是影响水体中DON含量动态特征的关键因素。 1.2.1 淡水水体 DON 的外源
基金项目：福建省自然科学基金青年基金项目(2009J05033)；国家自然科学基金青年基金项目(20807033) 作者简介：罗专溪(1979 年生)，男，博士，主要从事污染物在水环境介质中的行为过程研究。E-mail: zxluo@
*通讯作者：颜昌宙，研究员，博士。E-mail: czyan@ 收稿日期：2009-10-30
能利用DON的浮游植物，特别是一些有毒藻 种（如水华束丝藻Aphanizomenon flosaquate、铜 绿微囊藻 Microcystis aeruginosa）具有其他藻种 所没有的强大竞争力，可在无机氮缺乏而有机氮 浓度相对较高的环境中很好的生长[9]-[10]。有毒藻 种可以产生肝毒素、神经毒素等藻毒素[11]，不利 于作为饮用水源的淡水水体的安全保障。
键因素。DON来源包括陆地径流，植物碎屑，土壤淋溶液，沉积物释放，大气沉降，藻类、大型植物、细菌与细胞死亡或
自我分解，微型及大型浮游动物捕食和排泄、分泌物释放等。研究表明约有12%~72%的DON可迅速被生物所利用，具显著
差异，究其原因可能是其来源组成、化学本质（分子质量与极性）、测试生物组成、是否有细菌作用等因素造成的。不同藻
2 淡水水体 DON 生物可利用性与估算
2.1 DON的生物可利用性 传统观点认为DON是一类难以被利用、生物
有效性（bioavailability）低的有机氮库[4]。研究 表明，DON可作为氮源而被藻类和细菌利用[10]， 是水生态系统中重要的活性组成成分，可直接参 与固氮、同化、氨基化等氮循环过程。近年来， DON生物可利用性评价引起较为广泛的关注，研 究范围主要包括雨水和不同土地利用（森林、牧 场、湿地、城市和城市郊区）径流输入源的DON 对河口、近海等水体DON生物可利用性和浮游生 物群落的影响，而对淡水水体（水库、湖泊等） 研究较为缺乏。
沉积物释放是水生态系统中上覆水相 DON 的重要来源之一[24]。Zehr 等研究了美国加利福尼 亚中富营养化湖泊 Castle 湖的 DON 动态特征时， 发现沉积物释放是 DON 的主要来源[25]。Lomstein 等估算了丹麦浅水水体 Knebel Vig 中沉积物 DON 的释放通量是 DIN 的 2 倍[26]。但是沉积物 通量估算没有考虑沉积物上覆水微生物对 DON 的快速吸收和利用，其数值往往会偏低。另外沉 积物再悬浮解吸特征会导致水生态系统中 DON
在淡水水体中，大部分DON来自陆地径流、 植物碎屑和土壤淋溶液。不同流域属性的DON特 征因土壤、植被、人类扰动强度等可能具有较大 的差异性。Perakis & Hedin的研究发现美国南部 温带未受人类扰动的原始森林河流中70%的TDN 由DON组成[21]，而美国东北部植树地区流动水域 中只有2%的TDN是由DON组成，其原因应是人 类活动导致大气被NH4+和氮氧化物污染，增加了 大气无机氮的沉降数量[22]，从而使得人类扰动区 域的河流DON占TDN比例趋小。不同植被覆盖度 的流域输出的径流量也会有差异性，一定程度上 也会稀释N的输入浓度，特别是氮的点源输入， 这也可能改变水体中DON和DIN的比例[23]。即使 是相同流域，其径流量的改变，也会导致氮输入 浓度和形态比例的变化，从而改变水体DON的动 态特征。
当前，测定DON含量的所有方法都是采用差 减法，需依赖于测定总溶解性氮（TDN, Total dissolved nitrogen）浓度的测定，然后再减去溶解 性无机氮（DIN, dissolved inorganic nitrogen）浓 度（分别测定的NH4+，NO3-和NO2-浓度的加和）， 这使得测定结果具有3方面的分析误差，即测定 TDN、NH4+和（NO3-、NO2-）的分析误差，因此 DON含量测定时，为了提高其测定精度，应尽可
种具有不同氮源利用能力，DON对藻类生长具有直接或间接的作用，并可能影响藻类群落结构（有毒藻类成为优势种）。考
虑到水环境保护与饮用水安全供水的重要性，未来研究应重视淡水水体DON生物有效性与其化学本质的揭示，尤其是对有
毒藻种。
关键词：溶解有机氮；生物有效性；有毒藻种
中图分类号：X17
文献标识码：A
文章编号：1674-5906（2010）01-0045-06
摘要：溶解有机氮（Dissolved organic nitrogen, DON）是多数天然水体中溶解氮的主要组成部分。天然水体DON是许多微生
命体包括有毒藻种的氮营养源，在供水安全以及水体富营养化等方面的生态环境效应不容忽视。文章系统地介绍了淡水水体
DON含量与来源、生物有效性与估算方法，以及对有毒藻种生长的影响。DON的来源是影响水体中DON含量动态特征的关
由氮限制的细菌生物测试的天然水体DON 生物有效性一般在8%~72%之间[23]32,[35][38]。天然 水体DON的生物有效性变化幅度较大，其原因可 能是DON来源不同引起的。Wiegner & Seitzinger
万方数据
罗专溪等：淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性
[39]研究发现牧草地、混合阔叶林径流DON的生物 可 利 用 性 含 量 较 低 ， 分 别 只 有 25% 、 20% ； 而 Seitzinger 等[35]研究发现，城市或城市郊区暴雨 径流DON的生物可利用性可达到（59±11）%， 比牧草地（（30±14）%）和森林（（23±19）%） 高很多；但瑞典一个相对原始的湿地中，只有 8%~15%的DON可被生物利用[38]。可见，不同土 地利用类型输出的DON生物可利用性因其受人 类扰动程度不同而存在差异性。
生态环境学报 2010, 19(1): 45-50 Ecology and Environmental Sciences
E-mail: editor@
淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性
Байду номын сангаас罗专溪1，魏群山1，王振红2，颜昌宙1*
1. 中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室, 福建 厦门 361021；2. 漳州师范学院化学与环境科学系, 福建 漳州 363000
多数自然水体中的TDN含量与其中的DON 密切相关。开阔海洋表面DON约占TDN的83%， 河口DON约占13%；近海约占18%[2]。在淡水生 态系统中，其DON浓度要比DIN浓度高0[13]。如美 国乔治亚州Satilla河水的DON浓度 (以N计，下同) 为59.0 µmol/L，而其TDN浓度 (以N计，下同) 仅 为62.6 µmol/L[14]。又如日本琵琶湖的DON浓度为 4.0~7.2 µmol/L ， 而 其 TDN 浓 度 仅 为 7.0~8.0 µmol/L[15]。以色列 Kinneret 湖为中富营养化湖 泊，其水中DON含量（1975—1974年均值）呈现 季节差异性，9月份DON占TDN的65%，而三月 份DON占TDN比例变小，仅为39%[2]。分析报道 的文献，目前世界上DON的研究报道主要关注河 口、近海和海洋生态系统，而淡水生态系统中的 DON研究（包括DON动态特征的量化描述及其影 响因素等）较为缺乏。
万方数据
46
能的减少上述3方面的分析误差。TDN测定的常 见方法有：（1）过硫酸钾硝化湿化学氧化测定NO3（Persulfate Oxidation, PO）；（2）高温催化氧化至 NO，分光光谱[16]或化学发光测定[17]。Bronk等比 较了3种（PO、紫外氧化和高温氧化）测定TDN 的方法，发现PO法与高温氧化法测定的结果基本 吻合，但都存在不能充分氧化某种氮化合物的缺 陷[18]。黎文等比较研究了PO法和高温氧化法测定 淡水湖泊水体DON的差异，他们报道用PO法测定 溶解有机氮的相对标准偏差范围为6.2%~12.5%， 而用高温催化氧化法对不同氮标准化合物的回收 率较低，平均为（68.4±13.6）%，需作进一步条 件优化[19]。随着科技的发展，相信会有更加简便、 科学的测定方法出现。 1.2 淡水水体的 DON 来源