氯化镁道路融雪剂对山地河流底栖生物群落的影响外文翻译资料

 2022-01-07 10:01

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用道路盐进行的实验室毒性试验表明，分类群之间存在相当大的差异，Cl-的LC50值从1000到7500mgCl-/L不等。这些实验中的大多数已经检测了NaCl在短期（96小时）暴露下的作用。无脊椎动物对盐暴露的亚致死反应通常变化很大，但与昆虫相比，大多数甲壳类动物的耐受性一直很高。甲壳类动物的耐盐性较高可能是由于它们的进化谱系来源于海洋和河口环境。总体而言，引起致死和亚致死效应的广泛浓度范围突出了在水生无脊椎动物类群中观察到的对盐的反应的巨大变化。摘要：山区河流常与道路和高速公路并行，道路融雪剂是用于季节性地清除这些道路的冰和积雪。本研究以美国科罗拉多州落基山河流底栖生物群落为研究对象，利用河流中生态系统来评估MgCl2道路融雪剂对落基山河流底栖生物群落的影响。测定的反应包括大型底栖动物迁移、群落组成指标和大型底栖动物暴露10天后的生物量。天然底栖生物群落暴露于含一定浓度MgCl2液体融雪剂的环境中，该浓度为美国环境保护署（简称EPA）的地表水慢性氯化物“水生生物标准”中规定的浓度，即230 mg Cl-/L。结果表明，对大型底栖动物迁移无明显影响，但丰度、类群丰度和群落生物量均有显著降低。其中石蝇（襀翅目）和蜉蝣（蜉蝣目）的丰度低于美国EPA慢性氯化物水质标准，所处Cl-浓度大大低于传统实验室毒性试验所用浓度。然而，地蝇（毛翅目）、蠓（摇蚊科）和其他双翅目对MgCl2处理均有耐受性。我们的结论是，MgCl2融雪剂在离子浓度相对较低的情况下，有可能损害山间河流底栖生物群落，因此监管机构应该为这种压力源管理和建立区域适当的施用率。

关键词：道路盐；河流生态系统；底栖生物；生态毒理学

介绍

自20世纪40年代以来，道路盐一直在帮助美国清除冰雪，每年使用的道路盐吨数都在增加。2005年，美国道路上以融雪剂的形式使用了2300万吨盐。十年来，道路盐的使用量稳步增长。在全国范围内，氯化钠（NaCl）是应用最广泛的融雪剂，因为它的成本低、效率高，但其他无机盐(如CaCl2, MgCl2和KCl)也常被使用。所有的道路盐都很容易在水中以同样的方式分解，并带有各自的阳离子（Na , Ca2 ,Mg2 和K ）和Cl-阴离子。科罗拉多州（美国）主要使用NaCl和MgCl2的混合物，并以每年55493吨的产量成为美国第二大液态MgCl2融雪剂的使用者。

在许多集水区，小溪和河流与加有融雪盐的道路和高速公路平行。含有道路盐的不透水表面径流会对路边植被和土壤产生不利影响。对道路附近土壤的影响包括养分阳离子的置换、土壤渗透性的降低和重金属离子的迁移。在融雪期间，大量的除冰盐作为地表径流被输送到溪流和河流中。道路盐也可以夹带在地下水流和污染地下水中。库帕等人观察到，由于污染地下水的输入，地下水盐度增加，暴雨急流中主要离子脉冲增加，基水流动过程中地表水盐度升高。由于地下水在基流条件下定期贡献地表水，氯离子浓度的升高超出了急流中主要离子的“脉冲”，导致生物长期暴露。

道路盐的广泛使用和不同于景观的暴露路线使减少对水生生物环境的暴露变得困难。卡谢尔等人在一项对美国东北部河流的区域研究中报告说，由于Cl-和Na 的长期输入，部分受影响河流的基准氯浓度接近海水的25%，饮用水的盐度也随之增加。虽然美国环境保护署（EPA）制定了地表水中Cl-的急性（860 mg/L）和慢性（230 mg/L）标准值，但氯化物仅受二级饮用水供应的监管，这些标准值尚未被纳入科罗拉多州的水质标准中。在全球范围内，只有美国和加拿大具有水生生物特有的氯化物水质标准，盐渍化仅根据加拿大和澳大利亚的生态标准进行管理。

与实验室毒性试验的结果相比，对接受高浓度主要离子的溪流进行的实地调查表明，一些水生昆虫，尤其是褐飞虱，对盐非常敏感，可能在非常低的浓度下灭绝。围隔实验可用于解决实验室毒性测试结果与实地调查之间的这些极端差异，并确定导致这些差异的潜在机制。传统毒性试验通常利用短接触时间，不包括更敏感的早期阶段，并且不考虑膳食暴露。围隔实验结合了生态过程并提供了可复制性，同时控制了外来变量，从而得出了更准确地预测水生生物对田间污染物的响应的衍生终点。我们之前使用中型实验来量化与山顶清除采矿作业相关的几种盐（NaCl，MgSO4和NaHCO3）对水生昆虫群落的相对毒性。本研究的目的是检验这样的假设，即科罗拉多州常用的道路除冰剂MgCl2对水生昆虫群落的影响大于基于用NaCl进行的实验室毒性试验预期的影响。

方法

从美国科罗拉多州的卡西拉波德雷河（SFCLP）的南叉收集用于中生代实验的天然底栖生物群落。为了收集河流中的所有代表性分类群，使用塞里蒙特等人开发的技术部署了定殖托盘。使用10times;10times;6cm塑料定殖盘建立群落，并用河床（直径2-6cm的卵石和小卵石）填充天然基质。以前使用该技术的实验表明，定居在这些托盘上的大型无脊椎底栖动物代表了在它们被部署的底栖河底上发现的天然底栖生物群落。在11月至12月中旬期间，共有120个托盘放置在SFCLP的浅滩区域，由土著底栖大型无脊椎动物定殖40天。我们选择晚秋来部署托盘是因为我们想收集有机体的生物，这些生物在暴风雪期间有暴露于MgCl2道路除冰器的风险。

通过将100mu;m网状网直接放置在每个托盘的下游来收集托盘，以防止生物体丢失，放置在装有流水的4升隔热容器（每个容器4个托盘）中，并转移到科罗拉多州科林斯堡的科罗拉多州立大学山麓校园的流研究实验室。将来自每个冷却器的定殖托盘随机分配到18个实验流（76times;46times;14cm）中的每一个中，并使生物适应24小时。流出物流以0.5升/分钟的速率从深的中营养储层接收未处理的水。中型岩石的水质是典型的山地洛基山溪流，其特点是硬度低（30-38mg CaCO3/L），碱度（25-29 mg CaCO3/L）和溶解的有机碳（2.5-3.0mg/L），pH（6.7-7.8）和低电导率（57-89mu;S/cm）。每个实验流中的当前速度为25厘米/秒，并由桨轮提供。该实验所用液体氯化镁除冰剂从科罗拉多州运输部获得。

将18个中胚层随机分配到4个处理中，对照流重复6次，每个重复4次（75mg Cl-/L），中等（200mg Cl-/L）和高（400mg Cl-/L）处理。这些目标浓度包含在美国环保署的氯化物长期水质标准（230 mg Cl-/L）中，并且在我们之前使用NaCl的中间体实验范围内。将储备溶液在20升碳水化合物中混合，并使用蠕动泵以10毫升/分钟的速率输送到每个处理过的中胚层。使用YSI（63型）便携式仪器每天在每个中胚层测量比电导和pH。每天检查来自蠕动泵的流速和稀释水的速率，以确保所有流中的输送速率一致。温度使用侯波数据记录器测量的即在实验的过程中记录的环境温室温度和围隔水的温度。在第3，5和9天收集水样。使用标准方法检测水和废水（APHA，美国公共卫生协会，1989）通过滴定测量碱度和硬度。通过0.45mu;m过滤器过滤镁和氯化物水样品。用分析级硝酸将镁样品酸化至pH lt;2.0，并使用火焰原子吸收分光光度法进行分析。使用比色分析（EPA方法9251）处理氯化物样品。

在暴露的最初24小时期间，使用放置在每个中胚层中托盘下游的小网来量化大型无脊椎动物漂移。24小时后，从中胚层中取出所有漂网，并将其内容物保存在80％乙醇中。在暴露于MgCl2 10天后，除去每个中胚层的内容物，通过350mu;m筛子冲洗，并将保留的生物保存在80％乙醇中。在实验室中，大型无脊椎动物从藻类和碎屑碎片中分选出来。所有生物都被鉴定为属或种，除了摇蚊，其被鉴定为亚科或族。一旦鉴定和计数生物，将所有大型无脊椎动物置于60℃的干燥烘箱中48小时，并精确称重至0.10mg以确定处理中干重生物量的差异。

统计分析在R语言和环境中进行统计计算（v.3.1.2；R核心团队，2012）。使用单向变异数分析分析来自中胚层实验的结果，以测试氯化镁处理和响应变量之间的显著关系。必要时，对数据进行ln（n 1）变换以满足参数统计的假设。如果检测到显著差异（P lt;0.05），则使用邓肯的多范围检验来确定处理之间的显著差异。

结果

对照中胚层产生35个分类群，包括蜉蝣目，襀翅目，毛翅目，双翅目，以及其他大型无脊椎动物群（表S1）。蜉蝣目和襀翅目的总和占对照组总群落丰度的69％（plusmn;标准误差3％）。群落中的优势种包括溪颏蜉属（蜉蝣目：扁蜉科），黑石蝇（襀翅目：黑石蝇科）和摇蚊亚蚁（双翅目：摇蚊科），占对照中生植物总群落丰度的64％（plusmn;1％）。对照的平均大型无脊椎动物丰度和种群丰富度分别为275.3（plusmn;20.1）个和21.5（plusmn;0.76）个种群。

流中生物中测得的氯化物浓度接近目标浓度，在我们的最高处理中范围为2.5 mg /L（对照）至超过500 mg /L（表1）。还测量了与镁和氯化物浓度相关的电导率，以验证我们在中间层中的目标水平。平均比电导范围为53至1551mu;S/cm。

接触道路盐显著降低了大型无脊椎动物丰度，种群丰富度和溪流生物群中的生物量（图1）。在相对于对照的最低浓度下，道路盐对总大型无脊椎动物丰度和丰富度的影响是显著的。大多数这些影响是蜉蝣目和襀翅目丰度减少的结果，它们对MgCl2暴露高度敏感（图2）。与对照相比，在最低平均Cl-浓度（81

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资料编号：[1942]

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