淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析

淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析（精选5篇）

1.淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析 篇一

山东德州凹陷地下热水地球化学特征及成因

典型地区地下水成因和演化机制的研究不仅对于热水资源的合理利用与开发具有重要的`指导意义.而且可以为日后的地热资源勘查评价提供重要信息.笔者通过对德州凹陷的地下热水的化学成分、同位素及其水文地质特征的分析.进而对这一地区的地下热水的成岩和演化过程进行了研究.结果显示地下热水的形成受区内深大断裂和基底构造对地热形成的控制,地下热水补给是来自大气降水,为人渗变质水,水化学成分以易溶盐溶解作用为主,其气体组分主要起源于大气、地壳和地幔的混合物,反映了地下水长期径流及深循环中各种水化学作用.

作 者：颜世强 潘懋 邹祖光 刘桂义 YAN Shi-qiang PAN Mao ZOU Zu-guang LIU Gui-yi 作者单位：颜世强,YAN Shi-qiang(北京大学地球与空间科学学院,北京,100871;中国地质调查局发展研究中心,北京,100083)

潘懋,PAN Mao(北京大学地球与空间科学学院,北京,100871)

邹祖光,刘桂义,ZOU Zu-guang,LIU Gui-yi(山东省地质矿产局,山东济南250013)

刊 名：中国地质 ISTIC PKU英文刊名：GEOLOGY IN CHINA年，卷(期)：34(1)分类号：P592关键词：地下热水 水文地球化学 成因分析 德州

2.淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析 篇二

三峡库区自建坝以来其水质便引起了广泛的关注,建坝后水动力条件改变,水库上游沉积作用增强,水循环动力减弱,大面积土壤被淹没,以及后靠移民所引起的生态负担增加都加剧了水质的恶化。重金属污染、水体富营养化等对库区生态系统的稳定和库区居民的健康造成了严重威胁。水质恶化所带来的恶果往往是不可修复的[1],因此,做好水污染的防治将关系到整个三峡工程的成败。

近年来,对三峡库区水质监测的研究很多,但多限于干流的水质监测。库区的补给来源于数条支流,其中大部分污染物质都来源于支流。因此,做好支流的防治才能从根本上解决库区水污染问题[2]。因此,开展库区小流域河水地球化学组成特征研究以及水质演化过程分析就显得尤为重要。

茅坪河位于秭归县东南,属长江的一条支流。发源于磨力山,流经新屋场、泗溪风景区、日月坪、建东村、向王洞大桥、张家冲、过河口、赵家坝、杨贵店,于三峡工程附坝附近与陈家冲水交汇后汇入长江。研究区河段长约14km。河流补给来源主要为大气降水,在泗溪风景区附近有岩溶地下水补给,径流量随季节变化较大。沿河流域分布有养鱼场、养猪场、养兔场和大片工业区,主要工厂类型有造纸厂、玻璃厂、纺织厂、服装厂、电子厂、建材厂、水泥厂和砖瓦厂等,工业的发展给水环境带来了不良影响。

本文旨在通过对茅坪河流域水文地球化学研究,达到以下几个目的:(1)对茅坪河的水文地球化学特征进行研究,从而为分析整个库区的水质演化机理提供参考;(2)调查微量元素锶的含量变化,分析锶的来源及影响因素;(3)通过分析重金属元素污染,为库区工业化发展过程中遇到的生态环境保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 水文地质条件

茅坪河在进入泗溪风景区之前主要流经寒武系地层,包括覃家庙组、石龙洞组、天河版组、石牌组和水井沱组。其中流经覃家庙组结晶白云岩、硅质白云岩和角砾状白云岩段为大溪,流经途径最长,对水质影响很大,然后依次流经石龙洞组微晶白云岩、天河板组灰泥岩、石牌组粉砂岩和灰泥岩、水晶沱组灰岩。进入泗溪风景区,主要流经地层包括震旦系的灯影组、陡山沱组、南沱组。灯影组以白云岩为主,富含微古植物、藻类、黄铁矿及炭质,属台地相沉积,流经长度为500m左右;陡山沱组岩性为灰黑色灰质页岩、硅质页岩与深灰色中厚层白云质灰岩、白云岩、泥质灰岩、灰岩互层,属开阔海台地相沉积,流经长度为600m左右;南沱组岩性为灰绿色中厚层冰碛泥岩、冰碛砾岩,为陆地冰川堆积,流经长度150m左右。

本次取样段流经岩层为莲沱组、黄陵岩体及第四系沉积层,莲沱组岩性为灰红色中厚层石英砂岩,长石石英砂岩夹细砂岩、砂质页岩,底部为砂砾岩或砾岩,砾石成分为石英岩,含微古植物,为滨岸陆屑滩相,取样点1、2位于该地层;取样点3、4号位于黄陵岩体,端仿溪序列,寨包单元,岩性以细中粒英云闪长岩为主,流经长度500m左右。河流穿过第四系堆积物汇入长江,在第四系流经长度最长,从第5~14号取样点皆位于该层。茅坪河河谷为宽谷,发育I~Ⅶ级阶地,其中I级阶地为基座阶地,具二元结构,下部为砾石层,上部为粘质砂土层;Ⅱ~Ⅶ级阶地为侵蚀阶地,堆积物很少。

1.2 样品采集和实验分析

水样采于2011年7月,采样区域从泗溪风景区到入江口,共采集水样14个,其中1~12,14号水样属于茅坪河干流,13号水样取于陈家冲沟与茅坪河交汇处。采样期间处于丰水季节,河流以大气降雨补给为主。采样过程中,用Millipore公司生产的Swinnex可换膜针头过滤器进行过滤,滤膜为0.45μm混合纤维滤膜。过滤后的水样分装入2个用去离子水和过滤后水样润洗过的PET瓶,其中1个加入浓硝酸,将pH调至小于2,密封后用于阳离子监测。水体的温度、电导率、TDS、盐度、pH、溶解氧、浊度等参数采用雷磁DZB-718便携式多参数分析仪现场测定。离子测定工作在中国地质大学(武汉)环境学院实验中心完成,阳离子测试采用ICAP6000电感耦合等离子体光谱仪测试,K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+的测定精度分别为0.43%、1.28%、0.52%、3.48%和0.062%,其他微量元素的测定精度都在2%以内,阴离子采用ICS-1100离子色谱仪测试,Cl-、NO3-、NO2-、SO42-、F-测定精度分别为5.16%、1.53%、1.86%、4.21%和0.57%。

2 结果与讨论

2.1 河水主要元素组成特征

茅坪河水中的主要阴、阳离子组成见表1。

注:浊度的单位为度;电导率的单位为μS。

水样pH范围7.85~8.43之间,为偏碱性环境,pH在整条河流表现为先增大后减小。浊度在1~7号点较小,满足国家Ⅲ类谁标准,在7号点开始增大,特别是9号点之后急剧增大上百倍,分析原因是:7号点在养兔场下游,养兔场的排出物使水质恶化,浊度增加,而10号点位于造纸厂排污口下游,往下是工业区和生活区,这就不难理解浊度增加的原因。TDS在1~11号点较低,河水中溶解性固体含量较低,而12~14号点较高,超过世界主要河流水体中的TDS平均值283mg/L。12号点TDS增加的原因是附近建材公司生产所带来的污染。9号点开始,溶解氧逐渐降低,12~14号水样为国家IV类水标准,也表明下游污染严重。而对于13号点,通过电导率、浊度等比较可以发现,其水质与水流干流明显不同,水质较差。

为了研究茅坪河水质的演化过程,利用SPSS软件对水样主要离子进行了聚类分析。分析结果(图2)显示,13号水样与其他水样的离子组成有很大的差异,通过图1可以清楚的发现,13号点的水样发源于黄陵岩体,主要补给为云英闪长岩风化裂隙水,又受到污水处理厂的污染,与干流水样差异很大。1、2、3号水样为一类,取样点间距很近,又无支流汇入,水质很接近。4号水样与1、2、3号有差异,主要原因是莲沱组砂岩裂隙水汇入。5、6、7、8号水样为一类,5号水样出现变化的原因有以下几点:(1)4号点以后,河流进入第四系,第四系堆积物中的物质溶入河水;(2)5号点位于建东村中部,居民区的污水直接排入河流,水质受到了污染;(3)4号点与5号点之间有大片农田,农业适用的化肥和农药污染了水体;(4)取样点上游有支流汇入,支流源于寒武系和震旦系地层,矿化度较高。9号点水样与前后水样差别很大,主要原因是有大支流汇入,支流发源于何星水库,主要流经南沱组、莲沱组岩层和黄陵岩体。11号点后,由于工业区大量排污,水质恶化,因此,12、14号点为一类,与上游水质差别很大。

茅坪河水化学组成以Ca2+、Mg2+、Na+、K+和HCO3-、SO42-、Cl-为主。按苏林分类,除13号水样属于Na2SO4型水外,其他水样都属于MgCl2型水。除如图3所示,除13号点外,在阳离子组分中Ca2+>Mg2+>Na+>K+,其中Ca2+是主要的阳离子,占68.6%~77.2%,Mg2+占16%~23.4%,Ca2+和Mg2+的总和占到了86%以上,且表示为逐渐减小的趋势,如图4,主要原因是河水在流动过程中Na+和K+不断增加,Na+和K+含量从1.16mg/L增加到了12.85mg/L,10号点之前,增加幅度比较稳定,应该是流经途中岩石风化所致,从11号点开始明显增加,11号点处于工业聚集区,因此,工业对河水的离子组成影响很大。在阴离子组分里,HCO3->SO42->Cl-,其中HCO3-是主要的阴离子,占71.4%~80.3%,HCO3-和SO42-占到了阴离子总量的92.8%~97.9%。13号点阳离子组成与前者有很大差异,表现为Ca2+>Na+>K+>Mg2+,Na+和K+占到了41%,阴离子组分里,SO42-和Cl-含量也明显偏高,该点位于污水处理厂下游的陈家冲与茅坪河交汇处,水样呈褐色、有异味,其水质明显受到了污水处理厂排水的影响。

研究区河水中Si2+含量较高,为1.4~8.8mg/L,而且沿水流方向不断增大。这是因为Si元素在各种矿物中都广泛存在[3],如石英、正长石、斜长石、云母、角闪石中,在整个风化过程中都有不同程度的析出[4]。故Si2+在河水中含量高。

2.2 河水中Sr浓度变化及岩石风化特征

锶是人体必需微量元素之一,与维持人体正常生理功能有密切关系,在人体内的代谢与钙极为相似,与钙有同样的生理功能,影响神经肌肉的兴奋性和骨骼的发育成长。茅坪河水样具有较高的Sr含量,其含量变化范围在0.272~0.378mg/L之间,达到了我国天然锶矿泉水标准(>0.2mg/L),与世界河流平均值(0.078mg/L)相比,茅坪河的Sr含量高出5倍左右。由于Sr2+在常温下的溶解度可以高达39mg/L,水中Sr2+的浓度远低于含锶盐岩的溶解度界限[5],因此,河水中Si2+浓度主要决定于岩石中锶的含量以及水的循环条件[6]。分析锶与主要离子的相关系数矩阵(表2)可以发现,锶与阴离子中的HCO3-和SO42-的相关系数较高,与Si2+相关性很差,因此,硅酸盐岩风化来源的Sr较少,茅坪河水中Sr2+主要来自于SrCO3和SrSO4风化。由表2可以发现,HCO3-和SO42-是没有相关性的,而由表2和图5、图6都可以发现,Sr2+浓度的变化与HCO3-和SO42-浓度变化大体趋势一致,有很高的相关性,因此,可以推测,SrCO3和SrSO4在流域岩石中的含量是稳定的。

锶与阳离子中的Ca2+、Mg2+具有很高的相关性,其中,Mg2+与锶的相关性最好,达到了0.7233,这说明Sr2+主要来源于白云岩风化,这与研究区的地质条件是符合的。白云岩岩层分布地区,γM g/γCa比例系数[8]决定了锶含量的变化,由γM g/γCa比例系数的变化可以发现,1~4号点,γM g/γCa比例系数较稳定,锶含量波动也很小,第5个点,γM g/γCa比例系数增大,锶含量出现相应的上升。6号点开始,锶浓度又开始下降,主要原因是5~8点有大量的云英闪长岩风化裂隙水汇入,由于在岩层中锶的含量依次为灰岩>白云岩>花岗岩>砂岩,发源于白云岩岩层的水样中锶含量会明显高于云英闪长岩风化裂隙水,由13号点水样中锶含量也印证了这一点,因此,不难理解9号点由于支流的汇入而使锶含量降低。由以上可知,锶含量的变化主要取决于地层岩性。

通过观察表2,也可以发现,Si2+与Na+、K+的相关性很好,达到了0.9左右,因此Si2+与Na+、K+的风化来源相同,而Si2+与Mg2+呈负相关。因此,Mg2+与Si2+、Na+、K+不是同一种矿物风化的产物。可以排除Si2+、Na+、K+是来源于黑云母(KMg3AlSi3O10(OH)2)和角闪石(Ca2Na(Mg,Fe)(Al,Fe3+)[(Si,Al)4O11]2(OH)2)风化[9],而水样中硅酸含量与Na+K离子浓度有较明显的比例,表现为C(H4SiO4):C(Na++K+)=2:1,因此,Si2+与Na+、K+来源于钠长石和钾长石的风化[10]。由Na+与K+的高相关性(0.9636)可以看出,风化岩石中钠长石和钾长石在岩石中的组成比例是稳定的。Cl-与Na+、K+、Si2+含量的相关性很高,分别达到了0.9943、0.9420和0.8821,由此可知,氯元素主要来源于矿物风化,并且可以推知氯元素以Cl-或络合物的形式存在于硅酸盐造岩矿物中。

2.3 重金属污染特征

通过ICAP6000电感耦合等离子体光谱仪对Ag、Cu、Fe等16种重金属元素进行了测试,Al、Be、Cd、Co、Cr、V 6种元素在水样中未被检出,10种被检出的重金属元素如表3所示。由表3可以发现,1~10号点未出现明显的重金属污染,也就是养猪场、养兔场等畜牧业对河水重金属污染不明显,10号点除重金属Pb的含量有所升高,其他元素变化不明显,主要是10号点上游的造纸厂排污所致,但是Pb的含量低于城镇污水处理厂污染物排放标准[11]。10号点以后,由于工业区排污的影响,河水出现不同程度的重金属污染。按照重金属的含量和污染程度的不同,可以将重金属污染物分为两类。第一类是Cu、Fe、Mn、Ni、Ag,这5种重金属元素污染较重;第二类是Mo、Pb、Sn、Zn、Li,这5中元素,在河水中含量较小,污染不明显。

对于第一类重金属污染物,由图7可知,在10号点前,几乎没有变化,在11号点Cu、Ni、Ag陡然增大,其中Cu增大了380倍,超过了I类地表水标准[12](<0.1)46倍,Ni增大了100倍,超过欧盟应用水标准[13](20μg/L)12倍,Ag增大了140倍。分析取样点周围的环境条件发现,取样点附近为工厂聚集区,分布有3个造纸厂、2个玻璃厂、2个电子厂、1个纺织厂和1个鞋厂。工厂的排污导致上述三种重金属污染物增加了百倍以上。在12号点,Fe和Mn分别增大了450倍和65倍,该点位于居民区下游,并且在附近分布有电子厂、砖瓦厂、水泥厂和建材厂等,该点河水呈白色,浊度大于200,溶解氧低,污染严重。通过图7可以发现,在11号点Cu、Ni、Ag急剧增大后在12号点又减小了数百倍,回到了正常值,分析原因有以下两点:(1)由于Cu、Ni、Ag可被铁的水和氧化物和粘土矿物等吸附,而12号点出现的大量的铁和偏碱性的环境适宜Cu、Ni、Ag细粒沉积物多点吸附[14];(2)上游造纸厂等产生了大量的悬浮物,这些有机污染物形成带负电的络合物[15],使Cu、Ni、Ag发生沉淀。而后一种原因也可以解释Fe和Mn在14号点减小的原因。

第二类污染物对河水的污染程度较小,由图8可以知道,Mo、Pb、Li这3种重金属污染物没有明显的变化规律,例如Pb在10号点由于造纸厂排污,有一定增大,但是变化很微弱。Sn和Zn虽然含量很少,但是仍有明显的变化规律,Sn在11号点开始增加,在12号点达到最大,其来源主要为化工工厂排污。Zn的增加主要是电子工厂排污引起。

3 结论

3.淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析 篇三

一、选择题

1、下列溶剂中能与水分层，极性最大的是（C）A、乙醇 B、正丁醇 C、氯仿 D、苯

2、硅胶分离混合物的原理是（D）

A、物理吸附 B、分子筛原理 C、氢键吸附 D、化学吸附

3、下列苷键中最难酸水解的是（D）

A、N-苷 B、O-苷 C、S-苷 D、C-苷

4、糖淀粉约占淀粉总量的17-34%，是（D）连接的D-葡聚糖。A、β1→4 B、α1→4 C、α1→6 D、β1→6

5、将苷的全甲基化衍生物进行甲醇解，分析所得产物可以判断（B）A、苷键的构型 B、糖与糖之间的连接顺序 C、糖与糖之间的连接位置 D、苷的结构

6、强心苷元的C-17侧链为（C）

A、异戊二烯 B、戊酸 C、五元或六元不饱和内酯环 D、含氧杂环

7、大黄素型的蒽醌类化合物，多呈黄色，其羟基分布情况为（B）A、一侧苯环上 B、两侧苯环上 C、分布在1,4位 D、分布在1,2位

8、可区别黄酮和二氢黄酮的反应是（A）A、盐酸-镁粉反应 B、锆-柠檬酸反应 C、硼氢化钠反应 D、1％三氯化铝溶液

9、从中药材中提取挥发油的主要方法是（C）

A、升华法 B、煎煮法 C、水蒸气蒸馏法 D、水提醇沉法

10、二萜结构母核中含有的碳原子数目为（B）A、25个 B、20个 C、15个 D、32个

11、下列化合物中能使Kedde试剂产生阳性反应的为（B）A、黄酮苷 B、洋地黄毒苷 C、香豆素苷 D、生物碱

12、生物碱与沉淀试剂发生反应的溶液一般为（A）

A、酸性水溶液 B、碱性水溶液 C、中性水溶液 D、酸性醇溶液

13、常用于从水中提取或分离纯化水溶性生物碱的试剂是（D）

A、碘化秘钾试剂 B、硅钨酸试剂 C、苦味酸试剂 D、雷氏铵盐试剂

14、下列那项性质可用于区别挥发油和脂肪油（B）A、折光率 B、挥发性 C、比重小于水 D、与水不混溶

15、具有抗肿瘤活性的萜类化合物是（D）

A、山道年 B、青蒿素 C、银杏内酯 D、紫杉醇

二、用适当的化学方法鉴别下列各组化合物(标明反应所需化学试剂以及所产生的现象)

1、HOOOHHOOOHOHOOHO

A

B 运用锆盐-枸橼酸试剂，A无变化，B由于3-羟基结构显黄色，紫外灯下观察荧光

2、OOOOOHHOOHOHHO

A

B 加入活性次甲基显色反应剂(Raymond反应)，A(甲型强心苷)显紫色，B(乙型)无变化

3、HOHOA.OOHOB.OO

运用Gibb’s反应，A(含有6-羟基)反应阴性不显色，B显示出蓝色

4、OHOglc

A

B 运用Molish反应，B无变化阴性，B(苷类)呈阳性在液面交界处出现紫红色环

三、分离下列各组化合物(化学法指明所用试剂、现象和结果；层析法指明吸附剂或固定相,展开剂或流动相,Rf值大小或出柱先后顺序)

1、OHOOHOHOOCH3OHOHCH3BCH3OOHCOOHOAOOC

2、H3COH3CONOCH3OCH3ABOONOH-OOCH3COH3CONOCH3OH

3、ABC

参考答案：

1、ABC混合物5%NaHCO3溶液碱水层酸化，沉淀A碱水层酸化，沉淀BC乙醚层乙醚层5%Na2CO3溶液

2、A,B,和C溶于碱水中，氨水调pH 9~10有机溶剂萃取有机层1~2% NaOH溶液萃取碱水层C有机层AB碱水层

4.淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析 篇四

乳酸菌大量存在于自然界中, 可以从许多环境中分离[1]。近年来随着人们对食品安全以及食品风味多样化的要求逐渐提升, 我们在食品药品等诸多领域都使用了更加健康环保且安全的生物添加剂。乳酸菌种类众多, 生存环境也大相径庭, 利用多种实验方法可以从许多环境中分离, 所以其适应的生长温度也有差异, 而其中能生长在低温环境下的乳酸菌因其生长环境温度较低被称为耐冷乳酸菌。随着人们对耐冷乳酸菌的深入研究, 其功能优势逐渐体现, 被应用于更多领域当中。耐冷乳酸菌主要利用乳酸菌的保鲜、抑菌和益生功能在低温环境下的特殊应用。

1887年, Forster首次在冷藏状态下的鱼类体内发现并筛选出了能在0℃环境中生长的耐冷细菌。耐冷菌能生长在低温的环境中, 其生理机制异于常温细菌同时能够分泌独特的代谢产物[2]。按照Morita的理论, 耐冷菌是一种最适生长温度高于15℃, 而最高生长温度高于20℃, 同时也能生长繁殖于0~5℃的微生物[3]。狭义定义下耐冷菌只能生长在40℃以下的环境, 而广义定义下耐冷菌可以生长于超过40℃的环境下[4]。

由于我国生物技术发展相对滞后, 近十几年才开始将微生物资源应用于食品医药领域, 所以相关的研究相对稀少。而国外在生物技术方面的研究领先中国, 主要将乳酸菌应用于低温冷藏肉类、鱼类、腌制泡菜等一些发酵产品中, 此类的研究报道相对较多。Brillet从水产品体内筛选出三株乳酸菌, 将其培养后的菌悬液涂至于无氧包装的烟熏鲑鱼产品, 在4℃条件下冷藏9天, 又在8℃条件下储藏19天后, 其风味感官没有大的改变[5]。近几年的研究发现, 耐冷乳酸菌在食品保鲜, 水产畜牧及风味调控方面有着不俗的表现, 例如乳酸菌在其生长代谢过程中能产生诸如双乙酰、H2O2、CO2、nisin或者有机酸等抗菌代谢产物[6], 这些物质能够抑制水产养殖中诸如鱼类虾类中肠道中的有害微生物。

综上所述, 研究耐冷乳酸菌对于今后生物资源投入实际生产是非常有必要的。本研究从新疆额尔齐斯河流域内冷水鱼肠道中筛取大量的耐冷乳酸菌, 对其进行生理生化及遗传多样性的研究, 为耐冷乳酸菌在实际生产中奠定理论基础, 同时也为寻找开发优良耐冷乳酸菌菌株做出贡献。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 样品采集:

取样包括银鲫 (Carassius auratus gibelio) 、白斑狗鱼 (Esox lucius) 、梭鲈 (Lucioperca Lucioperca) 、高体雅罗鱼 (Leuciscus baicalensis) 、贝加尔雅罗鱼 (Leuciscus baicalensis) 、鲤鱼 (Cyprinus carpio) 、湖拟鲤 (Rutilus rutilus lacustris) 、东方欧鳊 (Abramis brama orientalis) 等。样品于2014年8月采集自新疆阿勒泰地区额尔齐斯河流域。使用车载冰箱低温恒温-2℃至-4℃保藏运输至实验室, 在无菌环境下解剖冷水鱼取出鱼肠道, 采集鱼肠道中内组织液, 黏膜及排泄物。

1.1.2 主要实验仪器与药剂:

万分之一天平BS224 S, 美国Mettler Toledo公司;高速冷冻离心机5810R, 德国Eppendorf仪器公司;全自动高压灭菌锅LAC-5040S, 韩国Lab Tech公司;冷藏冷冻箱BCD-265F, 荣事达集团;TC-512型PCR仪 (UK Techne) ;Power Pac Universal型水平电泳仪 (US Bio Rad) ;Gel DOC XR型凝胶成像仪 (US Bio Rad) ;85-2型精密磁力搅拌器 (恒丰仪器厂) ;SHZ-B型恒温摇床 (上海博远医疗器械厂) ;SPX智能生化培养箱 (江南仪器厂) ;SW-CJ型无菌操作台 (安泰空气技术有限公司) 。

1.1.3 培养基:

CQ培养基、M17培养基、LSA培养基均为青岛高科园海博生物技术有限公司生产, MRS培养基及ELLIKER培养基为配制培养基。5种培养基使用前在121℃高压灭菌锅中灭菌20分钟。

1.2 菌株的分离及纯化

将样品鱼肠道肠壁及排泄物等用0.9%Na Cl按10倍梯度稀释至10-5、10-4、10-3三个梯度, 用涂布棒将0.3ml菌悬液涂至五种固体平板上, 将3个梯度菌悬液分别涂至3个平板上, 每个梯度2组分别放置于有氧和无氧两个环境下16℃培养5-7d, 连续划线培养3-4次后, 挑取单菌落置于载玻片上进行H2O2酶和革兰氏染色实验, 进行乳酸菌的初步筛选, 筛除非乳酸菌菌株。将单菌落置于试管中富集培养, 吸取1ml菌悬液置于保藏管中, 加入30%灭菌甘油后置于-80℃冰箱中保存。

1.3 乳酸菌在不同温度下的生长情况

最适温度测定:将菌株置于4℃, 10℃, 16℃, 22℃, 28℃, 32℃, 37℃6个温度下分别培养, 培养36h后在420nm下测OD值。

1.4 16S r RNA基因PCR扩增及其系统发育分析

使用尿素法提取单菌落DNA, 利用细菌通用引物:正向引物27F:5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCA-3’反向引物1492R:5’-GGTTACCTTGTTACGA CTT-3’进行PCR扩增。反应条件变性95℃, 1分钟;退火56℃, 1分钟;延伸1分30秒30个循环。将PCR产物送至上海生工公司测序。将测序结果放置Genbank[7]网站中对其序列同源性进行对比[8], 得到相似菌株相关属性, 使用相似度、覆盖度最高菌株的16S序列建立系统发育树。使用MEGA5.0[9]对序列进行排列, 使用邻接法neighbor-joining method[10]计算进化距离, 采用pdistences和Kimura-2parameter双参数法对进化树分支稳定性进行分析, 使用Bootstrap法, 重复次数1000。

1.5 菌株rep-PCR指纹图谱分析

rep-PCR指纹图谱引物使用 (GTG) 5:5'-GTGGTGGTGGTGGTG-3’进行扩增。反应条件:变性95℃, 30秒;退火40℃, 30秒;延伸65℃, 8分钟;30个循环。取4ul PCR扩增产物在1.4%琼脂糖凝胶、80V电压条件下电泳2小时50分钟。将PCR产物电泳条带置于凝胶成像系统下拍照, 图片使用Gel ComparⅡ软件, 采用UPGMA (非加权组平均法unweighted pair-group method with arithmetic means) 进行聚类分析。

1.6 肠球属细菌素基因的PCR鉴定

肠球细菌素基因引物使用AS-48、ent A、ent B、ent P、L50A and L50B、bac A-31六对引物进行扩增。反应条件:变性95℃, 1分钟;退火52℃ (ent A、bac A-31、L50A and L50B) 、退火 (ent B、ent P) 50℃、退火 (AS-48) 49℃, 30秒;延伸72℃, 1分钟;30个循环。取3u LPCR扩增产物在1.5%琼脂糖凝胶、100V电压条件下电泳50分钟。将PCR产物电泳条带置于凝胶成像系统下观察有无条带。

2 结果

2.1 低温乳酸菌的筛选

从8种冷水鱼的肠道中共分离纯化得到90株耐冷细菌, 根据其菌落形态、大小、颜色等特征观察, 以及革兰氏染色和接触酶实验对菌株进行筛选, 结果显示大多数菌株为革兰氏阳性, 接触酶阴性, 初步获得25株菌株为疑似乳酸菌。

2.2 菌株的最适生长温度

实验结果表明 (表1) :25株乳酸菌最适生长温度在28℃-32℃之间, 生长温度范围在4℃-37℃, 属耐冷菌 (psychrotoerants) 范畴。25株菌中没有最适温度在20℃以下且不能生长于24℃以上的菌株, 所以本实验没有发现专性嗜冷乳酸菌。

2.3 基于部分16S r RNA基因序列耐低温乳酸菌菌株系统发育分析

将冷水鱼肠道中分离筛选出的耐低温乳酸菌菌株的部分16S r RNA基因序列提交NCBI网站, 通过BLAST工具在Gen Bank数据库中与已发表的16S r RNA基因序列进行同源性比对, 并选取同源性最高的序列构建系统发育树 (图1) 。由系统发育树可知25株耐低温乳酸菌隶属于Enterococcus、Leuconostoc、Lactococcus三个属。Enterococcus包括菌株GD-R-2、LH-M-3-b、BM-M-12、LD-M-4、LB-L-7-C、GB-E-4、GD-L-4、GB-R-8、GA-E-5-B, 分别与已知种Enterococcus durans、Enterococcus faecalis和Enterococcus faecium构成一个分支, 其16S r RNA基因序列相似度大部分在98%以上, 相似度较高, 其中LH-M-3-b基因序列相似度达到100%, 基本确认隶属于Enterococcus durans, 而GD-L-4与Enterococcus faecalis的相似度只有97%, 需进一步确定其种属分类。Lactococcus菌株包括LH-M-6、LC-R-1-B、LH-M-1、LC-R-4-C、LC-E-6、LE-M-3、GB-E-1、LB-R-3、SD-R-4、SD-L-4-B、LH-M-3、LB-E-1、GC-R-5、GB-R-6-B、LE-E-1, 分别与已知种Lactobacillus casei、Lactobacillus paracasei、Lactobacillus paraplantarum、Lactobacillus pentosus、Lactobacillus plantarum关系最近, 构成一个分支, 除LC-R-1-B和LB-R-3两株菌以外其他菌株基因序列相似度均在98%以上, 同源性较高, 不过其中LB-R-3与Lactobacillus pentosus序列相似度只有97%, 也需要做进一步研究。Leuconostoc中只包含菌株SD-E-2, 并且与其序列相似度为98%, 相似度较高。

2.4 菌株rep-PCR指纹聚类分析

由rep-PCR指纹图谱 (图2) 能够见到耐冷温乳酸菌的指纹图谱条带相对较低, 充分表明种类不同的菌株其在基因层面上的差异, 由图看出基因条带主要分布在500~5000bp的范围内, 最少有8个, 多则15个。另外从聚类分析中看出, 得到的rep-PCR产物的条带大小主要在800~4000bp之间, 主要区别源于不同的乳酸菌的基因不同。指纹图谱聚类分析树状图显示, 可以将25株菌分为3个组, 第一组由Enterococcus的菌株GD-R-2、LH-M-3-b、BM-M-12、LD-M-4、LB-L-7-C、GB-E-4、GD-L-4、GB-R-8、GA-E-5-B组成, 其中Enterococcus durans和Enterococcus faecium带型相近被分为一个亚群, 而Enterococcus faecalis被分为另一个亚群。第二组由隶属于Lactococcus的菌株LH-M-6、LC-R-1-B、LH-M-1、LC-R-4-C、LC-E-6、LE-M-3、GB-E-1、LB-R-3、SD-R-4、SD-L-4-B、LH-M-3、LB-E-1、GC-R-5、GB-R-6-B、LE-E-1组成。其中GC-R-5、LB-E-1、GB-R-6-B、LE-E-1、LH-M-3隶属于Lactobacillus plantarum被归为一个亚群, 相似度较高;隶属于Lactobacillus paraplantarum GB-E-1、LC-E-6、LE-M-3和隶属于Lactobacillus pentosus的LB-R-3被分为一个亚群, 其余的菌株分别隶属于Lactobacillus casei、Lactobacillus paracasei和Lactobacillus pentosus被分为第三个亚群。第三组仅有Leuconostoc菌株SD-E-2。由指纹图谱聚类分析树状图可以看出, 不同属的菌株根据其带型被很好的区分开来, 置信度较高。

2.5 菌株典型生理生化特征

对实验菌株进行常见的五种理化试验, 结果如表2所示:25株菌H2O2酶实验都显阴性;在M.R实验中有LH-M-3-b、GD-L-4、LE-M-3、GB-E-1、GB-R-6-B五株菌显阳性;在V-P试验中显阳性的菌株有11株, 其中隶属于Enterococcus的LH-M-3-b、LD-M-4、LB-L-7-C、GB-E-4和隶属于Lactobacillus的LH-M-6、LH-M-1、LB-R-3、SD-R-4、LB-E-1、GB-R-6-B、LE-E-1为阳性。在精氨酸产氨试验中, 隶属于Enterococcus的GB-E-4与其V-P实验相同都为阳性, 而隶属于Lactobacillus的LC-R-4-C、GB-E-1、LH-M-3与其V-P实验呈阴性刚好相反全部呈阳性。在硝酸盐还原反应试验中, 属于Enterococcus的LH-M-3-b、LD-M-4、LB-L-7-C和其V-P实验结果相同, 都呈阳性, 而属于Lactobacillus中LH-M-6、SD-R-4、LE-E-1和其V-P实验相同都显阳性, 但是LC-E-6、SD-L-4-B、GC-R-5则与V-P实验结果相反也呈阳性。而所有菌株中凡是精氨酸产氨结果呈阳性其硝酸盐还原反应反而呈阴性;同样所有菌株中硝酸盐还原反应反应呈阳性的其精氨酸产氨结果都呈阴性。

2.6 肠球属细菌素基因的PCR鉴定

在所有肠球属菌株中没有菌株PCR产物显阳性, 从实验结果 (表3) 来看这9株菌株基因中不含有上述6种细菌素基因。但是由于乳酸菌细菌素的产生不完全是由基因调控, 也有可能是在其他物质的影响下才表现出抑菌特性, 或者含有其它的细菌素基因没有被检测, 所以我们会在后续试验中开展产细菌素菌株的筛选和研究工作, 将本研究的PCR鉴定结果与未来产细菌素菌株的筛选结果相结合进行研究。

3 讨论

传统工艺中主要将乳酸菌应用于发酵乳品的制作当中, 随着科学的发展及人们对于食品安全、食品风味要求的提高, 乳酸菌的更多功能被人们逐渐发掘并应用于生产中。近十几年来比较热门且发展迅速的技术就是将乳酸菌作为生物保护剂应用于食品保鲜中, 它更加经济、环保且能保障食品的安全[11]。而耐冷乳酸菌则是乳酸菌中更具有优势的一个群体, 因为其不仅仅具有乳酸菌应有的功能, 更为重要的是能在低温下保持活性, 所以耐冷乳酸菌在许多领域有更好的表现, 已经被应用于实际生产当中。国外主要将耐冷乳酸菌研究应用于食品保鲜以及改善食品风味, 较为深入研究的是乳杆菌 (Lactobacillus spp.) 以及明串珠菌 (Leuconostoc spp.) 等如Leuconostoc mesenteroides、Lactobacilluscurvatus、Lactobacillussakei、Leuconostoc gelidum、Leuconostoc carnosum及等[12]。而在抑菌方面, 已经报道的主要有乳球菌 (Lactococcus spp.) 、链球菌 (Streptococcus ssp.) 、肠球菌 (Enterococcus spp.) 以及片球菌 (Pediococcus spp.) 等[13]。

本研究样品均来源于新疆额尔齐斯河流域中的冷水鱼, 实验通过利用ELLIKER、M17、CQ、LSA、MRS等五种不同的培养基从鱼肠道壁以及排泄物中筛选乳酸菌, 分离效果良好。利用乳酸菌表型特征鉴定、革兰氏及过氧化氢酶等方法, 结合16S r RNA基因序列比对最终确定其中25株菌为乳酸菌。而依照Morita[14]对耐冷菌 (Psychrotrophs) 的定义, 分离到的25株菌全部为耐冷菌, 符合分离菌株冷水鱼生长环境温度。分离到的25株乳酸菌分属于Enterococcus、Lactobacillus和Leuconostoc。通过对部分菌株的细菌素基因扩增, 与接下来对产细菌素菌株的分离筛选及细菌素的研究相结合, 深入挖掘研究耐冷乳酸菌的应用价值。

乳酸菌在自然界中大量存在其种类数量庞大, 拥有极其丰富的物种环境和遗传多样性, 仅凭借乳酸菌的表型特征分辨和16S r RNA序列对比并不能很好地鉴定其种属关系。虽然目前研究中主要使用上述技术对乳酸菌进行鉴定, 但是不能避免其重复性低、分别率差的缺点。rep-PCR是将乳酸菌的全基因组中的短重复序列进行扩增, 它更加精确并且快速, 在一定程度上能将细菌鉴定提高到种和亚种的水平。从我们的16S r RNA序列测序结果来看, 25株菌被分为Enterococcus、Lactobacillus和Leuconostoc三个属, 但其基因序列与NCBI已知种序列的相似度几乎都在98%以上, 无法将菌株鉴定在种水平上, 这样无法很好的区分菌株, 也不能建立一个详细清晰的系统进化关系, 因此我们使用了rep-RCR技术用于将菌株在种水平上鉴定。我们根据本实验的rep-RCR指纹图谱聚类分析图可以将25株乳酸菌精确的分为3个属, 这与其16S r RNA测序后比对结果一致。其中Enterococcus9株菌株又被分成3个亚群, 正好与16S r RNA序列分型的3个近似种结果一致, 这也印证了rep-RCR技术在种鉴定上有很强的能力。而我们在Lactobacillus的15株菌株指纹图谱中看出, 根据16S r RNA序列分型比对一致种的菌株带型较为一致, 其中Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paraplantarum, Lactobacillus casei被分在一个亚群中, 指纹图谱聚类分析比对较为一致, 不过Lactobacillus paracasei和Lactobacillus pentosus分型较为混乱, 和16S r RNA序列结果有差异, 说明rep-RCR在种鉴定上可能存在一定的风险。不过我们经过多次试验发现, 菌株DNA的提取、repRCR实验过程及最后的电泳试验都有可能对指纹图谱带型及聚类分析结果产生影响。比如试验中初始DNA模板浓度, PCR体系及试验环境, 电泳前期琼脂糖凝胶制备及电泳过程的时间、电压等, 这些因素都会影响到最终指纹图谱的带型结果。我们从rep-RCR指纹图谱聚类分析中可以看出, 在属鉴定上其图形可以很好的将其分型, 但是在种鉴定上出现了一些小的误差, 在后期的实验中, 我们会改进实验方案, 继续深入研究。

接下来我们将着重开展细菌素方面的研究工作, 主要发掘我们从鱼肠道中分离筛选的耐冷乳酸菌的细菌素潜力。从前期实验中细菌素基因的扩增结果来看我们的菌株中并没有含有实验提供的六种细菌素基因, 后期我们将继续分离筛选更多的乳酸菌并且增加细菌素基因的数量。到目前为止多名科研工作者已经成功的从海产品中筛选分离出具有抗菌特性乳酸菌。Hatat[15]从海产品中获得5575株乳酸菌, 其中7株乳酸菌生产的细菌素具有广谱抑菌效果, 对14株指示菌的抑菌效果非常明显, 其生物抑菌潜力巨大。Cynthia Sequeiros[16]等, 从鱼肠道分离出一株可以同时抑制水产品中革兰氏阳性和阴性病原菌的乳酸菌TW34。Pilet从蹲鱼肠道内容物中筛选两株能够有效抑制李斯特菌的肉杆菌Carnobacterium divergens及Carnobacterium piscicola。

从国内研究现状来看, 现阶段耐冷乳酸菌主要应用于传统的食品发酵生产及简单的食品保鲜技术中。我们的实验旨在筛选研究能为低温保藏及其技术研发提供价值的优良菌种, 但个别种类的乳酸菌可能带有致病性甚至有很强的耐药性[18,19], 所以我们也会在此方面投入更多的精力进行研究, 也希望国家在此方面有更多的投入来控制此类风险。耐冷乳酸菌的分离鉴定及细菌素在传统方法上主要利用的其表型特征鉴定, 而生物分子技术的应用使这项工作的研究速度和质量大幅提高, 相信在今后的工作中我们会更加深入的了解耐冷乳酸的更多潜力, 应用于更广阔的领域当中。

摘要：目的:从新疆额尔齐斯河流域冷水鱼肠道中筛选耐冷乳酸菌, 研究其遗传多样性, 为低温保藏及其它技术研究提供优良菌株。方法:利用MRS、M17、LSA、ELLIKER、CQ五种培养基从8种冷水鱼肠道内分离筛选出耐冷菌株, 鉴定菌株表型特征并对其理化性质进行测定。建立16S基因系统发育树探究菌株进化关系, 在16S系统发育关系的基础上再进行rep PCR实验, 使用引物为 (GTG) 5。结果:分离得到90株耐冷菌, 最终确定有25株为耐低温乳酸菌, 菌株的最适生长温度在28-32℃之间。系统发育分析结果表明:25株耐低温乳酸菌隶属于3个属, 其中肠球属 (Enterococcus) 9株, 乳杆属 (Lactobacillus) 15株, 明串珠属 (Leuconostoc) 1株。结论:新疆额尔齐斯河流域冷水鱼肠道中分离的耐冷乳酸菌主要归为三个属, 分离种属单一, 需要进一步从冷水鱼肠道中大量分离采集菌株, 继续探索研究其物种多样性和遗传多样性。

5.淮河流域及山东半岛天然水化学特征分析 篇五

近年来,畜禽养殖业开始逐渐向规模化、集约化方向发展,分散的养殖形式逐渐被养殖场和养殖小区所取代,这些规模化养殖场养殖数量大,分布集中且多分布在大中城市的周边,产生的环境污染问题十分突出。在国家提出的以产业转型为核心的振兴东北老工业基地的发展战略下,吉林省作为我国的传统农业大省,将畜禽养殖业作为农业和农村经济调整的关键产业,提出了“以粮换肉”的加快畜牧业发展的计划。畜禽养殖无论从数量上还是种类上都有了明显的增加。特别是规模化畜禽养殖的快速发展,加之与之配套的污染防治措施跟不上,已经成为农村农业污染物总量减排的重点。

国内外学者围绕畜禽养殖污染负荷的估算与污染分布的特征开展了较多研究,但多基于统计年鉴数据,基于地理信息系统(GIS)针对规模化畜禽养殖污染空间分布特征的研究较少。笔者选择吉林省畜禽养殖的集中分布区———松辽流域典型区为研究对象,基于污染普查和环境统计数据,针对研究区内现有规模化养殖场的畜禽养殖数量、畜禽养殖结构、养殖密度、污染物产生量及排放量等的空间分布特征进行分析,并初步评估了畜禽养殖业的污染减排潜力,为研究区畜禽养殖行业的污染防治提供科学依据,为吉林省畜禽养殖行业的可持续发展研究提供参考。

1 研究地区概况

吉林省位于松花江和辽河流域的中上游,位于北纬40°52'~46°19',东经121°38'~131°19'之间,地势呈东南向西北递降趋势,平原面积约占吉林省面积的30%。吉林省属于东北畜牧区,由于土壤肥沃、地势平坦、粮食产量大等诸多有利条件,为畜牧业发展提供了良好的饲养环境以及充足的饲料,使得畜禽养殖业得到了迅猛的发展。将吉林省污染源普查数据和环境统计数据中的规模化养殖企业信息逐一录入Arc GIS空间数据库中,统计表明:畜禽养殖主要分布在吉林省中部松辽流域的20个市、县,因此笔者主要针对畜禽养殖的典型区开展研究,见291页彩图1。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据主要来自2007,2011,和2012年的污染源普查数据以及2011年和2012年的环境统计数据。耕地面积来源于《2013年吉林省统计年鉴》。

2.2 分析方法

2.2.1 规模化畜禽养殖密度分析

以研究区各县市为统计单元,在分类别养殖数量统计的基础上,采用标准畜禽单位(AU)对畜禽养殖数据进行标准化换算,1个畜禽单元等于454 kg畜禽活体重量[2]。将各养殖场的养殖量换算成统一标准畜禽单位进行统计,总量与市县的实际面积相除,得到畜禽养殖的密度分布图。

2.2.2 规模化畜禽养殖污染物排放量计算

畜禽污染物排放系数,简称排污系数,是指在典型的正常和管理条件下,单个畜禽每天产生的原始污染物经处理设施削减或利用后或未经处理和利用而直接排放到环境中的污染物量[3]。结合松辽流域吉林省部分畜禽饲养的实际情况,并参考相关文献[4,5,6,7],对推荐的排泄系数加以修正,畜禽粪便的日排泄系数见表1。根据畜禽的养殖量以及日排泄系数,结合生长的周期和饲养量进行计算年粪便产生量,计算公式为:Q=NTP。

式中:Q为年粪便产生量,N为饲养量,T为生长周期,P为日排泄系数。

松辽流域典型地区畜禽养殖业污染物产生量估算采用公式:Q=∑(nαβ+nab)。

式中:Q为畜禽养殖污染物中化学需氧量(COD)的年产生量(万t),n为某一畜禽的年底总存栏数(万头),α为该畜禽粪的年产生量(kg/头),β为该畜禽粪中所含COD的量(kg/头),a为该畜禽尿的年产生量(kg/头),b为该畜禽尿中所含COD的量(kg/头),此公式可用来估算畜禽粪便中的COD,总氮(TN)的量。

kg·头-1

规模化养殖场(小区)某类畜禽排放量核算公式:Ei=∑jn=1[Pij现场×ei×(1-fij现场)]×10-3+∑mj=1[Pij非现场×ei×(1-fij资料核定)]×10-3+(Pi总-∑jn=1pij现场-∑mj=1pij非现场)×ei×(1-f平均)×10-3。

式中:Ei为核算期规模化养殖场(小区)某类畜禽COD排放量,单位为t;N为核算期日常督查、定期核查和随机抽查等现场核查的规模化养殖场(小区)某类畜禽养殖场(小区)数量;Pij现场为现场核查的第j个规模化养殖场(小区)某类畜禽存(出)栏量,单位为头(只);ei为某类畜禽产污系数,单位为kg/头;fij现场为现场核算的第j个养殖场(小区)某类畜禽的COD(TN)去除率;m为核算期减排项目清单中未现场核查的规模化养殖场(小区)数量;Pij非现场为未现场核查的第j个规模化养殖场(小区)某类畜禽存(出)栏量,单位为头;fij资料核定为未现场核查、经资料审核确定的第j个养殖场(小区)某类畜禽的COD去除率;pi总为核算期规模化养殖场(小区)某类畜禽存(出)栏总量,单位为头(只);fi平均为核算期规模化养殖场(小区)某类畜禽上年COD平均去除率。

在计算出畜禽养殖污染物产生量的基础上,核算出每一年畜禽养殖污染物的排放量,将计算出的污染物排放量导入Arc GIS进行空间分布特征分析并探讨其减排潜力。

2.2.3 规模化畜禽养殖污染物变化率计算

对研究区畜禽养殖污染物年际变化率进行分析可以更好地反映出当地畜禽养殖不同年份污染物排放的变化特征,目前畜禽养殖污染物的变化率主要结合不同年份污染物的排放量进行计算,公式为:C=(Ei-Ej)/Ej。

式中:C为畜禽养殖污染物的变化率,Ei代表第i年污染物的排放量,Ej代表第j年畜禽养殖污染物的排放量。

2.2.4 规模化畜禽养殖污染物产生强度计算

畜禽养殖污染物产生强度核算公式:P=E/H。

式中:P为畜禽养殖污染物产生强度(kg/hm2),E为污染物排放量(kg),H为某地实际耕地面积(hm2)。

2.3 规模化畜禽养殖污染物减排潜力分析

以畜禽养殖为重点,控制农业污染、削减农业污染物排放总量已经列入国家“十二五”污染物总量控制约束性指标。研究区内规模化畜禽养殖企业的畜禽粪便处理方式主要有三种,分别为人工垫草料法、水冲粪法以及干清粪法,相对于水冲粪法,人工垫草料法和干清粪法能更有效地减少污染物的排放,节约资源。据研究,水冲粪方式产生的水污染物量是干清粪的20倍,干清粪用水量少,所产生的污水量少,废水中污染物浓度也低,是目前为止比较理想的减排方式。根据调查统计,该区现有养殖场中,采用水冲粪清粪方式的仍占有相当大的比例。因此,如果区域内全部实现干清粪方式,则未来各地区农业污染物排放总量将会得到大幅度削减。因此,采用污染减排潜力指数来初步评估各地区的污染物减排空间。计算公式:。

式中:M为畜禽养殖污染物减排潜力指数,Pi为某一地区现状规模化畜禽养殖企业污染物年排放总量(万t),Ci为某一地区现状规模化畜禽养殖企业污染物年产生总量(万t),g为采用干清粪方式的污染物去除率。本文假设区域内全部实现干清粪方式,建设废弃物储存设施,无污水排放口,且粪便、尿液、污水经现场认定完全农业利用则认定污染物去除率为90%。

3 结果与讨论

3.1 吉林省松辽流域典型地区畜禽养殖状况分析

2007,2011,和2012年研究区畜禽养殖总量见292页彩图2,松辽流域吉林省典型地区畜禽养殖的结构见292页彩图3。

由292页彩图2对比分析不难看出:2007年到2012年这5年间研究区内20个县(市)在畜禽养殖总量上有所下降,其中德惠市的养殖数量下降最为明显。由292页彩图3可见:从绝对数量上来看,吉林省鸡的养殖数量最多,分别占到了总量的96%、93%和94%。畜禽种类不同,其养殖投入差距较大,污染物产生量差别也很大。为便于评价畜禽养殖量的总体变化,采用当量猪将其他主要的畜禽按一定关系折合成猪的数量[8]。按45只鸡折算成1头猪,1头牛折算成10头猪的比例来计算,鸡的相对养殖数量仅占总量的15%、13%和1%。

畜禽养殖密度是指示农业氮、磷流失风险的指标之一,养殖业污染物负荷与畜禽密度的分布具有一致性[9]。研究区2012年畜禽养殖密度达到65.49 AU/km2,见292页彩图4。

由292页彩图4可见:畜禽养殖密度大的地区主要分布在九台区、吉林市以及四平市,其中四平市和九台区分别达到了164.6 AU/km2和192.8 AU/km2。即使是养殖密度最小的扶余市和永吉县的养殖密度也达到了19 AU/km2和10.6 AU/km2。据S.Tamminga[10]的研究表明,欧盟15个国家整体平均养殖密度为0.91 AU/hm2,作为欧洲养殖大国的荷兰和比利时等国的养殖密度也仅为3.29 AU/hm2和3.18 AU/hm2。作为畜禽养殖大市———广州市,2012年何磊[11]对广州市畜禽养殖进行了研究,其中畜禽养殖密度最大的地区为广州市萝岗区,畜禽养殖密度为142.9 AU/km2。如此看来,吉林省典型地区的畜禽养殖密度已经很密集,随之给周边环境带来的影响和压力也日益突出。

3.2 吉林省松辽流域典型地区畜禽养殖污染状况空间分布特征研究

根据公式可计算出研究区各县市COD和TN的排放量,见表2。以2012年为例,运用Arc GIS手段将统计结果空间化获得了松辽流域吉林省典型地区畜禽养殖TN和COD排放量空间分布图,见293页彩图5。

由表2和293页彩图5可以看出:2012年各地区COD排放量差异较为明显,其中COD排放量最小的为辽源市才252 t,其次是永吉县为705 t,最大为榆树市8 145 t。从整体上看畜禽养殖COD污染物排放量大的城市主要分布在研究区域的北部、中部和西部地区。从293页彩图5中可以看出,2012年20个县市中榆树市TN的排放量最高,高达3 775 t,所占比例为18.5%。TN排放量较大的地区主要是双辽市、九台区和德惠市。TN排放量低于1 000 t的县市主要有6个,分别是辽源市、扶余市、永吉县、四平市、东丰县以及伊通满族自治县。产生该现象的主要原因是城市外围和城乡结合地区是畜禽养殖业分布的重点地区。这些地区养殖成本相对较低且具有一定的交通优势,有利于畜禽养殖业的发展,但也加重了城乡结合地区的污染负荷。

污染物单位面积产生强度主要体现某地区单位土地面积上的农业生产与生活活动对环境的影响,其空间特征与产生量的空间特征差异较大[12],见293页彩图6。

由293页彩图6可知:2012年松辽流域吉林省典型地区COD和TN产生强度较大的城市主要是桦甸市和双辽市这两个地区。COD产生强度小的城市主要是永吉县和辽源市。TN产生强度小的城市是永吉县和扶余市。污染物产生强度与污染物排放量在空间分布上差异较大。研究区污染物排放量较大的城市主要分布在北部、中部和西部,而产生强度较大的城市则主要分布在研究区的西部、中部和东南部,产生这一现象的主要原因是污染物的产生强度大小不仅仅取决于污染物排放量的多少,还与当地的耕地面积有着密切的关系,且吉林省的中部经济发展较好,人口稠密,对畜禽产品的需求量大,因此畜禽养殖数量多。

对比2007到2012年COD排放量和TN排放量得出污染物变化率,见293页彩图7。

由293页彩图7可见:5年间COD变化率最大的地区是舒兰市和磐石市,污染物排放量的总数增长了20多倍,如此高的增长率意味着几年间该地畜禽养殖产业发展迅速,而如此高的增长率势必会给当地带来很大的环境压力。呈现负增长的地区主要是辽源市、吉林市、长春市(含双阳区)、四平市、德惠市、扶余市、蛟河市以及公主岭市。2007年到2012年TN变化率最大的地区为东丰县,而四平市、梨树县、公主岭市、辽源市、扶余市、德惠市、长春市(含双阳区)和吉林市的总氮排放量则呈现负增长。

根据污染减排潜力指数计算得出的2012年COD和TN减排潜力,见294页彩图8。

由294页彩图8可见:COD减排潜力最大的地区是梨树县,德惠市和扶余市由于畜禽污染物减排效果较好所以COD减排潜力最低。研究区TN减排潜力从总体上看都有比较大的减排空间,减排潜力较大的地区为双辽市和扶余市,减排潜力达到了84%以上,有很大的减排空间,而减排潜力较小的地区主要是辽源市和东辽县。

5 结论与建议

1)吉林省典型地区畜禽养殖业的发展给城市居民提供了大量畜禽产品,拉动了地方经济,但同时也给当地环境造成了多方面影响,产生了大量畜禽粪便。通过研究表明,吉林省典型地区从2007年到2012年几年间养殖总量有所下降。畜禽养殖密度较高的地区主要分布在九台区、四平市和吉林市。

2)松辽流域吉林省典型地区污染物排放量差异较为明显,其中榆树市和双辽市的COD和TN的排放量都比较大。通过2007年到2012年COD和TN排放量变化率图不难发现研究区5年间COD以及TN的排放量逐年增加,个别地区的排放增长率更是超过了70%,且根据研究区污染物产生量和排放量现状分析得出区域内COD减排潜力较大的地区主要为研究区的西部和中部地区,TN减排潜力较大的区域为研究区的北部、中部和西部地区。

3)鉴于松辽流域吉林省典型地区畜禽养殖现状,建议在养殖密集区域建立畜禽粪便收集和处理中心,利用规模效应来显著降低利用粪便进行沼气发电等生产生物质能的工艺成本,同时还应该完善设施建设与运行管理体系,因地制宜开展综合整治,切实加强农村环境保护工作,真正做到畜禽养殖业与环境协调发展的新局面。

摘要：随着畜禽养殖业的发展,规模化养殖的环境影响日益突出,笔者基于2007年、2011年和2012年的污染源普查数据和环境统计数据,采用地理信息系统(GIS)对吉林省松辽流域典型地区的规模化畜禽养殖状况及污染的空间分布特征进行了研究,并在此基础上分析了污染物的减排潜力。结果表明:5年间研究区规模化畜禽养殖的数量逐年减少,但是畜禽养殖所产生的污染物排放量逐年增加。研究区内畜禽养殖污染主要分布在榆树市、九台区、桦甸市和双辽市,化学需氧量(COD)排放量增长速率最快的地区为舒兰县和磐石县,总氮(TN)排放量增长速率最快的地区是东丰县。污染物COD减排潜力较大的地区是梨树县,TN减排潜力较大的地区是双辽市和扶余市。

关键词：规模化畜禽养殖,养殖结构,养殖密度,污染空间分布特征,减排潜力,松辽流域典型区

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