劉許柯　邢明明　陳守益

【摘 要】煤礦區(qū)廢水對(duì)周邊環(huán)境的污染越來越引起人們的廣泛重視和研究。以淮南某煤礦廢水為研究對(duì)象， 采集距煤礦廢水排污口不同距離的煤礦廢水，測(cè)試其對(duì)蠶豆種子的發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)情況，利用蠶豆生長(zhǎng)及微核實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)煤礦廢水的生態(tài)毒性。結(jié)果表明：蠶豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、總長(zhǎng)、總重、芽重隨距排污口距離變化受到不同程度的影響，與蒸餾水對(duì)照，表現(xiàn)出明顯的抑制作用，在距排污口200-300m處抑制作用相對(duì)較強(qiáng)。對(duì)比水質(zhì)常規(guī)測(cè)試指標(biāo)發(fā)現(xiàn)：該煤礦廢水對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定負(fù)面影響，廢水中有機(jī)污染物、氨氮抑制了蠶豆種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)，同時(shí)，煤礦廢水誘導(dǎo)出的蠶豆根尖微核率較對(duì)照高，可能是常見有機(jī)物導(dǎo)致。微核的污染指數(shù)表明該煤礦廢水具有一定的生物毒性。

【關(guān)鍵詞】煤礦廢水；生長(zhǎng)情況；微核；生態(tài)毒性

煤礦廢水包括酸性礦井廢水、洗煤廢水、尾礦廢水等，組成成分及性質(zhì)復(fù)雜，兼具有懸浮液以及膠休溶液性質(zhì)，處理難度較大[1]，僅經(jīng)過沉淀處理，水體中仍有大量有毒有害物質(zhì)，直接排放到環(huán)境中會(huì)造成自然生態(tài)環(huán)境的破壞；種子萌芽過程易受到各類有毒有害物質(zhì)影響，一些有毒有害物質(zhì)可以通過食物鏈傳遞進(jìn)入人體，影響人類健康[2]。因此，從生態(tài)學(xué)角度，運(yùn)用高等植物研究煤礦廢水對(duì)種子萌芽階段生態(tài)影響具有重要意義。本研究按照已建立的高等植物毒理實(shí)驗(yàn)方法，以淮南某煤礦廢水為例，通過蠶豆種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)抑制情況及根尖細(xì)胞微核情況，結(jié)合該廢水水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)該煤礦廢水進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)及生態(tài)毒性評(píng)價(jià)，為煤礦廢水環(huán)境影響及生態(tài)毒性效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

松滋青皮蠶豆（Vicia faba），均購置于淮南農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 采樣點(diǎn)的布置和水樣的采集

按照相關(guān)水質(zhì)分析要求[3]，從煤礦廢水排污口開始，沿河流下游方向每隔100米設(shè)置5個(gè)瞬時(shí)水樣采樣點(diǎn)。各采樣點(diǎn)坐標(biāo)：W1（x=116.5124，y=32.3837）；W2（x=116.5125，y=32.3837）；W3（x=116.5127，y=32.3839）；W4（x=116.5128，y=32.3840）；W5（x=116.5129，y=32.3841），W1、W2、W3、W4和W5代表采樣點(diǎn)編號(hào)（下同）。采用多點(diǎn)瞬時(shí)水樣方法進(jìn)行水樣采集。每采樣點(diǎn)采集水樣5L于塑料瓶?jī)?nèi)，按照國(guó)家環(huán)保部（HJ493-2009）要求放于4℃冰箱中保存。

1.2.2 水質(zhì)理化指標(biāo)的分析

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)采集水樣的pH、電導(dǎo)率、總?cè)芙庑怨腆w、氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量、溶解氧等理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試[3]。

1.2.3 蠶豆微核實(shí)驗(yàn)和幼苗生長(zhǎng)情況測(cè)定

取40粒籽粒飽滿且均勻的蠶豆，用0.5%NaClO溶液消毒20min沖洗后分別放入盛有各采樣點(diǎn)水樣的五組燒杯中，同時(shí)設(shè)一組蒸餾水對(duì)照組，在25℃下浸泡48h，蠶豆吸脹后，選取發(fā)育良好的蠶豆，在25℃溫箱中保持濕度培育7d；在蠶豆萌芽3d后，按照莫測(cè)輝等對(duì)種子萌芽評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)[4]，逐日觀察記錄蠶豆萌發(fā)數(shù)。培育7d后，用醫(yī)用鑷子取萌芽蠶豆測(cè)其生理指標(biāo)：總長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、總重、芽重、根重（均為鮮重）[5]。

另取上述處理吸脹后的蠶豆，按照王友保等、錢曉薇培育保存方法對(duì)蠶豆進(jìn)行培育保存[12，14]，根據(jù)王躍華等對(duì)蠶豆根尖微核技術(shù)的改良[13]，將恢復(fù)后的種子從根尖頂端切下幼根放入廣口瓶中，使用由無水乙醇：冰醋酸：濃鹽酸 =1∶125∶1配制成的改良固定離析液對(duì)根尖細(xì)胞進(jìn)行固定解析，用改良石炭酸品紅染液染色[14]，加1滴蒸餾水壓片觀察。每個(gè)斷面鏡檢10個(gè)根尖，測(cè)定其微核千分率（MCN‰）和污染指數(shù)（PI）， 并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理[15]，蠶豆根尖細(xì)胞微核的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)同陳光榮等[18]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

發(fā)芽率[5]（%）=7d發(fā)芽的種子數(shù)/供試驗(yàn)種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢(shì)[5]（%）=3d發(fā)芽種子數(shù)/供試驗(yàn)種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)[5]Gi=∑（），Gi發(fā)芽指數(shù)；Gt在t日的發(fā)芽數(shù)，個(gè)；Dt相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)， d

活力指數(shù)[6]Vi=S×Gi，Vi活力指數(shù)；S總長(zhǎng)；Gi發(fā)芽指數(shù)

微核細(xì)胞千分率（M CN‰）=含有微核的細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)×1000

污染指數(shù)根據(jù)陳光榮提出的計(jì)算方法計(jì)算[16]， 即：

污染指數(shù)（PI）=樣品微核率均值/對(duì)照微核率均值。

所有數(shù)據(jù)均取三次重復(fù)平均值，并用SPSS16.5進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤礦廢水水質(zhì)特征

由表1，該煤礦廢水的水質(zhì)特征為：（1）pH 值為7.81-8.30， 屬于中性或弱堿性；（2）TDS值均在559-643mg/L，電導(dǎo)率值在1174.22-3190.92μs/cm，符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978-1996）；（3）總磷含量很低，相對(duì)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978-1996）而言總氮含量略高；（4）化學(xué)需氧量較高（87-280mg/L）；（5）溶解氧含量正常。將其與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)IV類水（GB3838-2002）與污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)第二類污染物標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）對(duì)比（見表1）發(fā)現(xiàn)：符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，水樣的電導(dǎo)率和可溶解性固體含量較低，且屬于弱堿性水；總氮總磷含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定值，而化學(xué)需氧量含量較高，這與程學(xué)豐等[10]研究淮南礦區(qū)礦井水水質(zhì)特征及其資源化研究結(jié)果類似[7]。

2.2 煤礦廢水對(duì)蠶豆生長(zhǎng)的影響

由表2，該煤礦區(qū)廢水對(duì)蠶豆種子萌發(fā)有明顯抑制作用。蠶豆種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均隨距煤礦廢水排污口的距離增大呈先升后降趨勢(shì)。W2處水樣培育的蠶豆種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)均較其它采樣點(diǎn)高（1.34、0.12、22%），較對(duì)照組抑制作用分別達(dá)到64.83%、60%和21.43%； W3處水樣培育的蠶豆種子發(fā)芽率最高為53.19%，較對(duì)照組抑制作用達(dá)到了41.76%。

幼苗生長(zhǎng)過程中，煤礦廢水對(duì)其有顯著的影響，與對(duì)照組相比，表現(xiàn)出明顯的抑制效應(yīng)（表2）。從幼苗伸長(zhǎng)生理指標(biāo)來看，蠶豆幼苗的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)以及總長(zhǎng)基本上隨樣點(diǎn)分布距離增加而降低；W3培養(yǎng)的芽長(zhǎng)達(dá)至峰值3.65cm，與對(duì)照組比，芽長(zhǎng)抑制率為15.9%；W5培養(yǎng)的幼苗芽長(zhǎng)最短為2.90cm，與對(duì)照組比，芽長(zhǎng)抑制率為33.18%；W3處幼苗根長(zhǎng)達(dá)到峰值3.75cm，與對(duì)照組比，根長(zhǎng)抑制率為17.03%，W5培養(yǎng)的幼苗根長(zhǎng)達(dá)至最低值2.88cm，與對(duì)照組比，根長(zhǎng)抑制率為36.28%。煤礦廢水對(duì)蠶豆種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)有明顯抑制作用，一般認(rèn)為發(fā)芽抑制物質(zhì)可能是鹽分、重金屬等和其它有機(jī)物等[4]。本研究中蠶豆種子各生理指數(shù)都表現(xiàn)出不同程度抑制。對(duì)比該煤礦廢水的水質(zhì)指標(biāo)（表1），分析發(fā)現(xiàn)，該煤礦廢水的pH值、電導(dǎo)率、TDS、DO、氨氮和總磷總氮均符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，而CODcr值略微偏高，說明該煤礦廢水中有機(jī)物含量偏高；W4（第四個(gè)采樣點(diǎn)）水樣的氨氮含量最高，電導(dǎo)率值和可溶解性固體的含量最低，表明廢水中的氨氮含量對(duì)蠶豆幼苗的生長(zhǎng)具有抑制作用，同時(shí)，該煤礦廢水中可能含有發(fā)芽抑制物質(zhì)，很可能還有有機(jī)物，劉勁松[9]的淮南潘集礦區(qū)地表水質(zhì)及環(huán)境影響因素分析研究結(jié)果中關(guān)于礦業(yè)污染源的研究監(jiān)測(cè)中，分析該類有機(jī)物可能為酚類、醛類和有機(jī)酸、醇等發(fā)芽抑制物質(zhì)[10]。

2.3 煤礦廢水對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核的影響

經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，蠶豆根尖細(xì)胞的有絲分裂率隨距排放口增加而增加，但煤礦廢水處理的蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂率明顯低于對(duì)照組（有絲分裂率），表明蠶豆根尖細(xì)胞的生理活動(dòng)受到了水體中污染成分的影響。W1（有絲分裂率27.2%）和W2（有絲分裂率24.5%）對(duì)應(yīng)有絲分裂率明顯低于后三組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相比對(duì)照組分別下降了36.68%和38.23%，且W3（有絲分裂率28.3%）、W4（有絲分裂率28.6%）以及W5（有絲分裂率28.5%）的有絲分裂率較類似。這說明W1和W2水體中影響蠶豆根尖細(xì)胞的污染物含量較高，而W3、W4以及W5水樣中污染成分得到了明顯的凈化稀釋，污染物濃度已降低。將煤礦廢水對(duì)蠶豆根尖微核率與對(duì)照組對(duì)比，W1～5各采樣點(diǎn)的水樣引起蠶豆根尖細(xì)胞微核率分別為：0.162‰、0.156‰、0.143‰、0.135‰、0.128‰，對(duì)比對(duì)照組（微核率為0.023‰）有顯著提高。表明該煤礦廢水中含有致突變的污染物，在根尖細(xì)胞分裂期間，可誘導(dǎo)細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生了異常變化，抑制細(xì)胞有絲分裂的正常進(jìn)行，并產(chǎn)生微核，表現(xiàn)出了一定的生物毒性效應(yīng)[17，18]。

2.4 煤礦廢水水質(zhì)指標(biāo)與蠶豆生長(zhǎng)的相關(guān)分析

經(jīng)過對(duì)水質(zhì)指標(biāo)與蠶豆根尖生理指標(biāo)的相關(guān)性分析，TDS含量與蠶豆根長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)（r=0.94，p<0.05）即水樣中可溶解性固體物質(zhì)對(duì)蠶豆根尖的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。pH值與蠶豆種子生理指標(biāo)之間基本呈負(fù)相關(guān)（p>0.05）。pH與蠶豆根尖的根長(zhǎng)、總長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根重之間相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.80（p>0.05）、r=-0.74（p>0.05）、r=-0.71（p>0.05）、r=-0.77（p>0.05），可能表明礦區(qū)排污水的pH值會(huì)抑制蠶豆根尖生長(zhǎng)（表1可知，水樣明顯偏堿性，可能會(huì)對(duì)蠶豆的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用）。除CODcr外，其它理化指標(biāo)與生理指標(biāo)間均呈現(xiàn)出一定負(fù)相關(guān)，CODcr含量與蠶豆根尖細(xì)胞微核率呈之間顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)r=0.97（p<0.01），即隨著水樣中CODcr含量的增加，會(huì)在根尖誘導(dǎo)產(chǎn)生大量微核，說明水樣中有機(jī)污染物，如酚類、苯、多環(huán)芳烴等可能會(huì)損傷真核細(xì)胞內(nèi)染色體或紡錘絲的結(jié)構(gòu)，影響細(xì)胞的增殖，表現(xiàn)出了一定的生物遺傳毒性效應(yīng)[14]。

3 結(jié)論

（1）該煤礦區(qū)排放的廢水符合工業(yè)污廢水的綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）。

（2）煤礦廢水可通過對(duì)根生長(zhǎng)影響造成對(duì)幼苗整株生長(zhǎng)的控制，影響不同生長(zhǎng)發(fā)育過程：主要影響萌發(fā)過程及幼苗生長(zhǎng)過程。

（3）煤礦廢水中能誘導(dǎo)產(chǎn)生一定數(shù)量微核，從而表現(xiàn)出一定生物毒性，而CODcr與微核率呈顯著正相關(guān)，表明微核主要由水體中的有機(jī)物質(zhì)導(dǎo)致。同時(shí)，這也表明蠶豆微核可用來監(jiān)測(cè)煤礦廢水的有機(jī)污染。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李前，楊世杰，楊德志.煤礦廢水的凈化處理與工藝革新[J].甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，2002，15（1）：31-32.

[2]何念祖，孟賜福.植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1997：354.

[3]奚旦立，孫裕生.環(huán)境監(jiān)測(cè)[M].4版.北京：高等教育出版社，2010，7：34-38，42-45.

[4]莫測(cè)輝，吳啟堂，周友平.城市污泥對(duì)作物種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)影響的初步研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1997，8（6）：645-649.

[5]楊持.生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)[M].北京：高等教育出版社，2003：30-35.

[6]周青，黃曉華，張一.鎘對(duì)種子萌發(fā)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2000.19（3）：156-158.

[7]程學(xué)豐，胡友彪，龐振東.淮南礦區(qū)礦井水水質(zhì)特征及其資源化[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，25（3）：5-8.

[8]錢曉薇.重鉻酸鉀對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞致畸效應(yīng)的研究[J].遺傳HEREDITAS（Beijing），2004，26（3）：337-342.

[9]劉勁松.淮南潘集礦區(qū)地表水質(zhì)及環(huán)境影響因素分析[D].安徽理工大學(xué)，2009，4.

[10]中山包（馬云彬譯）.1988.發(fā)芽生理學(xué)[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社，221-253.

[11]Warren-Hick， W.Parkhurst，B R. Baker， S. S. Ecological Assessment of Hazardous Waste Sites：A Field and Laboratory Reference. US Environmental Protection Agency，1989，EPA/600/3-89/013.

[12]王友保，劉登義.青弋江蕪湖市段水環(huán)境質(zhì)量的蠶豆根尖微核檢測(cè)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2001，20（4）：74-76.

[13]王躍華，袁暢，楊小萍等.生物微核監(jiān)測(cè)技術(shù)的改良方法研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（26）：12780-12781.

[14]錢曉薇.蠶豆根尖細(xì)胞微核實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)[J].溫州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，19（6）：G4-65.

[15]Degrassi ， F.and Rizzoni.M .Mironucleustest in Vicia faba root tips to detect mutagen danage in fresh-water pollution[ J] .Mutation Research，1982，97：19-33.

[16]陳光榮，金波，李明等.污染指數(shù)在微核（MCN）技術(shù)監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染中的應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1986，6（2）：60-63.

[17]張?jiān)品?，陳?淮北地區(qū)幾種工業(yè)廢水的遺傳毒性檢測(cè).[J].淮北師范大學(xué)：自然科學(xué)版，2012（3）：50-54.

[18]臧宇.蠶豆根尖微核試驗(yàn)的應(yīng)用與發(fā)展[J].癌變·畸變·突變，1999，11（3）：158-160.

[責(zé)任編輯：湯靜]