水质基准方法学中若干关键技术探讨

我国正在开展系统的水质基准研究,对发达国家的水质基准理论和技术处于学习和研究阶段. 物种敏感度分布分析、“最少毒性数据需求”以及基准的修正是水质基准推算中的若干关键技术. 以氨氮水生生物基准为例,对这些关键技术进行了研究与探讨,提出在我国本土生物毒性数据缺乏的情况下可在种的水平上对水质基准进行推算. 另外,可先利用全部生物的毒性数据进行物种敏感度分析,确定需重点获取的敏感生物类群的毒性数据,再用于基准推算,有望降低推算过程中对毒性数据量的需求. 最后,基于中美生物物种分布的差异,借鉴美国修订国家水质基准的水效应比法,提出利用生物效应比法对美国国家水质基准进行修订以获取我国水质基准.      

水质基准本土环节动物与水生昆虫受试生物筛选

作为水环境质量评价体系中重要的指示生物类别,水生环节动物和水生昆虫是水生生物基准研究中不可或缺的基准受试生物.参照美国水生生物基准技术指南, 选择我国广泛分布的10种本土环节动物和水生昆虫,搜集、筛选对各水生物种毒性最大的3种污染物,并进行水生生物敏感性分析. 在污染物毒性数据的物种敏感度分布中,若物种的累积概率小于30%则为较敏感,该物种可作为基准研究受试生物. 结果表明:不同生物对污染物敏感性存在差异,颤蚓对有机锡化合物、重金属,苏氏尾鳃蚓对重金属均较敏感;仙女虫、黄翅蜻、四节蜉、扁蜉对各类农药均较敏感;尾盘虫能够在一定程度上指示表面活性剂污染状况. 因此,环节动物颤蚓属、尾鳃蚓属、尾盘虫属、仙女虫属,水生昆虫黄翅蜻属、四节蜉属及扁蜉属均可作为水质基准研究中的受试生物.      

锑的淡水水质基准及其对我国水质标准的启示

针对我国锑水生生物水质基准缺乏的问题，收集筛选了锑对淡水水生生物的急性和慢性毒性数据，使用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导我国锑的淡水水质基准，通过综合分析和比较，选择物种敏感度分布法推导的急性和慢性的水质基准值（466.62μg/L和88.71μg/L）作为最终的基准推荐值.通过与国内外现有锑相关水质标准进行比较，提出在我国相关水质标准修订中分别制定保护水生生物和人体健康水质标准的建议，避免水质标准对水生生物的"过保护"问题.     

丙烯腈水生态基准研究

参照美国环保局制定的“推导保护水生生物及其用途的国家水质基准的技术指南”，结合我国水生生物区系的特点，研究和推导优先污染物丙烯腈的水生态基准。根据８种水生动物的争性毒性试验、两种水生动物的慢性毒性试验和浮萍生长抑制毒性试验的结果；按照美国环保局推荐的计算方法，推导出丙烯腈的基准连续浓度为０．５７５１ｍｇ／Ｌ，基准最大浓度为２．１５６ｍｇ／Ｌ。     

甲基叔丁基醚的水质基准阈值和生态风险评估

基于甲基叔丁基醚(MTBE)对水生生物的急性毒性和慢性毒性数据,推导了MTBE的淡水水生生物的水质基准阈值。结合我国典型区域地表水以及加油站附近水体MTBE的暴露浓度,对MTBE的生态风险进行评估。结果表明:用评价因子法推导的MTBE水质基准阈值为23. 6 mg/L,用物种敏感度分布法推导的MTBE短期水质基准和长期水质基准分别为138. 06,0. 25 mg/L,2种方法推导的基准值有显著差异,最终选用物种敏感度分布法推导的基准作为淡水水生生物水质基准推荐值。另外,采用商值法和联合概率分布法对MTBE的生态风险进行评估,结果发现,我国地表水中MTBE在短期暴露下不会对水生生物生存生长产生风险,但在低剂量长期暴露下,MTBE会对我国部分区域的水生生物的繁殖存在潜在风险。     

我国淡水生物氨氮基准研究

主要采用美国水生生物基准技术,结合美国氨氮水质基准数学模型,利用我国水生生物的氨氮毒性数据,对我国淡水生物氨氮基准进行了研究.共搜集了35种淡水生物的氨氮急性毒性数据和7种慢性毒性数据,得出的氨氮水质基准表现为以水体pH值和温度为自变量的函数,在pH 6.5～9.0、温度0～30℃的取值范围内,我国氨氮急性和慢性基准的...     

我国水生生物水质基准推导的物种选择

水生生物水质基准旨在保护水生生物不受水体中化学物质的有害影响,是水质基准体系的重要组成部分.不同区域水生态系统的生物区系不同,导致基准值也会存在差异.在综合研究美国、欧盟、加拿大、荷兰、澳大利亚和新西兰等国家和地区在推导水生生物水质基准的物种选择及其考虑因素的基础上,初步研究我国水生生物水质基准推导的物种选择原则.结果表明:推导我国水生生物水质基准需要选择来自8科的水生生物,分别为鲤科鱼类、硬骨鱼纲中的另一科、两栖动物纲的一科、浮游动物中节肢动物门和轮虫动物门各一科、底栖动物中节肢动物门和环节动物门各一科及一种最敏感的大型水生植物(或浮游植物),可全面代表我国水生态系统不同的营养级和生命形式.      

我国淡水生物菲水质基准研究

菲是一种国内外水体中普遍检出的优控多环芳烃,会对水生生物产生有害影响.然而,由于本土物种生态毒理学数据匮乏等问题,关于菲的基准阈值研究鲜有报道.本研究以9种本土水生生物为研究对象,进行了9种水生生物的急性生态毒理学实验及3种慢性生态毒理学实验并推导了菲的基准阈值.此外,基于物种敏感性分布法(species sensitivity distribution,SSD)对本地和非本地物种之间的差异进行了比较,以期探究美国水生生物毒性数据在我国本土基准阈值推导过程中的可行性.结果显示,采用US EPA"指南"推荐的方法对菲本土水生生物急性基准阈值(CMC)和慢性基准阈值(CCC)进行了推导,分别为0.033 mg·L~(-1)和0.012 mg·L~(-1);另外,本土与美国物种敏感性分布不存在显著性差异,这表明存在使用美国水生生物毒性数据来推导我国菲水生生物基准阈值的可能性.     

甲萘威的淡水水生生物水质基准研究

为保护我国淡水水生生物,收集、筛选出5门23科44个物种的急性毒性数据和1门1科2个物种的慢性毒性数据,分别采用毒性百分数排序法和物种敏感度分布法,对我国甲萘威的淡水水生生物水质基准进行推导. 结果表明:我国淡水水生生物物种的急性毒性平均值范围为2.25～27 609 μg/L,甲壳纲急性毒性平均值范围为2.25～1 000 μg/L,鱼纲急性毒性平均值范围为700～27 609 μg/L,最敏感的物种为棘爪网纹溞,最不敏感的物种为胡鲶. 毒性百分数排序法推导出的基准最大浓度和基准连续浓度均为2.6 μg/L,物种敏感度分布法推导出的短期危险浓度和长期危险浓度分别为3.3和1.6 μg/L. 中美甲萘威的水质基准值差异归因于两国生物区系的不同. 甲壳纲对甲萘威的敏感度大于鱼纲. 初步统计表明,在22个天然水体样品中,有50%样品的甲萘威浓度高于淡水水质基准,存在环境风险.      

我国土霉素的淡水生物水质基准与标准及生态风险评估研究

土霉素是一种典型的抗生素类新污染物,具有使用量大、生态毒性强等特点,其环境基准标准和水生态风险受到学界广泛关注.本文基于美国毒理数据库、Web of Science、中国知网等相关数据库,收集整理了土霉素对我国淡水生物的毒性数据和水环境暴露数据,制定了保护淡水生物的水质基准,并进行了风险评估.结果表明：(1)依据《中国动物志》和《淡水生物水质基准推导技术指南》等,对毒性数据的物种和试验条件进行筛选,最终土霉素急性毒性数据涉及5门10科13种,最敏感物种为模糊网纹溞(Ceriodaphnia dubia);慢性数据涉及3门9科10种,最敏感物种为水蕴草(Egeria densa).(2)物种敏感度分布法研究表明,急性数据符合逻辑斯蒂分布模型,推导出的短期水质基准为61.2μg/L;慢性毒性数据符合正态分布模型,推导出的长期水质基准为18.7μg/L.(3)毒性百分数排序法推导的基准最大浓度为34.0μg/L,基准连续浓度为7.4μg/L.(4)共搜集近15年(2007年1月—2022年3月)我国主要水体土霉素浓度数据803条,浓度范围为0.1～97 433.8 ng/L,北方流域的土霉素...     

高效氟吡甲禾灵对海洋生物的急性毒性与水质基准推导

高效氟吡甲禾灵(haloxyfop-P-methyl, HPME)是我国农业上大量使用的一种除草剂,因对入侵植物互花米草有明显的杀害作用,被推荐用于互花米草的化学防治. 为了预防HPME在施用过程中带来的生态风险,本文在开展HPME对海洋生物的毒性测试与搜集现有毒性数据的基础上,推导了HPME的生态安全阈值. 首先,选取8门13科本地海洋生物进行急性毒性试验,并通过查找现有毒性数据库与文献获得HPME对3门5科7种淡水生物的毒性数据. 随后,采用物种敏感性分布(species sensitivity distribution, SSD)模型与物种敏感性排序法(species sensitivity rank, SSR)分别推导HPME的水质基准. 结果表明:①HPME对安氏伪镖水蚤的96 h半数致死浓度(median lethal concentration, LC₅₀)值最小,为0.107 mg/L;对牡蛎的96 h-LC₅₀值最大,为47.111 mg/L. ②采用SSD模型,基于13种海水生物以及7种淡水生物+13种海水生物两组急性毒性数据推导出HPME的水质基准分别为37.05和44.75 μg/L. ③利用SSR法基于两组数据推导出HPME的水质基准分别为39.43和41.65 μg/L. 该文构建了HPME的水生生物毒性数据库,推导了HPME的水质基准值,可为我国互花米草治理过程中HPME的安全使用限量提供科学依据.      

基于非靶向物种保护的农药水环境基准及排放限值研究

我国农药行业的水污染排放管理长期以来缺乏对特征污染物的控制要求,特征污染物产生、处理和排放的数据基础也非常薄弱.鉴于农药活性成分对作用对象极其敏感但又具有高选择性的特点,可以立足于对敏感作用对象以外的水生生物加以充分保护的思路,建立基于非靶向物种保护的农药水环境急性基准,作为我国现阶段农药排放限值的推导基础.基于对几十种农药活性成分毒性数据的分析,将物种毒性数据敏感度变化最显著的位序点（累积概率在5%~30%之间）作为“靶向物种”与“非靶向物种”累积概率的分割点,提出保护非靶向物种目标的水质基准计算方法,并以毒死蜱为例,应用物种敏感度分布曲线法对特征污染物毒死蜱水质基准值进行示例推导.筛选出无脊椎动物、脊椎动物和植物等9门39科59种共109个急性毒性数据,经计算得出,毒死蜱对我国水生生物的HC_t（靶向物种的危害浓度）为4.35 μg/L,基于HC_t得到的毒死蜱排放限值为20 μg/L,与美国农药工业水污染物排放指南与排放标准中毒死蜱对现源的日最大排放限值（经换算为8 μg/L）较为接近.研究显示,基于非靶向物种保护的农药水环境基准方法推导的排放限值与发达国家排放控制要求接近,通过有效的污染控制技术可以实现,具有可达性.      

水质基准鱼类受试生物筛选

敏感受试生物的筛选是水质基准研究的关键环节,鱼类是水质基准重要的保护对象,各国在水质基准制定中都要求利用鱼类毒性数据. 依据地理分布及毒性数据丰度,筛选出我国以鲤科鱼类为主的17种本土代表性鱼类. 参照美国水质基准数据筛选原则,从ECOTOX等数据库中搜集相关毒性数据,筛选出对本土代表性鱼类毒性最大的污染物,主要包括重金属、氯酚类、分子氨及农药等,并分析污染物的物种敏感度分布,依据累积概率对鱼类的物种敏感性(累积概率<15%)进行分类. 结果表明:有10种本土代表性鱼类对污染物敏感,包括鲤科的鲤鱼(其对氰戊菊酯、福美双敏感,对二者的累积概率分别为12.50%、14.29%,下同)、草鱼(三唑磷,9.09%)、鲢鱼(甲氰菊酯,12.50%)、鳙鱼(镉,7.14%;敌敌畏,13.63%)和鲫鱼(无机汞,11.76%),以及非鲤科的泥鳅(敌敌畏,9.09%)、黄颡鱼(敌敌畏,4.55%;氧化乐果,14.29%)、黄鳝(氯氰菊酯,8.33%)、鲻鱼(硫丹,8.33%;氰戊菊酯,6.25%)和鳜鱼(分子氨,9.09%). 上述物种可作为相应污染物水质基准研究的本土敏感受试鱼类.      

水质基准两栖类受试生物筛选

两栖动物是水生生态系统的重要生物群落,是水生生物基准的重要保护对象. 参照美国水生生物基准技术指南,搜集、筛选了12种本土代表性两栖动物的生物毒性数据,通过毒性数据分析,筛选出对两栖动物毒性最大的污染物,主要包括农药、重金属和杀虫剂三大类,以及4属基准研究受试生物. 在4属(5种)受试生物中,黑眶蟾蜍对硝酸银的累积概率为15%,六趾蛙对马拉硫磷的累积概率为1%,牛蛙对五氯酚的累积概率为8%,棘胸蛙对丙溴磷的累积概率为27%,虎纹蛙对硫丹的累积概率为29%. 结果表明:蛙属(六趾蛙)对农药、蛙属(牛蛙)对杀虫剂、蟾蜍属(黑框蟾蜍)对重金属均为敏感物种,虎纹蛙属(虎纹蛙)对农药、棘蛙属(棘胸蛙)对杀虫剂均为较敏感物种. 这4属(5种)两栖动物可以作为相关污染物的水质基准研究的受试物种.      

保护淡水水生生物硝基苯水质基准研究

以硝基苯为研究对象,在分析美国和中国2种类型水生态系统和生物区系特征的基础上,分别筛选两国水生生物物种的毒性数据,运用物种敏感度分布曲线法、毒性百分数排序法和评价因子法分别推导了2个国家保护淡水水生生物水质基准;同时,结合国内外主要水体ρ(硝基苯)分布特征,对地表水体中硝基苯生态风险进行了初步评价.结果表明:由于生物区系不同,同样方法得到的美国水质基准值明显高于中国水质基准值,其中物种敏感度分布曲线法得出的基准值最为合理.用物种敏感度分布曲线法得到中国硝基苯急性基准值为0.572mg/L,慢性基准值为0.114mg/L;美国硝基苯急性基准值为7.271mg/L,慢性基准值为2.031mg/L.风险表征结果显示,中国主要地表水体中硝基苯不存在潜在的生态风险.