淡水水生态基准方法学研究:数据筛选与模型计算

水生态基准研究的核心是水生态基准方法学,如何鉴于现有的生态毒理学数据推导出科学合理的基准值,并达到切实保护水生生物的目的,是水生态基准研究的重点。论文从淡水水生态基准方法学中数据筛选和模型计算出发,系统地阐述和比较了现有方法学中关于数据的数量和质量、本土物种数据和非本土物种数据、实验室试验数据和野外现场试验数据、常规测试指标和非常规测试指标以及数据的整理等数据筛选原则,并对评估因子法、物种敏感度分布曲线、种间关联预测以及生态毒理模型等水生态基准的计算模型进行比较。参照国外水质基准推导的过程及我国水生态系统的特征,发展我国水生态基准研究中数据的筛选原则以及科学合理的基准计算方法,以期为建立我国淡水水生态基准推导方法学提供研究基础和科学依据。     

我国铜的淡水生物水质基准研究

铜是生命体必需的一种微量元素,当铜的浓度超过一定范围时,又会对机体产生一定的毒害作用.为了有效控制铜给水生生物带来的不利影响,亟需开展铜的水质基准研究工作.以我国淡水生态系统为保护对象,收集和筛选了淡水水体中的生物物种和相应的毒性数据.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了我国铜的淡水生物水质基准....     

淡水水生态基准方法学研究:繁殖/生殖毒性类化合物水生态基准探讨

繁殖/生殖毒性类化合物由于特殊的毒理作用模式(mode of action,MOA),通过影响生物繁衍影响到种群和群落,因此依靠基于急、慢性毒性测试终点和传统基准推导方法推导的水生态基准值并不能够为水生生物群落结构提供足够的保护。本文根据文献资料,分析了推导此类化合物水生态基准时的关键科学问题,包括繁殖/生殖毒性类化合物MOA,毒性数据类型,受试物种选择,以及不同生命阶段、多代毒性测试和测试终点的判别和选择。并用所收集的壬基酚数据,尝试推导了基于水生生物生殖毒性的水生态基准值。研究得出基于生殖毒性的壬基酚预测无观察效应浓度(PNEC)值为0.12μg·L-1,其数值比美国环境保护局根据传统基准方法推导的基准持续浓度(CCC)的6.59μg·L-1低了近50倍。因此,基于其繁殖毒性(包括产卵量、受精率、孵化率、多代效应以及种群变化等)的实验结果更适合用于具有繁殖/生殖毒性污染物水生态基准的推导。     

锌对淡水生物的毒性特征与水质基准的研究

锌是生命体必需的一种微量元素,但当锌的浓度超过一定剂量时,又会对生物体产生一定的毒害作用.为了系统研究锌对水生生物的毒性作用,亟需开展锌的水质基准研究工作.本文用物种敏感度分布法对锌的毒性特征开展了深入研究,并按照水质基准常用的几种方法,包括评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导了我国锌的保护淡水水生生...     

物种敏感度分布法（SSD）在农药水质基准推导中的应用

水质基准推导方法在水质基准制定中起着至关重要的作用,物种敏感度分布法是目前国际上常用的基准推导方法,但利用此方法推导水质基准时,可选用的模型很多,但并不是所有的模型都能很好地拟合农药毒性数据集。为了筛选得到拟合优度较好的模型,选取4种典型农药,对采用不同模型拟合物种敏感度分布曲线的结果进行比较研究。结果显示,sigmoid、Gaussian、Gompertz和exponential growth 4种模型对于农药数据集,无论是在曲线走势、HC5值的合理性还是拟合优度方面的拟合效果都优于其他几种模型。因此,在应用物种敏感度分布法推导农药水质基准时,可以首选上述4种模型进行拟合,然后再从中选出最优模型来确定基准值,从而保证基准值推导的科学性。研究结果可为农药水质基准制定时推导方法的选择提供科学参考。     

水体沉积物质量基准研究现状

沉积物质量基准是对水质基准的补充,对水质管理具有重要意义。目前国际上沉积物质量基准计算方法有十几种。对各种方法的理论基础、数据需求、适用范围等方面进行了概述之后,综合分析了各种方法的理论基础。研究结果认为,应将建立沉积物质量基准的方法分为以生物效应数据为基础的生物效应数据库法和以相平衡分配原理为依据的相平衡分配法。而根据统计方法不同,生物效应数据库法又分为单值基准、双值基准和三轴图法。同时还对美国、加拿大、荷兰、英国、澳大利亚和新西兰的沉积物质量基准研究发展和应用概况进行了分析。结合我国实际情况认为,依赖于大量生物效应数据的生物效应数据库法,目前在我国的适用范围有限,只能用于推导少数几种污染物的基准值。相平衡分配法具有可靠的理论基础而且不需要大量的生物效应数据,具有很大的发展潜力。因此,对于目前沉积物质量基准研究处于初级阶段的我国,更适合使用相平衡分配法计算污染物沉积物质量基准。     

基于水质基准的中国地表水体中林丹生态风险评估案例研究

由于过去大量使用及其持久性,导致有机氯农药林丹在我国水体普遍存在,当过量的林丹汇聚于水体时,不免抑制水生生物生长发育。为评估和保护受林丹污染的地表水体,本研究筛选收集了37种本土代表性水生生物的林丹急慢性毒性数据,依照物种敏感度排序法(SSR)及物种敏感度分布法(SSD)推导出林丹的水质基准,并运用商值法和联合概率曲线法评估分析国内典型流域中林丹水生态风险。结果表明,针对保护95%水生生物的林丹急性基准为2.34μg·L^-1,慢性基准值为0.05μg·L^-1。商值法结果表明,林丹可能在我国部分水体具有高生态风险,联合概率曲线法结果显示我国约有53.57%的水体可能使超过5%的水生生物受到林丹长期污染危害的风险。该结果可为我国林丹水质基准及地表水体生态风险评估提供基础数据和科学依据。     

我国海水水质基准的构建：以三丁基锡为例(Construction of Marine Water Quality Criterion in China: A Case Study of Tributyltin（TBT）)

我国近岸海域污染形势严峻、污染物种类繁多、生态健康风险复杂,现有的海水水质标准难以满足当前海洋环境污染评价、管理和监控的需求,亟需适宜我国海洋区系特征的海水水质基准作为水质标准修订与制定的理论依据. 借鉴美国、欧盟和荷兰等国家水质基准的制定方法,提出了构建我国海水水质基准的思路,并给出了数值型双值基准的数据要求、定值方法和相应的计算模式等. 以三丁基锡化合物（TBT）为例,按照论文建立的方法,计算了保护我国海洋水生生物的TBT基准. 结果表明：我国TBT化合物海水水质基准高值（HSWC）和海水水质基准低值（LSWC）分别为0.43μg·L-1和0.002μg·L-1,与美国,加拿大和英国等国家的推荐基准值略有不同. 研究结果将为我国海水水质基准的制定与研究提供帮助.     

海水水质基准的研究方法与我国海水水质基准的构建(Methods of Deriving Marine Water Quality Criterion and Proposal for Establishment of National Marine Water Quality Criterion in China)

海水水质基准是制定相关海水水质标准的科学依据.论文概要介绍了美国、欧盟和荷兰等发达国家的海水水质基准研究方法体系,给出了关键计算模式、数据要求和定值方法.结合当前我国在海水水质基准研究方面的现状,借鉴国外水质基准研究经验,对我国海水水质基准的研究方法提出了构想,以期为我国开展海水水质基准的研究提供新思路.     

平衡分配法在土壤环境质量基准推导中的相关问题研究

为了促进土壤环境质量标准的修订进程,势必要全面系统地开展土壤环境质量基准的研究工作。理论上,水、土之间是一个相互联系、互相依赖和关系密切的系统;同时,水生态毒理及其质量基准研究起步早,研究方法相对成熟。因此,从水质基准来推导土壤环境质量基准具有一定的科学依据与实践意义。本文首先从土-水系统中污染物分布的影响因素及其环境行为两方面简要阐述污染物在土-水系统中的分布规律;然后,扼要介绍了平衡分配(Eq P)理论及其在环境质量基准研究中的应用;之后,从Eq P方法的不确定性、毒理数据选用的争议性、Koc的局限性和分配系数的确定方法选择性等方面,探讨了平衡分配法在土壤环境质量基准研究中应用的瓶颈问题;最后,对此项研究进行了总结与展望。     

太湖流域3种氯酚类化合物水质基准的探讨

按照美国地面水水质基准制定的程序和规范,筛选了太湖流域广泛存在的水生生物物种并收集了相应的基础毒性数据,探讨了五氯酚(PCP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)和2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)在我国太湖地区的水生态基准的定值.同时采用蒙特卡罗构建物种敏感度分布(SSD)曲线和生态毒理模型方法预测了3种氯酚类化合物对太湖水生生物的急性基准浓度(CMC)和慢性基准浓度(CCC).结果表明,基于EPA规范方法和急慢性毒性比率得到的PCP、2,4-DCP和2,4,6-TCP3种氯酚类化合物的CMC值分别为25、908和594μg·L-1,CCC值分别为12、176和162μg·L-1;基于SSD曲线得到的CMC值分别为25、818和648μg·L-1,CCC值分别为6、75和198μg·L-1;基于生态毒理模型得到的CCC值分别为4、15和67μg·L-1,显示出3种方法得到的氯酚类化合物的CMC或CCC在同一个数量级上,但在数值上由生态毒理模型得出的CCC要小于其它两种方法,并且除PCP的急慢性基准值与美国EPA推出的水生态基准值相近外,其它两种氯酚类化合物的急慢性基准值均低于美国EPA推出的急慢性基准值.研究结果希望能为我国水质基准的制定提供一些有用的线索.     

物种敏感度分布的非参数核密度估计模型

针对目前物种敏感度分布参数方法建模所存在的缺点,首次提出基于非参数核密度估计方法的物种敏感度分布模型,并提出相应的最优窗宽和检验方法。选用无机汞作为案例研究对象,利用非参数核密度估计方法和3种传统参数模型分别推导了保护我国水生生物的无机汞的急性水质基准值。结果表明,非参数核密度估计方法在推导无机汞水质基准中的稳健性和精确度都大大优于传统参数模型,能够更好地构建物种敏感度分布曲线。该方法的提出丰富了水质基准的理论方法学,为更好地保护水生生物提供了有力的支撑。     

基于野外数据建立大型底栖动物电导率水质基准的可行性探讨

科学合理地设定水质基准是水生生物保护和水生态系统恢复的基础。水体电导率数值的高低由溶解于其中的各种阴阳离子的浓度所决定,而较多的研究也证明电导率能够显著地影响水生生物类群,特别是大型底栖动物物种存活和群落结构的稳定性。离子组成的复杂性,导致无法开展基于室内实验的水生生物电导率基准值的推导。本文借鉴美国环境保护局基于野外调查数据建立电导率基准值的方法,采用流行病学打分方法,分别从电导率是否对大型底栖动物敏感物种存在毒性效应、人为干扰的增强是否会通过电导率产生毒性作用,以及其他环境因子是否对电导率基准值的制定产生影响3个方面,探讨了基于野外数据建立我国电导率基准的可行性。研究区域为辽河流域的浑河及太子河,野外调查数据采集于2009年8月至2010年5月。研究结果表明,电导率的升高显著降低了大型底栖动物敏感物种的出现频率。通过分析研究区域土地利用方式同电导率之间的相关性,证明了农业和城镇建设用地比例的增加显著地增加了水体中电导率的数值。对有可能引起物种消失的其他环境因子进行分析,结果表明电导率是引起大型底栖动物消失的主要原因。综合以上结果,基于野外调查数据来建立大型底栖动物电导率基准值是可行的,为我国水质基准的研究提供了新的思路和方法。     

应用概率物种敏感度分布法研究太湖重金属水生生物水质基准

目前广泛使用的水质基准推导方法—物种敏感度分布法存在曲线拟合模型不确定、曲线拟合效果不佳、种内差异欠考虑、基准值不准确等诸多问题,概率物种敏感度分布法可有效解决上述问题。应用概率物种敏感度分布法构建了太湖水体中5种重金属Ag、Pb、Cd、Hg和Zn的概率物种敏感度分布曲线,在此基础上得到了保护水生生物的急性水质基准分别为1.079μg·L~(-1)、637.973μg·L~(-1)、19.465μg·L~(-1)、8.729μg·L~(-1)和105.506μg·L~(-1),慢性水质基准分别为0.108μg·L~(-1)、63.797μg·L~(-1)、1.947μg·L~(-1)、2.340μg·L~(-1)和52.753μg·L~(-1);不同类群间生物对重金属的敏感度存在差异,不同重金属对同一类群生物的毒性也存在差异;通过与国内外已有的重金属水质基准值比较,发现水质基准具有明显的区域性,目前基于国外水质基准或我国整体水域特点来制定的太湖水质标准,往往造成对太湖水生生物欠保护或过保护的状况。     

组织残留法在水生生物基准中的应用概述

水生生物基准已成为生态风险评价和水环境管理的主要参考依据,在水污染治理、控制和管理以及水生生物保护方面发挥着重要作用。环境和生物学参数对基于水体或沉积物等外暴露浓度的毒性阈值和环境基准存在影响,使其具有变异性和不确定性。而基于组织残留的毒性剂量指标可以减少毒性值的变异性以及不确定性,特别是对于生物累积性物质而言,在毒性效应及环境基准研究中存在显著优势。针对组织残留法在水生生物基准研究中的应用,对组织残留法的概念、优势、应用,以及组织残留基准的推导方法等几个方面进行了综述,并提出了组织残留法在应用中存在的关键问题及建议,旨在推动环境基准、生态风险评价理论和方法的研究,以及为水环境管理和污染防治提供技术支持。     

我国硝基苯的海水水质基准及生态风险评估研究

以一种重要的化工原料硝基苯为研究对象,通过收集、筛选我国本土物种的硝基苯海水生物毒性数据,同时针对我国海区生物特点补充8种典型海洋受试生物的毒理学实验,应用物种敏感度分布(SSD)方法推导了用于保护水生生物的我国硝基苯海水水质基准值。在此基础上,尝试应用2种概率生态风险评估方法初步评估了硝基苯在我国东海椒江口水体中的生态风险。研究结果表明,用于保护我国海水生物的硝基苯水质基准高值为1.42 mg·L-1,低值为0.037 mg·L-1,与应用SSD方法推导的硝基苯淡水水质基准差异不大。商值概率分布法和联合概率曲线法的风险表征结果表明,硝基苯对椒江口中的水生生物存在潜在的生态风险,需要管理部门采取一定的风险管控措施。研究结果有望为我国水质基准、生态风险研究及硝基苯的海水水质标准制定提供参考。     

中国典型河湖水体铅的水生生物安全基准与生态风险评价

采用物种敏感度排序法(SSR)对我国铅的淡水水生生物安全基准进行推导,并以太湖为例进行了流域水生生物安全基准推导。对于难以获得的本土生物毒性数据,开展了相应的毒性试验。获得了我国国家与太湖流域铅的水生生物安全基准值,基准最大浓度(CMC)分别为63.92、104.26μg·L-1,基准连续浓度(CCC)分别为1.21、4.06μg·L-1。同时,对我国主要河流以及太湖流域进行了铅的生态风险评价,联合概率曲线法显示影响5%水生生物种类的概率分别为66.22%和43.19%,熵值法则显示中国主要河流存在较大的铅暴露风险,因此,我国铅的潜在生态风险较大,主要河流与太湖流域存在铅污染问题。     

基于非本地物种毒性数据推导出的水质基准可为本地物种提供适当保护吗？

基于非本地物种的毒性数据推导出的水质基准一直存在争议,质疑者提出应有针对不同生物区系的水质基准。而这个问题在中国尤为突出。本文作者搜集了38种污染物对本地物种和非本地物种的毒性数据,比较了这些生物的HC₅和物种敏感度分布,结果显示,基于非本地物种推导的水质基准有74%的确定性可以有效保护中国的水生态系统。如果采用评价因子(AF=5)来校正基准,那么可以获得90%的确定性。
精选自Xiaowei Jin, Zijian Wang, Yeyao Wang, Yibing Lv, Kaifeng Rao, Wei Jin, John P. Giesy and Kenneth M. Y. Leung. Do water quality criteria based on nonnative species provide appropriate protection for native species? Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 34, Issue 8, pages 1744–1750, August 2015. DOI: 10.1002/etc.2985
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.2985/full     

基于非本地物种毒性数据推导出的水质基准可为本地物种提供适当保护吗？

基于非本地物种的毒性数据推导出的水质基准一直存在争议,质疑者提出应有针对不同生物区系的水质基准。而这个问题在中国尤为突出。本文作者搜集了38种污染物对本地物种和非本地物种的毒性数据,比较了这些生物的HC₅和物种敏感度分布,结果显示,基于非本地物种推导的水质基准有74%的确定性可以有效保护中国的水生态系统。如果采用评价因子(AF=5)来校正基准,那么可以获得90%的确定性。
精选自Xiaowei Jin, Zijian Wang, Yeyao Wang, Yibing Lv, Kaifeng Rao, Wei Jin, John P. Giesy and Kenneth M. Y. Leung. Do water quality criteria based on nonnative species provide appropriate protection for native species? Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 34, Issue 8, pages 1744–1750, August 2015. DOI: 10.1002/etc.2985
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.2985/full