水生生物对碳基纳米材料的物种敏感性分布研究

碳基纳米材料（CNMs）是科学研究中最热门的材料之一,然而CNMs对生态物种具有潜在的毒害作用.为了评估CNMs对生态物种的生态风险,通过广泛查阅,整理与分析了5种CNMs对22种单一水生物种的急性毒性数据,基于均值效应浓度值（EC₅₀）构建物种敏感性分布（SSD）模型,并计算得到5%危害浓度（Hazardous Concentration for 5% of species, HC₅）和潜在影响比例（Potential Affected Fractions, PAF）.研究结果发现：富勒烯（C₆₀）、石墨烯纳米片（GN）、氧化石墨烯（GO）、单壁碳纳米管（SWCNTs）、多壁碳纳米管（MWCNTs）的HC₅值分别为1.88、0.37、0.13、1.31、0.74 mg·L^-1,表明二维石墨烯家族材料比零维C₆₀和一维碳纳米管对水生生物表现出更高的生态风险.与5种金属基纳米颗粒物（MNPs）相比,CNMs对水生生物的生态风险低于MNPs.通过对不同暴露浓度下CNMs的PAF值分析,发现当暴露浓度小于1×10^-3 mg·L^-1时,CNMs对水生生物的危害程度在可接受的范围内;当暴露浓度达到10.0 mg·L^-1时,分别有38.85%、56.24%、34.65%、26.59%、39.18%的水生生物受到C₆₀、GN、GO、SWCNTs、MWCNTs的威胁.比较CNMs对水生生物的预测无效应浓度与其预测环境浓度间差异,发现这5种CNMs对水生生物的危害程度均在可接受的范围内.     

太湖水体中氮、磷空间分布特征及环境效应

研究分析了太湖水体中氮、磷空间分布规律. 结果表明,太湖水体中各种形态氮、磷的空间分布呈现出非均一性特征,梅梁湾、竺山湾、贡湖湾、西岸区和湖心区水体中总氮、总磷浓度显著高于其他湖区,溶解态氮/磷、碎屑氮/磷的空间分布规律与总氮/磷的基本一致. 总氮与溶解态氮、碎屑态氮之间存在显著的线性正相关,且相关系数分别为r_DN=0.819 2和r_DeN=0.696 9;总磷与溶解态磷、碎屑态磷也存在极显著的线性正相关,对应的相关系数为r_DP=0.747 7和r_DeP=0.926 0. 水体中叶绿素a的空间分布差异较大,最高浓度出现在太湖的西部(179.2 μg·L^-1±25.9 μg·L^-1),最低的则出现在东太湖七都水域附近(11.3 μg·L^-1±2.7 μg·L^-1). 叶绿素a与总氮、碎屑态氮、总磷、溶解态磷、碎屑态磷、高锰酸盐指数、pH值和悬浮质存在显著的线性正相关,对应相关系数为r_TN=0.662 2、r_DeN=0.873 9、r_TP=0.813 0、r_DP=0.407 7、r_DeP=0.878 1、r_COD=0.868 9、r_pH=0.517 3和r_SS=0.533 4,与溶解态氮、电导率和碱度之间相关不显著.     

桑沟湾养殖水域表层沉积物对磷酸盐的吸附特征

在室内模拟扰动条件下,研究了桑沟湾养殖水域表层沉积物对磷酸盐的吸附动力学及其吸附等温线,探讨了磷酸盐的吸附-解吸平衡质量浓度以及沉积物的源汇角色.结果表明,沉积物对磷酸盐的吸附主要发生在0～0.5 h,吸附平衡时间约为6 h,吸附动力学方程符合修正的Elovich模型,回归方程为： Q =85.536+35.512 ln t （r²=0.960 2）;低浓度条件下沉积物对磷酸盐的吸附等温线呈线性,线性方程为： Q =265.04 c _e-7.46（ Ｒ ²=0.965）,高浓度条件下沉积物对磷酸盐的吸附等温线符合Langmuir模型（ Ｒ ²=0.989）;沉积物中本底吸附态磷为7.46 μg/g,对磷的最大吸附量 Ｑ _max为769.23 μg/g;沉积物对磷酸盐的吸附-解吸平衡质量浓度EPC₀为0.028 mg/L,结合该区域水体磷酸盐含量情况,初步推断该区域的沉积物大多数时间充当的是磷源的角色.     

偶氮染料循环伏安行为和生物厌氧脱色相关性研究

对4种结构相似偶氮染料的循环伏安特性研究及其生物厌氧脱色速率实验,结果表明,所选结构相似染料的生物脱色速率最快的是酸性黄-Bis(E_r=-616.75 mV),速率为0.012 09 mol·(L·h)^-1,依次是酸性黄-11[E_r=-593.25 mV,0.010 40mol·(L·h)^-1],酸性黄-4[E_r=-513 mV,0.007 575 mol·(L·h)^-1],且脱色速率与其循环伏安图中的还原峰电位间存在线性关系.研究还表明,电化学方法在一定程度上可对生物体系发生生化反应进行部分模拟和预测.     

澜沧江流域梯级水库建设下水体营养盐和叶绿素a的空间分布特征

澜沧江梯级水库群建设对流域水生态环境产生了一定的影响,将流域水体划分为自然河道段和水库段.为了探究梯级水库建设后澜沧江流域不同类型水体氮、磷营养盐和叶绿素a浓度的空间变化规律以及叶绿素a浓度与环境因子之间的关系,于2017年6月对澜沧江流域生态环境进行了调查分析.结果表明,澜沧江水体总氮质量浓度变化范围为0.37~1.22 mg·L^-1,均值为0.70 mg·L^-1;总磷质量浓度变化范围0.01~0.19 mg·L^-1,均值为0.04 mg·L^-1.单因素ANOVA分析表明,总氮空间差异显著,表现为支流段 > 水库段 > 自然河道段;但总磷没有明显的空间差异.澜沧江水库段水体叶绿素a浓度变化范围为2.6~10.2μg·L^-1,均值为5.8μg·L^-1.Pearson相关性分析结果显示,水体叶绿素a浓度与总磷浓度、水温和真光层与混合层之比（Z_eu/Z_mix）等具有显著相关性,其中与Z_eu/Z_mix的相关性最高（R²=0.689,P=0.001）,表明水温分层驱动下的Z_eu/Z_mix是影响澜沧江水库水体中浮游植物生长的关键性指标.     

锡矿山矿区食物中的锑污染及生物可给性研究

在湖南锡矿山锑矿区采集蔬菜类、主食类、肉类、蛋类等9种食物. 结果表明蔬菜类Sb浓度平均值为9.67 mg·kg^-1,主食类及肉类的Sb含量较低,平均浓度分别为0.025 mg·kg^-1和0.40 mg·kg^-1. 胃肠模拟法测得的Sb生物可给性为9.0%~57.7%,其中蔬菜中Sb生物可给性显著低于主食类及肉类. 生物可给性与食物中Fe含量呈显著负相关(r=-0.75,p=0.02),还与食物的植酸、草酸含量呈显著负相关(r=-0.95,p=0.01;r=-0.77,p=0.016). 根据锡矿山周边居民各类膳食的摄入量进行健康风险评估,以食物中的Sb总浓度计算暴露风险时,居民每日经由食物摄入的Sb总量达10227.01 ng·kg^-1·d^-1,经生物可给性矫正后下降为1807.02 ng·kg^-1·d^-1,但仍高于USEPA建议的400 ng·kg^-1·d^-1的参考剂量. 说明矿区经由Sb污染食物暴露依然存在健康风险,且考虑生物可给性对准确评价暴露风险至关重要.     

夏季北京市大气中PAN与PPN的监测分析

采用在线监测仪器,在2005-08对北京市中关村地区大气中的PAN和PPN浓度进行了监测.结果表明,大气中存在着高浓度的PAN和PPN,其最高体积分数分别为2 493.2×10^-12和509.2×10^-12;PPN与PAN的浓度相关性很强,相关系数R²=0.949 5;［PPN］/［PAN］为20.2%. PAN和PPN的浓度在夜间有1个峰值出现,白天高浓度的PAN和PPN出现在NO₂浓度较高而NO浓度较低的时段,PAN与O₃的浓度变化趋势基本一致并显示出一定的相关性.     

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤-作物系统CO₂排放的影响,本研究基于逐步收割法和静态暗箱-气相色谱技术,以冬小麦和水稻作物为研究对象,采用盆栽和大田试验的方法,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤-作物系统CO₂排放速率,同时测定了作物生物量和氮含量.研究结果表明:①土壤-作物系统CO₂排放在生长季内呈现动态变化,土壤-水稻系统CO₂排放高于土壤-冬小麦系统.②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关.③作物暗呼吸系数(R_d)的季节变化可以用植株氮含量来描述.冬小麦R_d与N含量的关系可用线性方程R_d=0.0124N-0.0076(R²=0.9879,p<0.001)表示;水稻R_d与N含量的关系可用二次方程R_d=0.0085N2-0.0049NR²=0.9776,p<0.001)表示.④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸.冬小麦生长季土壤表观呼吸CO₂平均值为247.2 mg·(m²·h)^-1 ,高于未种作物土壤1.78倍,水稻生长季为215.3 mg·(m²·h)^-1 CO₂,高于未种作物土壤的3.38倍.冬小麦根系呼吸系数大于水稻,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻.     

典型有机污染物影响下海水二氧化碳体系变化的室内模拟研究

通过室内模拟实验,研究了典型有机污染物［乙醇、丙酮、尿素(ON)和多灭磷(OP)］对海水pH和二氧化碳体系的影响.结果表明,t=7　d时,低浓度的醇和酮（<0.5 mmol·L^-1）促进生物固碳体系生长,相应水体中的pH值升高,而DIC、HCO^-₃和p(CO²)与对照组相比都明显下降（p<0.01）;引起DIC、HCO^-₃及p(CO²)下降幅度最大的醇和酮浓度分别为0.25 mmol·L^-1和0.1 mmol·L^-1. 当醇、酮达到一定浓度后,藻类固碳能力开始下降,甚至分解并转化为无机碳,从而引起DIC、HCO^-₃和p(CO²)含量的升高及pH值的下降.实验设计范围内的ON和OP添加组中,上述二氧化碳体系各组分含量与其初始值相比,均呈现负变化,即对应水体中DIC、HCO^-₃和p(CO²)均在降低.t=7　d时, 4种典型有机污染物影响下的DIC变化幅度(ΔDIC)与相应水体中孔石莼干重变化量(Δm)呈现显著负相关（p<0.01或p<0.05）,相关系数分别为：-0.902、 -0.945、 -0.898和-0.918.造成以上差异的原因与生物固碳体系在不同种类不同浓度有机污染作用下对海水二氧化碳利用性不同有关.     

我国硒淡水水生生物水质基准值推导

水体中硒含量过高会导致水生生态系统退化,而中国现有的地表水环境质量标准对硒的标准值设定并不是基于我国水生生物相关毒理学研究得出的,难以因地制宜地保护我国水生生物.为保护我国水生生物,本研究利用物种敏感度分布法,推导出基于最大无效应浓度（NOEC）、最低有效应浓度（LOEC）的慢性硒（无机）淡水水质一级基准值和基于半数致死效应浓度（LC₅₀）、半数最大效应浓度（EC₅₀）、半数抑制浓度（IC₅₀）的急性硒（无机）淡水水质二级基准值分别为0.58 μg·L^-1、0.52 mg·L^-1,发现我国现有的水质标准可能会对我国水生生物造成欠保护.进一步推导出为保护我国鱼类的硒（无机）淡水水质一级、二级基准值分别为0.21 μg·L^-1、1.60 mg·L^-1,以及硒淡水鱼类饲料有机硒和无机硒含量一级基准值分别为97 μg·kg^-1和98 μg·kg^-1.本研究基于硒对水生生物的急性和慢性毒性效应,推导出硒的系列基准值,为保护我国淡水水生生物安全的标准制定提供数据支撑和科学依据.     

淡水水生生物对阿特拉津除草剂的敏感度

针对水环境中普遍存在的农药污染问题,以阿特拉津除草剂作为研究对象,梳理、整合阿特拉津对水生生态系统中不同营养级水生生物的急、慢性毒性数据,构建了基于对数-逻辑斯蒂分布的水生生物物种敏感度分布模型,分析并对比了阿特拉津对不同类群和不同区系水生生物急慢性毒性敏感度差异. 结果表明,水生动物和植物、无脊椎动物(包括甲壳类、昆虫类、软体动物和蠕虫类)和脊椎动物(包括鱼类和两栖类动物)对阿特拉津敏感度均存在显著差异. 分析了阿特拉津对不同类群水生生物的HC₅(5%危险浓度)值,其中对水生动物和植物的急性毒性HC₅值分别为4257.94和12.55μg/L,慢性毒性的HC₅值分别为2.47和1.95μg/L;对水生脊椎动物和无脊椎动物的HC₅值分别为7490.31和1611.76μg/L;对甲壳类和鱼类的HC₅值分别为1201.16和6639.90μg/L. 在保护95%的物种水平下,不同类群试验生物对阿特拉津的敏感度排序为水生植物>水生动物、水生无脊椎动物>水生脊椎动物、甲壳类动物>鱼类. 从统计学角度分析,中国水生动物与北美水生动物对阿特拉津的敏感度差异不显著. 但是,中美两国间相对特有水生动物物种对阿特拉津的敏感度存在一定的差异.      

多因子影响下铜的水质基准及生态风险

为探究特定水环境中多因子影响下的铜水质基准及生态风险,采用物种权重敏感度分布法、水效应比法和生物配体模型推导保护太湖水生生物铜的水质基准.根据推导结果,推荐采用最大浓度基准值(CMC)1.43 μg/L和持续浓度基准值(CCC)1.33 μg/L.结合水效应比法和生物配体模型,采用联合概率法评估太湖铜的生态风险.结果表明,两种方法下丰水期5%水生生物受到铜慢性毒性影响的概率分别为23.43%和39.43%,而未考虑多因子影响的风险概率为85.01%,高估了太湖铜生态风险.可见,水环境多因子对水质基准和生态风险的影响不容忽视,我国目前使用的铜标准可能无法保护特定区域的水生生物.考虑多因子影响可提高基准值推导和风险评估的科学性,避免"过保护"和"欠保护"现象.     

基于SSD方法比较中美物种对铜的敏感性差异

基于无机铜(以下简称铜)对中、美淡水水生动物的毒性数据,构建了中、美水生动物对铜的SSD(物种敏感度分布)曲线,比较了中、美物种的HC₅(hazardous concentration at 5th percentile of the species,保护95%以上物种的浓度水平)及其差异. 结果表明:在HC₅下,中国的水生动物对铜的敏感性排序为节肢动物>非节肢动物>鱼类,无脊椎动物>脊椎动物;而美国不同物种对铜的敏感性排序为非节肢动物>节肢动物>鱼类,无脊椎动物>脊椎动物. 根据铜短期暴露的HC₅对中、美物种敏感性进行比较可知,中国鱼类、节肢动物和脊椎动物的敏感性均大于美国相应物种;而中国非节肢无脊椎动物和无脊椎动物均小于美国相应物种. 研究所选的美国全部物种对铜的敏感性略高于中国物种,但二者仅相差0.52 μg/L. 除非节肢无脊椎动物外,中、美水生生物对铜的SSD敏感性分布均未见显著差异. 因此,在推导中国水质基准时应注重考虑敏感性物种(如节肢动物).      

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.     

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.     

生物效应比(BER)技术预测我国水生生物基准探讨

基于中国与美国间生物敏感性的差异,对生物效应比(BER)技术预测我国水生生物基准值进行了研究.首先,对中美共有的且急性生物毒性数据符合3门8科的污染物进行筛选,然后,依据两国物种的敏感性与代表性建立基于不同生物组合的BER技术,最后,对不同生物组合BER技术预测水生生物急性基准值与实测基准值进行比较与分析,筛选出预测效果较好的BER技术.结果表明:共筛选出9个中美共有且毒性数据丰富的污染物(As(III)、Cr(VI)、Hg、Cu、Zn、Pb、对硫磷、毒死蜱和三丁基锡),依据本土生物毒性数据推导出该9种污染物的我国水生生物急性基准值分别为201.72、2.64、0.74、1.32、55.83、92.25、0.12、0.36和0.38μg/L.此外,在对7种生物组合方式BER技术的预测效果进行分析比较的基础上,初步提出基于同属或科的生物组合方式的BER技术可较好地对9种污染物的本土水生生物急性基准值进行预测.研究结果可为在本土生物毒性数据缺乏时充分利用现有毒性数据或进行少量毒性试验的基础上对我国水生生物急性基准值的预测提供帮助.     

重金属对淡水生物生态风险的物种敏感性分布评估

应用生态风险评价中的物种敏感性分布(SSD)方法构建了6种常见重金属元素(Cd,Cu,Hg,Pb,Zn和Mn)对淡水生物的SSD曲线.在此基础上,计算了6种重金属对不同生物的5%危害浓度(HC5)及其不同暴露浓度对生物的潜在影响比例(PAF),比较了脊椎动物和无脊椎动物(包括鱼类,甲壳类等)对6种重金属的敏感性以及不同重金属的急性生态风险(简称生态风险),并且评价了3个典型水体中常见重金属的联合生态风险.结果表明,6种重金属元素的HC5值的大小顺序为Cu相似文献   

应用物种敏感性分布评估DDT和林丹对淡水生物的生态风险

介绍了利用物种敏感性分布（SSD）进行生态风险评价的原理与步骤,构建了淡水生物对DDT和林丹的物种敏感性分布.在此基础上,计算了DDT和林丹对不同类别生物的HC5(Hazardous Concentration for 5% the species)阈值,预测了不同浓度DDT和林丹对生物可能造成的危害,并比较了不同类别生物对DDT和林丹的敏感性,以及DDT和林丹对淡水生物的生态风险.结果表明,DDT和林丹对淡水生物的HC5值分别为1.70μg·L-1和5.96μg·L-1 ,DDT对生态系统的危害大于林丹.当DDT或林丹的浓度为5μg·L-1时,对生态系统仅有轻微影响,而当DDT或林丹的浓度为500μg·L-1时,将有81.5%的物种受到DDT的危害,或有68.1%的物种受到林丹的危害.不同类别生物对DDT的敏感性从甲壳类、昆虫和蜘蛛类到鱼类依次降低,对林丹的敏感性大小依次为昆虫和蜘蛛类、甲壳类、鱼类.与林丹相比,DDT对淡水脊椎动物与无脊椎动物以及甲壳类和鱼类的生态风险较大,而对昆虫和蜘蛛类,林丹与DDT的生态风险差别不大.     

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.      

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.