以太湖流域为例探讨我国淡水生物氨氮基准

参照美国环境保护署(USEPA)《推导保护水生生物及其用途的国家水质基准的技术指南》和氨氮基准文件,结合我国水生生物区系特点,筛选出我国太湖流域和全国水域广泛存在的水生生物物种并收集相应的毒性数据,研究和推导了氨氮对我国太湖流域和全国水域淡水水生生物的毒理学基准.结果表明,25℃、pH=8时,太湖流域淡水水生生物氨氮基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)分别为3.20和1.79mg.L-1(以N计,下同),在4～34℃、pH为6.9～9.0的范围内,CMC和CCC的范围分别为0.24～25.78mg.L-1和0.20～4.51mg.L-1;25℃、pH=8时,国家氨氮基准值CMC和CCC分别为3.79和1.79mg.L-1,在0～30℃、pH为6～9的范围内,CMC和CCC的范围分别为0.39～42.88mg.L-1和0.26～5.11mg.L-1,与同样条件下的美国氨氮基准值相比,差异较小.太湖流域氨氮基准值与国家氨氮基准值相差很小.研究结果可为我国氨氮水质基准和标准的研究提供参考依据.     

我国淡水水生生物镉基准研究

研究了Cd对我国淡水水生生物的毒性效应,包括43种生物的急性毒性数据和14种生物的慢性毒性数据.同时,参照美国环境保护署（USEPA）颁布的水质基准计算方法,按照基准最大浓度（CMC）和基准连续浓度（CCC）计算了我国淡水水生生物的Cd基准.结果表明,我国淡水生物Cd基准的CMC值和CCC值分别为2.1 μg·L-1和0.23 μg·L-1,与美国淡水生物Cd的基准值有一定差别,研究结果为我国的Cd水质标准研究提供了参考依据.     

不同形态的砷水生生物基准探讨及在辽河流域的初步应用

有毒元素砷在我国各流域分布广泛,主要包括三价和五价两种价态,其毒性差别很大,目前我国缺乏本土的砷水质基准研究,而国外的砷水质基准多以总砷表示,科学性有待商榷.因此,本文分别搜集了三价砷、五价砷和总砷对我国本土水生生物的毒性数据,共获得三价砷12属12种,五价砷18种23属,以及总砷25属29种的合格数据.利用美国环保局推荐的物种敏感度排序法,通过数据分析得出,三价砷的急性和慢性基准阈值分别为84.26μg·L-1和56.55μg·L-1,五价砷的急性和慢性基准阈值分别为1171μg·L-1和633.3μg·L-1,总砷的急性和慢性基准阈值分别为264.4μg·L-1和150.7μg·L-1;总砷的基准阈值与美国现行砷基准值相当,而五价砷基准阈值与三价砷基准阈值体现出数量级的差异,因此,需要分价态考虑砷基准的制定.基于推算的砷基准阈值,用商值法评价了辽河流域枯水期总砷暴露的生态风险.检测结果表明,辽河的总砷暴露浓度范围在2.6~82.4μg·L-1之间,全部位点均无风险,但西辽河段上游支流两点位的砷浓度分别超出三价砷慢性基准阈值的1.20和1.45倍,表明可能存在潜在的砷暴露风险.     

我国淡水中锌的水生生物水质基准和生态风险

选取了中国常见的5种本土生物物种作为受试物种进行锌的急慢性毒理学实验,并搜集整理了其他国内外已报道的锌对中国本土物种的毒性数据,推导出锌的淡水水生生物的短期和长期水质基准。结果表明:由物种敏感度分布法(SSD)推导出的短期基准和长期基准分别为102.33,25.03μg/L,由毒性百分数排序法推导出的基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)分别为105.94,38μg/L,两种方法得出的基准值无显著差异,最终选用物种敏感度分布法得出的基准作为我国淡水中锌的水生生物基准。另外,运用商值法对我国主要水体中锌的生态风险进行评价,发现锌对水生生物的生态风险逐年升高,尤其是铅锌矿区周围水体中锌的生态风险更应引起广泛关注。     

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.     

硝酸盐对淡水水生生物毒性及水质基准推导

为推导保护淡水水生生物的NO3-水质基准,收集了NO3-的水生生物毒性数据,然后分析了不同水生生物类群的毒性敏感性,并分别采用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法进行基准值推导.结果表明,不同生物类群的水生生物对NO3-毒性的敏感性存在明显差异,其敏感性排序为节肢动物门>软体动物门>脊索动物门;甲壳纲>昆虫纲>腹足纲>双壳>两栖纲>辐鳍纲.3种基准计算方法得到的基准值存在一定差异,最终推荐采用毒性百分数排序法得出的87.97mg·L-1和5.17 mg·L-1为现阶段NO3-(以N计)的水质急性毒性和慢性毒性基准值.     

铅水生生物基准研究与初步应用

文章搜集筛选了重金属铅对我国淡水生物的25种急性毒性数据,采用美国水生生物基准技术对铅水生生物基准进行推算,得出保护我国淡水生物的铅急性基准值为0.131 mg/L,慢性基准为0.005 1 mg/L。以荷兰和澳大利亚-新西兰的基准计算技术对基准计算结果进行了比对,结果表明美国基准技术方法相对可行。应用获得的铅基准值对辽河流域区域进行铅暴露生态风险评价,结果表明大部分区域点位都存在一定的铅暴露生态风险,风险位点主要集中在城市区域以及河流下游,研究结论可为铅水质标准制定和流域水环境管理提供技术支持。     

运用物种敏感度分布法推导磺胺类药物的水质基准

基于中国的水生生物区系特征,筛选了包括细菌、藻类、轮虫、甲壳类、鱼类、水生植物等水生生物的急性毒性数据,使用物种敏感度分布法探讨了物种的敏感度分布特征,推导了磺胺类药物的水生生物水质基准。同时,用基准值与毒性百分数排序法在对急性值的推导上做了对比,总体显示HC5值大于急性浓度终值(FAV值),毒性百分数排序法更加保守。在用不同模型拟合过程显示,所选用的6种磺胺类药物,除磺胺嘧啶外,5种SSD计算出的HC_5的几何均值可作为推导基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)的基准值。从物种敏感度分布法推导出的基准连续浓度(CCC)值显示,磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑和磺胺氯哒嗪的数值较低,分别为0.02、0.06、0.08 mg/L,均低于0.1 mg/L。由于毒性数据量偏小,个别数据的波动对数据分布特征影响较大,几种模型推导的磺胺嘧啶的HC_5几何均值与急性浓度终值(FAV值)的差异也反映了应用不同方法推导水质基准会产生一定的不确定性,需要根据现有数据的数量和质量,选用适宜的方法进行水质基准的推导和确立。     

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。     

中美水生生物基准受试物种敏感性差异研究

我国已经系统地采用物种敏感度分布(species sensitivity distribution,SSD)法开展水生生物基准研究工作.由于水体污染物种类繁多,因此在建立我国水生生物基准的过程中面临着本土生物毒性数据缺乏的问题.本研究通过物种敏感性比较,以美国为例对采用非本土生物毒性数据来推导我国水生生物基准的可行性进行了分析.首先,以US EPA推荐的58种污染物的水生生物基准为基础,筛选出中美两国共有的且生物毒性数据满足"3门8科"要求的10种污染物:As(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)、Hg、Cu、Pb、Zn、硝基苯、对硫磷、毒死蜱、三丁基锡;然后,采用双样本Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法和重要点位(hazardous concentration for 5%of the species and 50%of the species,HC5和HC50)差异分析法对10种污染物的中美物种敏感性差异进行研究.结果表明:通过双样本K-S检验得出中美物种对Cu、毒死蜱、三丁基锡的敏感性分布存在显著性差异(P0.05);通过重要点位值进行差异比较得出中美两国Cr(Ⅵ)、毒死蜱的HC5值差异超过一个数量级,毒死蜱的HC50值差异超过一个数量级,表明有些污染物[如:Cr(Ⅵ)、毒死蜱等]的中美间物种敏感性差异较大,在这种情况下直接采用美国的生物毒性数据或基准值来保护我国的水生生物,可能会存在"欠保护"或"过保护"的风险.     

应用物种敏感度分布法研究中国无机汞的水生生物水质基准

基于中国的水生生物区系特征,筛选了包括植物、无脊椎动物和脊椎动物等90个水生生物的急性毒性数据,使用物种敏感度分布法探讨了各类物种的敏感度分布特征,推导了中国无机汞的水生生物水质基准.结果表明,甲壳类生物对无机汞最为敏感,Log-Slogistic3对各组数据拟合效果最佳.基于对全部数据的拟合结果,得出无机汞的急性水质基准和慢性水质基准分别是1.743和0.467μg.L-1.该基准值与其他国家使用类似统计外推法得到的基准值在同一数量级,但也存在着差异,反映了各国水生态系统物种组成的差异.中国无机汞水生生物水质基准的建立,旨在保护中国地表水生态系统中的水生生物免受无机汞的高浓度急性暴露以及低浓度慢性暴露产生的毒害效应.比较不同水体无机汞的浓度水平发现,除嘉陵江水体溶解态汞可能会对水生生物具有潜在风险外,西南地区地表水活性汞均不会对水生生物产生危害.     

磺胺甲噁唑淡水水生生物水质基准与生态风险评估

磺胺甲噁唑是一种被广泛使用的磺胺类抗生素.它在江河湖泊等地表水中广泛存在,且对生物具有一定毒性,被认为是淡水环境中重要的污染物之一.为得到磺胺甲噁唑的水生生物保护浓度,本研究基于搜集筛选的磺胺甲噁唑对中国淡水水生生物的17个物种的急性毒性数据,10个物种的慢性毒性数据,采用物种敏感度分布法推导了磺胺甲噁唑对中国淡水水生生物的水质基准,得出磺胺甲噁唑的短期水质基准值为34.87μg·L^-1,长期水质基准值为21.73μg·L^-1.此外,为探究磺胺甲噁唑在我国淡水环境中的风险水平,本研究结合推导出的磺胺甲噁唑水质基准以及急性毒性数据,分别使用熵值法和安全阈值法对我国部分流域进行生态风险评估.结果表明两种方法得出的结果并无较大差异,磺胺甲噁唑在我国淡水流域中几乎没有生态风险.     

七大流域氨氮水生生物水质基准与生态风险评估初探

氨氮是我国流域水环境管理的国控指标之一,为评估不同流域的氨氮基准差异性,以七大流域(松花江流域、辽河流域、海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流域和珠江流域)为研究对象,基于水质参数对氨氮毒性的影响,借鉴US EPA(美国国家环境保护局)水环境基准技术方法,分夏季和非夏季2种情况推算了各流域氨氮水生生物基准值. 结果显示:①流域和季节的不同导致氨氮基准值的差异均很明显,不同流域的氨氮基准值差异可超过6倍,同一流域不同季节的氨氮基准值差异可超过2倍. ②淮河流域夏季和非夏季氨氮基准值均为最低,夏季氨氮急、慢性基准值分别为0.37和0.06 mg/L,非夏季分别为0.81和0.15 mg/L. ③氨氮暴露生态风险初步评估结果表明,珠江流域风险较小;松花江流域、辽河流域、长江流域次之;黄河流域风险较大;海河流域和淮河流域风险最大,海河7个断面中有2个存在高风险,淮河27个断面中16个存在高风险. 根据各流域不同季节氨氮基准值及氨氮暴露生态风险的差异,建议对不同流域、不同季节实行差异化管理.      

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.      

湘江衡阳段重金属在水体、悬浮颗粒物及表层沉积物中的分布特征研究

采用ICP-MS研究湘江衡阳段上覆水、悬浮颗粒物、表层沉积物及孔隙水中重金属的含量及分布特征.结果表明,湘江衡阳段主要的重金属污染元素是Cd,上覆水中Cd的平均含量为0.26μg·L-1,高于美国水质基准的持续基准浓度CCC(USEPA2009),已经对部分水生生物表现出潜在的毒性效应;悬浮颗粒物和表层沉积物中Cd的富集含量较高,分别为42.03μg·g-1和29.62μg·g-1,达到加拿大淡水沉积物保护准则最初影响水平TEL的70倍和50倍,其中,从沉积物中取得的孔隙水中Cd平均含量为3.8μg·L-1,该值是CCC的15倍甚至高于最大基准浓度(CMC),已经对部分水生生物表现出实际的急性毒性效应.湘江衡阳段重金属的空间分布特征表现为中下游污染较上游严重,在衡阳水口山地区等污染企业密集区,重金属含量较高,表明人类活动输入已经成为湘江重金属的重要来源.研究结果还表明,悬浮颗粒物及沉积物相作为水体重金属污染物的主要赋存介质,对重金属污染的迁移、沉积、转化及生物富集作用具有决定性的意义,其重要性不容忽视.     

太湖流域双酚AF和双酚S人体健康水质基准的研究

作为双酚A(Bisphenol A, BPA)的替代物,双酚AF(Bisphenol AF, BPAF)和双酚S(Bisphenol S, BPS)在工业中被广泛使用.近年来,BPAF和BPS在水环境中不断被检出,由于其难降解特性和较高的毒性效应,可能会对水生态系统和人体健康造成不利影响.基于此,本文以太湖流域为研究对象,开展太湖的人体健康基准研究,依据本土化人体暴露参数、水质参数、BPAF和BPS的生物累积系数等相关数据,推导出太湖流域BPAF和BPS基于人体健康风险的水环境质量基准值(Ambient Water Quality Criteria, AWQC)分别为0.4455μg·L~(-1)和10.02μg·L~(-1).此外,通过对特殊人群和普通人群的人体健康基准值进行比较,发现特殊人群的基准值均低于普通人群的基准值.该研究推导的BPAF和BPS基于人体健康风险的水环境质量基准值,可为我国双酚替代物的环境风险管理、人体健康基准研究和水环境质量标准的修订工作提供技术支持.     

黄浦江铅的人体健康水质基准研究

铅是我国水环境质量监控的重点污染物之一.我国成人和儿童铅中毒事件时有发生,制定铅的人体健康水质基准在我国有着特殊意义.本文以黄浦江流域为研究对象,采集并分析流域水样和不同营养级的鱼样本中铅含量,结合文献调研,确定了人体暴露参数、生物蓄积系数等相关本土参数,推导出该流域铅的基于人体健康风险水质基准值为13.45μg·L~(-1).虽然该值略高于我国和大部分发达国家的现行饮用水标准(10μg·L~(-1)),但明显低于我国地表三类水环境标准(50μg·L~(-1)),提示黄浦江流域水体铅污染需要进一步加强防控.另外,通过引入铅的敏感人群儿童对基准推导进行了优化,并应用IEUBK模型(The Integrated Exposure Uptake Biokinetic Model,综合暴露吸收生物动力学模型)对儿童血铅含量进行预测分析.研究发现引入了铅的敏感人群儿童后,推导得出基于人体健康的水质基准值为1.718μg·L~(-1),提示黄浦江流域的儿童在日常饮用水的选择上,应选择铅浓度比饮水标准更低的饮用水.本研究提出本土铅的基于人体健康风险水质基准值,对我国基准技术指南案例研究以及铅相关水质标准修订等具有重要的科学意义和参考价值.     

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.     

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.