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.     

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.      

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.     

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。     

麦穗鱼物种敏感性评价

分别进行了Cd、Cu对麦穗鱼和Cu对大型溞的急性毒性试验,结合麦穗鱼、大型溞的室内毒性试验数据和文献毒性数据,使用物种敏感性分布法对麦穗鱼的6种典型污染物的敏感性进行了对比分析.结果表明:①麦穗鱼对各类污染物的敏感性较高,尤其对有机污染物反应灵敏,其中对农药类相对最为敏感,表明麦穗鱼可以作为潜在的有机污染监测的指示生物和水质基准的代表性受试生物.②在鱼类敏感性排序中,鲤科鱼类对各类污染物的敏感性较强,而我国的鱼类以鲤科为主,因此在水质基准制定和环境监测中应充分考虑鲤科鱼类的作用及其毒性数据;③麦穗鱼在鱼类敏感性排序中位置稳定,并且具有体型小、易获得等特性,表明麦穗鱼是环境监测中较为理想的指示生物,同时也是潜在的水质基准受试生物.     

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.     

中美淡水生物区系中汞物种敏感度分布比较

通过收集无机汞对中国与美国淡水水生生物的毒性数据,构建了脊椎动物(包括鱼类)、无脊椎动物(包括节肢动物和非节肢无脊椎动物)及所有物种对汞的物种敏感度分布(SSD:species sensitivity distributions)曲线,并在此基础上对中国和美国不同类别生物对汞的敏感性分布进行了分析.结果表明:中国与美国各类生物及所有物种对汞的SSD敏感性分布曲线没有显著差异.然而,中国淡水水生物种对汞短期暴露的HC5(hazardous concentration for 5% of the species)较美国淡水物种的阈值小,尤其是非节肢无脊椎动物,汞对美国非节肢动物的HC5值是我国对应物种的7.4倍.在保护95%的物种水平下,中国不同类别试验生物对汞的敏感性排序为无脊椎动物>脊椎动物,其中节肢动物>非节肢无脊椎动物>鱼类;而对应的美国生物对汞的敏感性排序无脊椎动物>脊椎动物,其中节肢动物>鱼类>非节肢无脊椎动物.另外,中美所有节肢动物对汞的敏感性要强于所有鱼类和所有非节肢无脊椎动物.所以在使用所有物种推导水质基准时应考虑其中各类别物种敏感度分布的影响,且需要注意采用美国淡水水生物种推导的水质基准可能会对我国淡水水生物种造成"保护不足".     

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.     

我国淡水中铜的水质基准及生态风险评估研究

铜是生命体必需的微量元素,但是摄入量过高又会对机体产生危害。以我国淡水生态系统为保护对象,选取有代表性的本地物种及敏感性高的模式生物作为受试生物进行急慢性毒理试验,同时,筛选收集其他淡水生物的毒性数据,通过物种敏感度分布法进行铜的水质基准阈值的推导。最后,运用商值法对我国淡水环境中铜的生态风险进行评估。结果表明,铜的短期危险浓度和长期危险浓度分别为30.9,4.1μg/L。铜对我国淡水水体的风险相对较低,在低剂量长期暴露的情况下,部分水体会对水生生物产生潜在的生态风险。     

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.     

水质基准甲壳类受试生物筛选

为筛选我国甲壳类基准受试生物, 依据其分布范围、 生态学意义等选出具有代表性的本土甲壳类生物, 从ECOTOX数据库及公开发表的文献中搜集其毒性数据, 采用物种敏感度分布法分别对浮游甲壳类和底栖甲壳类的物种毒性数据进行敏感性分析. 结果表明: 溞科的溞属(大型溞、 蚤状溞、 僧帽溞和透明溞)、 低额溞属(锯顶低额溞)和网纹溞属(模糊网纹溞)可作为浮游甲壳类基准受试生物; 钩虾科的钩虾属(蚤状钩虾和淡水钩虾)、 长臂虾科的沼虾属〔日本沼虾(青虾)〕和方蟹科的绒螯蟹属(中华绒螯蟹)可作为底栖甲壳类基准受试生物. 此外, 由于甲壳类生物对不同污染物的敏感性排序存在差异, 溞属(大型溞、 蚤状溞、 僧帽溞和透明溞)、 低额溞属(锯顶低额溞)、 钩虾属(蚤状钩虾)和沼虾属(日本沼虾)适用于推导重金属污染物的水生生物基准; 溞属(蚤状溞)、 网纹溞属(模糊网纹溞)、 钩虾属(蚤状钩虾和淡水钩虾)、 绒螯蟹属(中华绒螯蟹)适用于推导各种有机污染物和氨氮的水生生物基准.      

扑草净水环境质量基准及风险评估

选择田间使用量大的扑草净为研究对象,分析了扑草净在南四湖流域地表水中的空间分布,推导了扑草净的水质基准,通过定性与定量风险评估方法评估了扑草净的生态风险.结果表明,南四湖流域28个地表水采样点中扑草净浓度为0~667.7ng/L,平均值为69.2ng/L.搜集筛选了15种水生生物慢性毒性数据,利用物种敏感度分布法,推导出扑草净的水质基准为82.4ng/L.使用商值法评估南四湖流域生态风险,结果表明,扑草净生态风险最高区域位于NS09,主要来源是地表径流与雨水冲刷.采用联合概率曲线法进一步分析生态风险,发现南四湖水体中扑草净对1%~5%的水生生物产生危害的概率为11.2%~6.4%.总体来看,南四湖流域扑草净的生态环境风险处于较低水平.     

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.      

不同温度和pH下氨氮对河蚬和霍甫水丝蚓的急性毒性

水环境中氨氮毒性与pH、温度等环境因子密切相关. 采用半静态方法研究不同pH和温度下氨氮对河蚬(Corbicula fluminea)和霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)的急性毒性效应. 结果表明:pH对氨氮毒性影响显著,其中NH₃₊NH₄+对河蚬和霍甫水丝蚓的LC₅₀(半致死浓度)随pH的增加而下降,其变化范围为11.78~83.82 mg/L,并且这2种水生生物对NH₃₊NH₄+毒性的敏感性差异不大;当温度分别为20、25和30 ℃时,NH₃₊NH₄+对河蚬的LC₅₀分别为70.86、37.85和19.14 mg/L,对霍甫水丝蚓的LC₅₀分别为65.88、42.73和21.21 mg/L,20 ℃时NH₃₊NH₄+对河蚬及霍甫水丝蚓的LC₅₀分别是30 ℃时的3.70和3.11倍. 表明水体pH和温度越高,氨氮的毒性作用越强. 通过比较氨氮水生生物基准中的FAV(最终急性值)和试验生物的LC₅₀发现,我国现有的氨氮基准能够很好地保护本土水生物种河蚬和霍甫水丝蚓.      

稀有鮈鲫物种敏感性及其在生态毒理学与水质基准中的应用

物种敏感性分析是水质基准及生态毒理学研究的关键环节,稀有鮈鲫（Gobiocypris rarus）作为我国鲤科鱼类的代表性受试鱼种,其对环境污染物的敏感性受到了国内外广泛关注.通过搜集稀有鮈鲫急性毒性数据,使用物种敏感度分布法比较分析稀有鮈鲫对15种典型环境污染物的敏感性,主要包括重金属（Zn2+、Cu2+、Cr6+、Hg2+）、VOCs（三氯乙烯、四氯乙烯、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯）、苯胺类有机物（对氯苯胺、3,4-二氯苯胺）、含氯消毒剂（三氯异氰尿酸）和农药类有机物（毒死蜱、丁草胺、乙草胺、三唑酮）,并对稀有鮈鲫在水质基准和生态毒理学研究中作为本土受试生物的适用性进行了讨论.结果表明:稀有鮈鲫对各类环境污染物的敏感性普遍较高（平均累积概率为46%）,尤其对重金属和农药类有机物反应灵敏,其中对农药类有机物最为敏感（平均累积概率为26%）,表明稀有鮈鲫可作为潜在的水质基准研究的受试生物和水质监测指示生物.在鱼类敏感性排序中,鲤科鱼类对各类环境污染物较为敏感,其中小型鲤科鱼类——稀有鮈鲫在鱼类敏感性排序中位置稳定,对大多数污染物的敏感性超过斑马鱼、黑头呆鱼、日本青鳉等国际标准试验鱼种,并且具有本土性、易人工繁育、生物背景清晰等优点,表明稀有鮈鲫是现阶段我国水质基准及生态毒理学研究的潜在本土受试生物.      

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.      

我国流域铜的长期水质基准预测模型研究——MLR vs. BLM

铜在实际水环境中的毒性效应受多种环境理化要素影响,识别典型环境因子进而建立生物有效性模型是获得“原位”水质基准的基础. 国际上广泛应用的生物配位体模型(biotic ligand model, BLM)在实际使用过程中有局限性. 本研究旨在BLM模型的基础上,探究更适用于铜的“原位”毒性校正方法,以更少的环境因子降低环境监管过程的经济和技术成本,为“因地制宜”确定金属水质基准提供理论依据和技术支撑. 同时基于4门22种水生生物的慢性毒性数据,以影响铜生物有效性的关键水化学参数为自变量,即硬度(hardness,H)、pH和溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC),采用带有交互项的3种逐步多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)方法建模,从9个模型中筛选出最佳预测模型〔R2=0.553 1,F=61.23,P<0.000 1,AIC(赤池信息准则,Akaike information criterion)=0.9457,BIC(贝叶斯信息准则,Bayesian information criterion)=23.43〕. 并参考我国典型流域水环境特征,正交设计216组水环境条件,对所有物种的慢性毒性值(chronic toxicity value,CTV)进行模型校正. 结果表明:①以预测准确率(RF_x,2.0)为评价指标,MLR模型较BLM模型提升了20%,MLR模型残差分析的等级评分也优于BLM模型. ②确定最佳模型为Sigmoidal-Weibull函数(R2=0.986 1,F=1 609,P<0.001),构建的三环境因子耦合的基准预测模型准确度高(R2=0.990 2,RMSE=0.041 06,F=7 238,P<0.001). ③主要环境因子(H、pH和DOC)只使得SSD曲线水平移动〔与中心(X_c)有关〕,曲线形状无影响〔振幅(A)、指数(d)和协同系数(k)恒定〕. ④在模型的适用范围内,我国流域水体中铜的长期水质基准为4.619~53.75 μg/L. 研究显示,基于BLM模型框架的新MLR模型,具有高稳健性和准确性,有助于体现流域水生态管理的区域性差异.      

氨氮浓度及基质对附着藻类群落组成的影响

为了了解水体富营养化过程中附着藻类群落演替规律,本文设置了0.5、1.5、2.5、5、10 mg·L-15组氨氮浓度,利用显微计数法研究了5组氨氮浓度下菹草和载玻片上附着藻类群落组成.结果表明,将相同群落组成的附着藻类接种到不同氨氮浓度下进行培养,在低浓度氨氮条件下附着藻类群落以硅藻门的舟行藻、异极藻以及蓝藻门的色球藻为优势藻,在氨氮浓度较高时则以硅藻门的舟行藻和异极藻以及绿藻门的纤维藻为优势属;在相同氨氮浓度下,基质性质影响附着藻类优势种群个数,载玻片基质上附着藻类优势种群数量小于菹草上的种群数量,但当氨氮浓度较高时,基质不仅影响附着藻类优势种群个数而且还影响附着藻类优势种,载玻片上绿藻门的毛枝藻(65%)的丰度远远超过附着在菹草上毛枝藻(1%).表明氨氮浓度及基质种类影响附着藻类优势种群组成.     

河流表层沉积物活体毒性甄别和毒性因子初探

本文选择辽河流域6个支流表层沉积物作为研究对象,利用2种底栖生物(摇蚊幼虫和河蚬)活体毒性测试方法评价了辽河流域表层沉积物毒性.研究结果显示,所有表层沉积物对摇蚊幼虫有毒性效应,显著降低了摇蚊幼虫的存活率(p<0.05);河蚬存活率有所降低,但差异不显著.沉积物活体毒性甄别结果发现,长沟子以有机物污染为主,付家窝堡和柴河以重金属污染为主,一统河和潮沟河以有机物和氨氮污染为主,而柳河以重金属和氨氮污染为主.综上所述,沉积物活体毒性甄别方法能有效甄别致毒污染物类别,同时表明不同种类底栖生物对沉积物毒性存在敏感性差异.     

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.