北京市污水处理厂出水中雌二醇的概率生态风险评价

随着北京市再生水补给河湖规模扩大,污水处理厂出水中雌激素活性物质引起的受纳水体生态风险日益受到关注。以雌二醇为例,利用物种敏感度分布(species sensitivity distribution,SSD)模型和联合概率曲线(joint probability curve,JPC)方法开展北京市污水处理厂出水的概率生态风险评价研究。通过文献调研整理了北京市约430个物种,利用美国环境保护署ECOTOX数据库获取了其中7个物种的雌二醇毒性数据,构建了正态分布、对数正态分布、Logistic分布、对数Logistic分布、Weibull分布、Burr III型分布和Gumbel分布等7个SSD模型,评价了北京市污水处理厂二沉池出水以及"混凝-沉淀-过滤-臭氧"、"超滤-臭氧"和"超滤-活性炭-臭氧"3种深度处理工艺组合出水的生态风险。结果表明,利用北京市7个物种雌二醇毒性数据构建的SSD模型具有合理性,SSD模型选择对生态风险评价结果的影响较大,对数正态分布、对数Logistic分布、Weibull分布和Burr III型均是可接受的SSD模型,其中拟合效果最佳的Burr III型分布模型给出了最保守的风险估计。Burr III型分布模型的模拟结果显示,北京市污水处理厂二沉池出水以及3种深度处理工艺组合出水的总体风险期望值分别为0.070、0.040、0.036和0.026,该结果可以为北京市未来水生态保护目标的设定以及污水处理工艺的升级改造提供决策参考。     

某湿地生态保护区水体中铜的生态风险评价及管理限值研究

铜是生物必需的微量元素,但过量暴露会对生物产生毒害效应。针对我国南方城市某湿地生态保护区水体重金属污染问题,参照《澳大利亚和新西兰淡水和海水水质指南》,应用物种敏感度分布(speeies sensitivity distribution,SSD)方法和联合概率曲线(joint probability curve,JPC)方法评价水体中铜的生态风险评价,在此基础上提出水体中铜浓度的管理限值。根据该湿地生态保护区生物调查历史数据以及其他文献数据,整理了415个本地物种的清单,通过美国环境保护署ECOTOX数据库以及其他文献共获取了13个物种的毒性数据,构建了Weibull分布、对数正态分布、正态分布、对数Logistic分布、Logistic分布、BurrⅢ型分布和Gumbel分布等7个SSD模型。结果表明,利用13个本地物种铜毒性数据构建的SSD模型具有合理性,不同模型计算得到的湿地生态保护区水体中铜的总体风险期望值为0.054~0.121。其中,BurrⅢ型分布模型的拟合效果最好,据此推导得到以保护水生生态系统为目标的铜的高可靠性与中等可靠性触发值分别为2.55μg·L~(-1)和1.41μg·L~(-1)。考虑到管理目标的可达性和现状的生态风险水平,提出该湿地生态保护区水体中铜浓度的管理限值为3μg·L~(-1)。     

环境中重金属和有机污染物的物种敏感性分布研究进展

物种敏感性分布法(SSD,Species Sensitivity Distribution)是一种相对于传统评价因子法具有更高置信度的统计学外推方法,在环境质量基准制定及生态风险评价中得到广泛应用。本文对近年来国内外重金属和有机污染物的物种敏感性分布研究成果进行了综述,阐述了在水体、土壤和沉积物等环境介质中应用SSD方法开展生态风险评价的研究现状,从SSD模型选择、毒性数据点筛选等方面对影响SSD模型不确定性的因素进行探讨,并对SSD方法在生态风险评价领域的应用进行了展望。     

基于物种敏感性分布评价长三角地区地表水壬基酚生态风险

壬基酚(NP)是一种具有内分泌干扰效应的持久性有机污染物,具有难降解、易生物蓄积的特性,并在环境介质中长期赋存,其生态风险受到广泛关注。物种敏感性分布法(SSD)广泛应用于水生生物基准制定及水环境生态风险评估等研究工作。不同地理区域敏感物种有所差异,这会影响对水质基准与风险评估结果的分析。本研究以NP为例,基于通用敏感物种、中国本地敏感物种的SSD法获取NP的急慢性预测无效应浓度(PNEC),并以长三角地区典型地表水为评估对象采用商值法获取风险商(RQ)进行生态风险评价。研究结果表明,基于急性毒性数据时,用SSD法获取的通用敏感物种与中国本地敏感物种的PNEC差异较小,说明中国本地物种对NP的急性毒性效应敏感程度与通用物种类似;基于慢性毒性数据计算得到的PNEC差异较大,中国本地物种对于NP的慢性毒性效应更为敏感,直接采用非本地物种的PNEC可能导致本地物种"欠保护"。基于获取的急慢性PNEC,采用商值法表征长三角地区地表水生态风险,结果表明,基于急性PNEC和通用物种慢性PNEC评估风险,可能低估NP的生态风险。基于中国本地物种的慢性PNEC得到NP长三角地区地表水的RQ均值为0.23～1.55,其中,骆马湖具有高风险;太湖、长江南京段RQ最大值超过1,表明个别区域具有高风险,值得进一步关注。综上,NP对本地水生生物的慢性毒性效应较为明显,应持续关注NP长期危害并采取相关措施保障生态系统安全。     

应用物种敏感性分布评估三氯卡班对我国淡水环境的生态风险

应用物种敏感性分布(species sensitivity distribution,SSD)方法构建了三氯卡班(triclocarban,TCC)对淡水生物的SSD曲线,计算了TCC对淡水生物的5%急性危害浓度(HC5)。采用对数正态(log-normal)分布模型得到的急性ρ(HC5)=3.85μg·L~(-1),在评估因子(AF)取值为3、急慢性毒性比(ACR)为39.3的基础上,计算了TCC的慢性预测无效应浓度(PNEC)为32.7 ng·L~(-1)。采用商值法对21个有数据报道的典型地表水调查点水体中TCC的生态风险进行评估,结果表明,TCC高风险比例为28.6%,中风险比例为47.6%,低风险比例为23.8%。TCC对我国地表水的影响应该引起关注。     

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。     

应用物种敏感性分布评价敌敌畏对淡水生物的生态风险

敌敌畏是一类重要的有机磷杀虫剂,但其对水生生态的影响至今研究较少。为了评价其生态风险,构建了淡水水生生物对敌敌畏的物种敏感性分布(species sensitivity distribution,SSD)模型,在此基础上,讨论了影响SSD模型的主要因素;并分析了该模型的不确定性;推导了敌敌畏对不同类别生物的5%危害浓度HC5(hazardous concentration for 5%the species)阈值;整理收集了我国重要流域水体中敌敌畏的环境浓度;结合SSD模型计算了对淡水生物的潜在影响比例(potentially affected fraction,PAF)。结果表明:1)不同模型的选择会影响HC5的结果,且Burr III模型拟合结果较好,推导的HC5值为0.37μg·L-1;2)无脊椎动物在敌敌畏低浓度范围内的敏感性明显高于脊椎动物。甲壳类动物与昆虫和蜘蛛类相似,敏感度较高,鱼类则较低;3)应用Burr III模型构建SSD时,参数k值对HC5最为敏感,蒙特卡罗随机模拟得到HC5变化范围为0.05~40.57μg·L-1,均值为5.07μg·L-1;4)敌敌畏对我国淡水生态影响较小,PAF均低于1%,其中黄河和太湖流域敌敌畏的生态风险高于其他河流湖泊,珠江口和南海北部较低。上述研究结果为评价敌敌畏对全国不同水体水生生物的潜在生态风险提供了科学依据。     

基于物种敏感性分布法的毒死蜱对稻田生态系统生态风险评价

生物敏感性分布法(Species Sensitivity Distributions,SSD)是一种基于单物种测试和概率统计学的、较高级的外推风险评估方法。该方法在国内外均被广泛应用于各种污染物风险评价中。本文选取了采用logistic和normal这2种SSD分布模型,分析了国内外毒死蜱对3组水生生物组合的毒性数据;并且获得各自SSD的HCx值。3组毒性数据分别为:浙江稻田水生生物组,长三角地区水生生物组和美国水生生物组。浙江稻田水生物SSD分布的HC5为:0.32μg·L~(-1)(logistic模型)和0.35μg·L~(-1)(normal模型);HC10为1.50μg·L~(-1)(logistic模型)和1.26μg·L~(-1)(normal模型);HC20为8.13μg·L~(-1)(logistic模型)和5.96μg·L~(-1)(normal模型);HC50为145.44μg·L~(-1)(logistic模型)和115.74μg·L~(-1)(normal模型)。据此判断水稻种植季节,稻田水域毒死蜱对食蚊鱼、鳑鲏、泽蛙蝌蚪、轮虫、常见腹足类和双壳类软体动物以及绝大多数藻类等的风险较小。利用冗余分析研究了生物物种数量、物种组成结构和拟合模型对HCx影响。结果表明:物种组成结构对HCx有较为明显的影响。具体表现为对毒死蜱较为敏感物种数量与HCx存在明显的负相关性;对毒死蜱不敏感的物种则与HCx呈现正相关性。     

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。     

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.     

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     

A new photodegradable molecule as a low impact ballast water biocide: efficacy screening on marine organisms from different trophic levels

Marine species carried by the ships’ ballast waters are a potentially serious environmental problem. Many strategies are being adopted to minimize the transfer of invasive or pathogenic marine species between different aquatic ecosystems. This problem is often addressed by using biocides for ballast water treatment; however, the biocide could be dangerous to native organisms once the ballast water is discharged. Chemical treatments such as chlorination and addition of glutaraldehyde could cause problems related to toxicity and application costs. The search for new effective molecules with a low environmental impact is pressing. This paper presents data from a preliminary efficacy screening of a promising molecule derived from alkylated naphtoquinones on a battery of ballast water model organisms. Results show that this new molecule is very effective in the absence of light and is extremely photodegradable (half-life <6 h). It can thus be easily degraded when released in the environment. Physical and Chemical Impacts on Marine Organisms, a Bilateral Seminar Italy-Japan held in November 2004.     

基于权重敏感度分布研究太湖有机磷农药单一和复合风险

基于实验室能得到的有限毒性数据的物种敏感度分布法(species sensitivity distribution, SSD)很难充分代表特定区域生态系统的物种分布,需要采用考虑生物区系特征进行赋予权重的物种敏感度分布法(weighted species sensitivity distribution,WSSD)。基于太湖物种组成构建WSSD,使用最大累积率(maximum cumulative ratio, MCR)(含风险商法(hazard quotient, HQ))和概率风险评价法(probabilistic risk assessment, PRA)对太湖地区单一和混合有机磷农药的风险进行研究。结果表明,相对于传统SSD方法,加权SSD方法计算的风险商大,且5%生物受影响的概率更大。单一风险评价中,敌敌畏和乐果5%生物受影响的概率超过40%,需要优先控制;最大累积率表明,敌敌畏是复合风险的主要贡献者,单一风险评价中风险较小的马拉硫磷和对硫磷也对复合风险贡献较大,复合暴露风险评价是必要的,混合物的风险商>1,5%生物受复合暴露影响的概率高达90%,有机磷农药复合生态风险不容忽视。     

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     

物种敏感度分布及其在生态毒理学中的应用(Species Sensitivity Distribution and Its Application in Ecotoxicology)

物种敏感度分布是一种基于单物种测试的外推方法,其在生态毒理学中的应用近年来已成为研究热点.论文阐述了物种敏感度分布在生态毒理学的应用背景,以及其基本内涵与研究步骤,同时介绍了物种敏感度分布在生态毒理学中应用的两个方面:制定污染物的环境质量标准和对污染生态系统的生态风险评价,并对物种敏感度分布的不确定性和研究的发展趋势进行了讨论.     

Integrated Monitoring and Information Systems for Managing Aquatic Invasive Species in a Changing Climate

Abstract:  Changes in temperature, precipitation, and other climatic drivers and sea-level rise will affect populations of existing native and non-native aquatic species and the vulnerability of aquatic environments to new invasions. Monitoring surveys provide the foundation for assessing the combined effects of climate change and invasions by providing baseline biotic and environmental conditions, although the utility of a survey depends on whether the results are quantitative or qualitative, and other design considerations. The results from a variety of monitoring programs in the United States are available in integrated biological information systems, although many include only non-native species, not native species. Besides including natives, we suggest these systems could be improved through the development of standardized methods that capture habitat and physiological requirements and link regional and national biological databases into distributed Web portals that allow drawing information from multiple sources. Combining the outputs from these biological information systems with environmental data would allow the development of ecological-niche models that predict the potential distribution or abundance of native and non-native species on the basis of current environmental conditions. Environmental projections from climate models can be used in these niche models to project changes in species distributions or abundances under altered climatic conditions and to identify potential high-risk invaders. There are, however, a number of challenges, such as uncertainties associated with projections from climate and niche models and difficulty in integrating data with different temporal and spatial granularity. Even with these uncertainties, integration of biological and environmental information systems, niche models, and climate projections would improve management of aquatic ecosystems under the dual threats of biotic invasions and climate change.