根据SSD推导PFOS沉积物质量基准及其在生态风险评估中的应用

沉积物中蓄积的PFOS（perfluorooctane sulfonate,全氟辛烷磺酸）对水体生态环境具有潜在的危害.为了合理评估沉积物中PFOS的危害,探究了沉积物中PFOS对摇蚊（Chironomus kiiensis）、钩虾（Hyalella azteca）、霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等底栖生物的毒性效应;同时,以毒性试验结果和搜集的PFOS相关毒性数据为基础,利用SSD（species sensitivity distributions,物种敏感度分布法）推导PFOS沉积物质量基准;最后,将基准值与从文献中搜集得到的我国七大水系沉积物中w（PFOS）进行比较,以评估PFOS风险.结果表明:①沉积物中PFOS对摇蚊的毒性效应最为显著,其96 h、10 d、21 d毒性试验中LC₅₀分别为0.894、0.770和0.536 μg/g（以干质量计,下同）;10 d毒性试验中w（PFOS）最高值为156.5 μg/g时,钩虾未出现显著死亡,21 d毒性试验中LC₅₀为70.5 μg/g;在w（PFOS）最高值分别为112.4和76.4 μg/g的10和21 d毒性试验中,霍甫水丝蚓均未出现显著死亡.②沉积物中PFOS的CMC_sed（急性基准值）为28.6 μg/g,CCC_sed（慢性基准值）为0.060 μg/g.③我国七大水系96.0%的沉积物中w（PFOS）低于CCC_sed;其余的沉积物中w（PFOS）高于CCC_sed但低于CMC_sed,这些采样点主要分布在黄河中下游和长江下游.研究显示,我国七大水系沉积物中PFOS总体风险较低,但黄河中下游和长江下游沉积物中蓄积的PFOS可能具有潜在的风险,需要给予更多的关注.      

水体硬度对锌的水质基准及生态风险评估的影响

为了探究水体硬度对锌水质基准及生态风险的影响,筛选了锌对我国淡水水生生物的77种急性毒性数据和20种慢性毒性数据,以及相应的水体硬度数据,采用物种敏感度分布法分别推导硬度校正前后锌的长期和短期水质基准值,并使用概率密度重叠面积法及联合概率分布法评估锌在我国八大流域水体中的急性、慢性生态风险及HC₅（保护95%生物的污染物浓度）超标率.结果表明:①校正前长期和短期水质基准值分别为11.90和71.67 μg/L;在水体硬度分别校正为50、100、150、200、250和350 mg/L后,锌的短期水质基准值分别为53.39、82.29、105.98、126.81、145.76和179.82 μg/L,锌的长期水质基准值分别为10.25、12.52、14.07、15.29、16.30和17.19 μg/L.②当硬度校正为100~350 mg/L时,长期和短期水质基准值均高于硬度校正前的水质基准值,短期水质基准值校正前后最大相差近2.5倍.③在八大流域水体中,锌的急性和慢性生态风险以及HC₅超标率随着水体硬度的增加而降低.研究显示,水体硬度对水质基准和生态风险均具有显著性影响,建议在锌水质基准和标准制修订过程中充分考虑硬度影响,为流域精细化管理提供科技支撑,以实现合理有效地保护我国水生态系统安全.      

沉积物中芘对淡水底栖动物的急慢性毒性效应

研究了沉积物中芘对淡水底栖动物花翅羽摇蚊幼虫和淡水单孔蚓的急慢性毒性效应.芘对花翅羽摇蚊幼虫96h及14d的半数致死浓度(LC50)分别为189mg/kg干重和83.6mg/kg干重,28d羽化半数抑制浓度(EC50)为26.1mg/kg干重.沉积物中芘对花翅羽摇蚊幼虫的羽化时间具有延滞作用,但是对雌雄个体羽化时间的延滞作用没有显著的差异.淡水单孔蚓对芘的耐受力较摇蚊幼虫强.芘对淡水单孔蚓体表损伤(包括尾部发白、尾部凹陷及自断)的14d及21d EC50分别为222mg/kg干重和106mg/kg干重,21d生长抑制的EC50为81.7mg/kg干重.比较国外已有的芘沉积物质量基准值和本文的初步评估结果发现,国外的芘沉积物质量基准值并不适合我国所用,需要更全面的沉积物中芘对底栖生物的毒性数据来对我国的芘淡水沉积物质量基准值进行推导.本研究结果对推导芘的沉积物质量基准和进行沉积物生态风险评价提供帮助.     

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.     

大风江口海域沉积物酸可挥发性硫化物、重金属分布及风险评价

为了解广西北部湾典型亚热带主要入海河口区——大风江口海域沉积物重金属生物毒性/生态风险现状,以2018年7月在该区域采集的10个采样点表层沉积物为基础,采用冷扩散法提取样本中酸可挥发性硫化物（acid volatile sulfides,AVS）,并同步提取重金属（simultaneously extracted heavy metals,SEM）,采用碘量法测定AVS含量,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定同步浸提的Cr、Cu、Zn、Cd、Pb等5种重金属元素含量（同步提取的5种重金属含量之和用∑SEM表示）,并利用∑SEM/AVS比值法和∑SEM-AVS差值法进行沉积物重金属生态风险评价.结果表明:大风江口海域表层沉积物AVS含量范围在0.33~9.30 μmol/g之间,平均值为（3.63±2.76）μmol/g,AVS含量呈现由河流向入海河口区域递减的趋势;∑SEM范围在2.12~27.08 μmol/g之间,平均值为（7.61±7.32）μmol/g,∑SEM呈由河流向开阔海域先增加后递减的趋势;相比于其他海区,大风江口海域沉积物中AVS含量和∑SEM均较高.大风江口海域沉积物中AVS含量与溶出液pH（7.59~8.89）、沉积物氧化还原电位（E_h）（-165~182 mV）均呈显著负相关,表明沉积环境中E_h和pH越低,越有利于AVS的生成.大风江口及邻近海域表层沉积物中∑SEM/AVS和∑SEM-AVS的变化范围分别为0.62~15.33和-3.49~22.90 μmol/g.研究显示,大风江口海域表层沉积物中重金属具有潜在中等或高的毒性生态风险,应加强重金属污染防控.      

林丹淡水生物水质基准、生态风险及有害结局路径研究

为多角度评估我国淡水水体中林丹生态风险,按照HJ 831—2022《淡水生物水质基准推导技术指南》方法推导,获得林丹短期和长期淡水水质基准值分别为6.15和0.12μg/L,再依据林丹基准值对我国主要淡水水体中林丹生态风险进行评价。结果显示,我国长江流域的太湖以及岷江、黄河、海河和大辽河河口等水体林丹生态风险处于高风险水平。目前生态风险评价的毒性效应终点仍为一般毒性效应终点(MATC、EC₁₀、EC₂₀、NOEC、LOEC、EC₅₀和LC₅₀等),而有害结局路径(AOP)从基因、细胞、组织及器官水平对污染物毒性效应的因果关系进行定性和定量,可为未来精细化生态风险评价提供科学依据。因此,基于林丹淡水生物毒性研究的文献计量学分析结果,按照经济合作与发展组织(OECD)指导原则,从生物毒性机制的角度构建了肝损伤、生殖损伤和神经损伤3条有害结局路径。     

太湖双酚A的水质基准研究及风险评价

水质基准是制定水质标准的重要科学依据,制定符合我国实际情况的水质基准已成为当前的迫切需求.BPA（bisphenol A,双酚A）是一种典型的内分泌干扰物,基于太湖流域的人群暴露参数和生物累积系数,采用HJ 837-2017《人体健康水质基准制定技术指南》推荐方法,推导出太湖BPA的人体健康水质基准为0.738 μg/L,通过太湖儿童暴露参数得到保护儿童BPA的人体健康基准为0.628 μg/L（6~ < 9岁）、0.821 μg/L（9~ < 12岁）、0.620 μg/L（12~ < 15岁）,与成人基准差异不大.基于太湖流域水生生物的毒性数据,采用SSD（species sensitivity distribution,物种敏感度分布）法得到水生生物慢性基准为0.189 μg/L.使用RQ（risk quotient,风险商值）法评价太湖水体中BPA暴露所造成的健康与生态风险,结果表明,太湖中有0.03%区域面积水体存在较高健康风险,有2.03%区域面积水体存在较高的生态风险.另外,采用联合概率曲线法进一步分析生态风险发现,太湖水体中BPA对1%与5%的水生生物造成危害的概率分别为0.71%和0.33%.研究显示,我国太湖水体中BPA暴露造成的健康与生态风险处于可接受水平.      

菲的淡水沉积物环境预测无效应浓度推导

近年来PAHs(多环芳烃)因其持久性、生物蓄积性和毒性而备受关注. 菲是我国沉积物中普遍检出的一种优控PAHs,具有独特的“K”区和“湾”区结构,常作为研究PAHs环境效应的模式化合物. 以菲为研究对象,搜集、整理其对我国本土水生生物的急、慢性毒性数据,运用TGD(欧盟风险评价技术导则文件)推荐的平衡分配法,推导菲的淡水PNEC_sed(沉积物环境预测无效应浓度,以干质量计). 结果表明:共获得4门7科的17个急性毒性数据和5门7科的10个慢性毒性数据;物种敏感性分析显示,鱼类对菲较为敏感. 采用平衡分配法推导菲的淡水PNEC_sed为256.9 μg/kg,该值可为我国水体沉积物中菲的生态风险评价提供参考.比较结果显示,我国大部分淡水沉积物中实测w(菲)未超过PNEC_sed,其生态风险较小;巢湖和黄河兰州段个别采样点的w(菲)超过菲的淡水PNEC_sed,分别是菲的淡水PNEC_sed的1.02和3.23倍,高w(菲)可能会对水生生物造成危害.      

五种底栖动物对优控污染物的敏感性评价

参照美国水生生物基准技术指南以及欧盟、美国和中国优控污染物名录,搜集、筛选了伸展摇蚊、日本沼虾、河蚬、霍甫水丝蚓和泥鳅等5种代表性淡水底栖动物的优控污染物生物毒性数据,通过数据分析,筛选出对淡水底栖动物毒性最大的10种优控污染物,主要包括有机氯农药和重金属两大类.对筛选得到的10种优控污染物的物种敏感度分布进行了分析,结果表明伸展摇蚊与泥鳅对有机氯农药较为敏感,具有作为相关农药污染的指示生物以及水质基准研究的受试生物的潜力.     

河蚬或藻存在下组合扰动对内源磷迁移的影响

为阐明河蚬(Corbicula fluminea)或铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)存在下,物理和摇蚊幼虫组合扰动对内源磷再生和迁移转化的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物为研究对象,分析了上覆水、间隙水、沉积物中不同形态磷的变化规律.结果表明,与摇蚊幼虫扰动和组合扰动相比,河蚬或藻类的出现都会使得上覆水中不同形态磷(总磷、溶解性总磷、溶解性磷酸盐、颗粒态磷)显著增加.河蚬或藻类均导致间隙水DIP明显降低,并致使DIP峰值区域向更深处迁移(3~4cm变为4~5cm),而对照试验则相反.与对照试验相比,河蚬或藻存在下组合扰动均导致0~4cm沉积物NH₄Cl-P含量及其占总磷百分比降低,Fe/Al-P含量及其占总磷百分比增加,并且河蚬或藻对NH₄Cl-P降低和Fe/Al-P增加的影响基本一致.在多种扰动因素存下,摇蚊幼虫对上覆水中DTP和DIP贡献最大,后者可能源于摇蚊幼虫显著降低了间隙水中DIP含量及沉积物中NH₄Cl-P含量.这暗示了在组合扰动基础上叠加河蚬或者藻类,均进一步促进了内源磷再生和迁移.     

应用相平衡分配法建立污染物的沉积物质量基准

以污染较为严重的天津某污水库的表层沉积物为对象,应用热力学相平衡分配(EqP)法,初步探讨了该水体沉积物中4种重金属(Cd,Cu,As,Hg)和2种有机氯农药〔滴滴涕(DDT)、六六六(HCH)〕的沉积物质量基准(SQC)推荐值. 其中,基于我国地表水水质基准的4种重金属Cd,Cu,As和Hg的SQC推荐值分别为4.3,86,218和0.45 mg/kg;基于美国环境保护署(US EPA)的保护水生生物水质基准的2种有机氯农药(DDT和HCH)的SQC推荐值分别为18.0和0.27 μg/kg. 通过与不同国家制订的SQC值进行比较发现,地区间的SQC值相差较大,说明在SQC值的确定过程中存在诸多不确定因素. 所推算出的几种污染物的SQC值均接近所有数据的中间值,表明其可为该水体沉积物的风险评估提供依据.      

沉积物中Pb和Cd对泥鳅的毒性效应及其基准阈值的验证

为探讨沉积物中AVS(acid volatile sulfide,酸挥发性硫化物)和SEM(simultaneously extracted metals,同时提取金属)对重金属生物有效性和基准验证的影响,以泥鳅为受试生物,以死亡率、鳃部渗血率和体质量变化为测试终点,研究了沉积物和上覆水中重金属Pb、Cd对底栖生物的毒性效应,并对文献中Pb、Cd沉积物基准阈值进行了验证. 结果表明:沉积物中Pb、Cd对泥鳅21 d的LC₅₀(半数致死浓度)分别为391、37.0 mg/kg;上覆水中ρ(Pb2+)和ρ(Cd2+)较低,对生物毒性效应贡献可以忽略. 经验证,Pb和Cd的TEL(threshold effect level,临界效应浓度)和PEL(probable effect level,必然效应浓度)基本符合其所代表的意义,Pb、Cd加标浓度(以w计)低于其对应的TEL时不具有毒性,高于其对应的PEL时具有明显毒性,介于二者之间时毒性不确定. SEM/AVS(物质的量比)和生物死亡率有明显的相关性,当该比值大于1.00时,重金属对泥鳅有明显的毒性效应.      

底泥硝化菌群用于生物毒性测试的初步研究

研究了铜离子对底泥和活性污泥硝化活性的抑制作用的差异.结果表明,与活性污泥相比,底泥中的硝化菌对铜离子的敏感性较高,底泥的铜离子半数抑制率IC₅₀为12.43 μmol/L,活性污泥的IC₅₀为46.90 μmol/L.这初步表明用污染物对底泥硝化活性的抑制程度评价污染物的生物毒性是可行的.      

湘江沉积物镉和汞质量基准的建立及其应用

沉积物质量基准是保护底栖生物免受污染物危害的保护性临界水平,可用来评估与沉积物结合的污染物的影响,并为底栖生物保护和沉积物的科学管理提供依据.分析了湘江43个采样点沉积物、上覆水、间隙水和植物中Cd和Hg含量,选取钩虾做沉积物毒理实验,利用相平衡分配法、加标毒理实验法和背景值法确定湘江沉积物Cd和Hg质量基准低值(SQC-L)分别为1.89 mg·kg-1和0.13 mg·kg-1,基准高值(SQC-H)分别为28.32 mg·kg-1和0.79 mg·kg-1.经与国内外基准值比较,并与底栖生物监测数据和植物监测数据对比分析,表明确定的基准值合理.应用该基准值评价湘江沉积物质量现状发现,湘江沉积物Cd和Hg含量低于SQC-L和高于SQC-H的采样点所占比例较低,74.4%和76.7%的采样点沉积物Cd和Hg含量在SQC-L和SQC-H之间.     

太湖和辽河沉积物重金属质量基准及生态风险评估

以太湖、辽河的表层沉积物为研究对象,运用相平衡分配法（EqP）初步探讨了两流域沉积物中4种重金属（Cd,Cu,Pb,Zn）的沉积物质量基准（C_SQC）推荐值,并对两流域沉积物中的重金属进行了生态风险评估. 根据美国国家环境保护局（US EPA）基于水生生物对重金属的最终慢性毒理水平的淡水水质基准,制定了太湖及辽河4种重金属（Cd,Cu,Pb和Zn）的沉积物质量基准推荐值分别为6.42,55.3,20.6和201.5 mg/kg及5.42,52.8,18.9和177.7 mg/kg. 通过与不同国家及地区制定的C_SQC值进行比较,推算出4种重金属的C_SQC值大都接近所有数据的中间值. 从沉积物固相和间隙水相2个不同的角度对沉积物中重金属进行的生态风险评估表明,两流域的大部分区域同步可提取重金属（SEM）与酸可挥发性硫化物（AVS）含量的差值大于0,而_i［C_Ti］/［C_SQC,i］值与_i［C_IW,i］/［CCC_i］值均大于1,说明在整体上两流域沉积物中的重金属存一定的生态风险. 由于未考虑各金属元素之间的拮抗或协同等作用以及底栖生物敏感性的问题,所使用的生态风险方法在评价生态风险方面可能会相对有所偏差.      

重金属污染沉积物质量评价研究—以太湖为例

以太湖的表层沉积物为研究对象,运用相平衡分配法(EqP)探讨了沉积物中4种重金属(Cu, Pb, Zn, Cd)的沉积物质量基准(CSQC)值;根据美国国家环境保护局(US EPA)基于水生生物对重金属的最终慢性毒理水平的淡水水质基准,制定了太湖4种重金属(Cu, Pb, Zn,和Cd)的沉积物质量基准值分别为145.2,308.72,293.01,0.46mg/kg.以此CSQC为参比值,参考潜在生态危害指数法对各元素赋予不同的权重值,运用综合污染指数法对太湖沉积物重金属的环境质量进行评价,结果显示,2010年8~9月太湖沉积物质量基本为良.这一结果与沉积物重金属总量分析结果一致.     

河流沉积物重金属污染质量控制基准的研究Ⅰ.C-B-T质量三合一方法(Triad)

在综合数据库ＣＥＲＰＤＢＭＳ支持下，利用水体沉积物质量三合一工具（Ｔｒｉａｄ），初步建立江西乐安江表层沉积物中重金属污染的质量控制基准（ＳＱＣ）．通过将化学分析（Ｃ）、毒性鉴定（Ｔ）和底栖群落结构变化（Ｂ）三基元集成为一体的三轴图和相应的响应信息判断矩阵，基于现场生物响应的沉积物质量基准能较为清晰地指示乐安江流域表层沉积物中重金属污染的相对程度和分布模式，体现底栖生物对沉积物重金属污染的剂量响应关系，为进一步制订该区域沉积质量管理标准（ＳＱＳ）、开展后续的污染治理与恢复工程提供技术保证和科学依据．     

重金属和氯酚对霍甫水丝蚓的急性毒性及水环境安全评价

研究了Hg2+、Cr6+和Pb2+等重金属及2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚等氯酚类物质对霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)的急性毒性效应.结果表明, Hg2+、Cr6+和Pb2+对霍甫水丝蚓的96h-LC50分别为0.16,4.25,76.24mg/L;2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚对霍甫水丝蚓的96h-LC50分别为20.73,7.86,2.42mg/L. 根据6种污染物对霍甫水丝蚓的毒性实验结果,预测水体中Hg2+、Cr6+和Pb2+对霍甫水丝蚓的安全浓度SC分别为16,425,7624μg/L,最大允许浓度分别为1.6,42.5,762.4μg/L;2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚对霍甫水丝蚓的安全浓度SC分别为2073,786,242μg/L,最大允许浓度MPC分别为207.3,78.6,24.2μg/L.6种污染物的毒性评估结果显示,Hg2+对霍甫水丝蚓表现为极高毒性,Cr6+、2,4,6-三氯酚和五氯酚对其表现为高等毒性,Pb2+和2,4-二氯酚表现为中等毒性.3种重金属对其毒性顺序为:Hg2+ > Cr6+ > Pb2+;3种氯酚类物质对其毒性大小依次为:五氯酚 > 2,4,6-三氯酚 > 2,4-二氯酚.