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.     

基于物种敏感度分布的典型抗生素的长期水质基准推导及其在生态风险评估中的应用

国内外现有水质标准均缺乏抗生素的标准值,针对中国具体流域状况开展抗生素水质基准研究,可以为制定我国抗生素的水质标准提供参考,并为评估水环境中抗生素的潜在风险提供依据.本研究基于至少3门8科、10种生物的急性、慢性毒性数据,利用Log-logistic和Burr Ⅲ两种分布模型,在系统尺度上构建了氧氟沙星(OFC)、阿莫西林(AMX)、土霉素(OTC)、磺胺甲恶唑(SMX)、红霉素(ETM)和氯霉素(CAP)6种典型抗生素的物种敏感度分布曲线,推导出它们的长期水质基准值(LWQC).同时,基于这6种抗生素的水质基准评估了我国部分水环境中抗生素的生态风险和联合毒性风险.结果表明,OFC、AMX、OTC、SMX、ETM和CAP的LWQC分别为3.2614、1.2633、1.3353、4.7803、4.7950和1.1535μg·L^-1.白洋淀6种抗生素的联合毒性风险呈中风险水平;太湖和珠江三角洲的ETM、松花江的OFC及珠江的ETM和CAP也呈现出中风险水平;辽河面临的抗生素污染风险最大,其OFC、ETM、SMX呈中风险水平,OTC呈高风险水平.     

太湖流域水生生物水质基准推导的物种选择

水生生物水质基准是水质基准体系的重要组成部分。由于不同地区的生态体系存在差异,所需要推导的水质基准也存在不同。目前太湖流域的水质基准研究刚刚起步,国内外制订的水质标准并不能代表太湖流域的水生生物和环境特征。因此,开展基于太湖流域的水生生物和环境特征的水质基准研究,对于太湖流域的水环境保护和水质管理具有重要的作用和意义。在水生生物水质基准的物种选择方面,选择了两种鱼类、两种浮游动物、3种底栖动物以及一种水生植物或浮游藻类,可以全面的代表太湖流域的水生态结构和营养等级。     

我国水生生物水质基准推导的物种选择

水生生物水质基准旨在保护水生生物不受水体中化学物质的有害影响,是水质基准体系的重要组成部分.不同区域水生态系统的生物区系不同,导致基准值也会存在差异.在综合研究美国、欧盟、加拿大、荷兰、澳大利亚和新西兰等国家和地区在推导水生生物水质基准的物种选择及其考虑因素的基础上,初步研究我国水生生物水质基准推导的物种选择原则.结果表明:推导我国水生生物水质基准需要选择来自8科的水生生物,分别为鲤科鱼类、硬骨鱼纲中的另一科、两栖动物纲的一科、浮游动物中节肢动物门和轮虫动物门各一科、底栖动物中节肢动物门和环节动物门各一科及一种最敏感的大型水生植物(或浮游植物),可全面代表我国水生态系统不同的营养级和生命形式.      

基于物种敏感度分布法建立中国土壤中锑的环境基准

基于Sb（锑）的植物及动物毒理学数据缺乏以及保护生态受体的土壤Sb的环境基准尚未建立的现状,通过收集和筛选文献中Sb的毒理学数据并补充开展不同土壤类型的跳虫和植物的毒理学试验,建立了Sb的生物毒性预测模型,并以此为依据对收集及试验毒理学数据进行归一化处理,以消除土壤性质的影响.此外,进一步利用SSD（species sensitivity distribution,物种敏感度分布法）推导我国4种典型情景土壤中Sb的HC₅（hazardous concentration,能够保护95%物种的生态安全阈值）,最终建立基于土壤性质参数的环境基准计算模型.结果表明:①不同土壤中Sb对跳虫的毒性差异较大,跳虫毒性阈值EC₁₀（effect concentration,10%抑制效应浓度）与土壤pH呈负相关,与w（SOC）（SOC为土壤有机碳）呈正相关,即随着土壤pH增加或w（SOC）降低,Sb对跳虫的生物有效性随之增加,进而导致EC₁₀降低.②通过毒性阈值与土壤性质之间的多元回归分析可知,土壤pH和SOC可较好地预测Sb的生物毒性,植物和无脊椎动物的R2（决定系数）分别为0.778和0.867.③利用SSD得到11个物种在4种典型情景土壤中的HC₅分别为55.12、28.28、28.08及14.55 mg/kg,推导出PNEC_total（predicted no effect concentration,预测无效应浓度）分别为28.96、15.54、15.44及8.68 mg/kg,计算模型为PNEC_total=-5.811pH+0.587[SOC]+55.480+C_b（[SOC]为土壤有机碳含量,C_b土壤Sb背景浓度）.鉴于此,建议以中性土壤中Sb的环境基准值作为我国农用地土壤Sb污染风险筛选值制订的参考依据,即农用地土壤w（Sb）限值定为15 mg/kg.      

基于QSAR和ICE模型的磺胺类药物的水质基准研究

药物水环境污染是一个严重的环境问题,引起了人们越来越多的关注。磺胺类药物是一类广泛使用的药物。文章应用水质毒性快速检测仪测定一系列磺胺类药物的发光菌毒性,建立发光菌毒性QSAR模型,从而解决ICE模型的基准物种毒性数据缺失的问题。基于发光菌毒性测试和QSAR、ICE毒性估算方法获得更多毒性数据,初步推导了保护水生生物的磺胺类化合物的水质基准,并为建立更加具有生态统计学意义的物种敏感性分布(SSD)模型提供一定的数据支撑。同时,结合国内外水环境中磺胺类药物的暴露水平,对我国磺胺类药物的风险水平做了初步评估,其中磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶和磺胺喹恶林的风险较高。     

基于物种敏感性分布建立地表水中余氯水质基准

自新型冠状病毒肺炎疫情发生以来,含氯消毒剂大量使用,地表水中余氯污染受到越来越多关注。该文针对中国地表水环境质量标准对余氯浓度缺乏限值的问题,搜集筛选了游离氯和化合氯对水生生物的急性和慢性毒性数据,使用log-normal和log-logistic模型建立物种敏感度分布法,推导中国游离氯和化合氯的地表水水质基准。通过综合分析和比较,得到淡水游离氯短期和长期的水质基准值(0.012 mg/L和0.003 9 mg/L)、海水游离氯短期和长期的水质基准值(0.022 mg/L和0.002 3 mg/L)、淡水化合氯短期的水质基准值（0.006 8 mg/L）作为最终的基准推荐值。通过与国内外现有余氯相关水质标准比较,为中国余氯水质基准制定提供理论依据。     

水生生物基准推导中物种选择方法研究

运用Mann-Whitney U检验法对不同生物分类群内的物种对氨氮的毒性敏感性进行分析和统计检验,并基于毒理学、生物分类学,从抽样-推断的角度对物种选择进行讨论,并对物种选择与基准推导方法的关系进行梳理.结果发现,物种毒性数据中脊椎动物占绝大部分,尤其是辐鳍纲,与真实生态系统中物种类群结构不符;大部分不同分类群间物种对氨氮的敏感性差异显著,随着物种分类阶元级别降低,大部分分类群内物种的差异逐渐减小,个别分类群内物种的敏感性未呈现相似的规律,尤其是相对不敏感的物种;总体上,能在一定程度上说明同一分类群内的生物有相对接近的敏感性.由抽样-推断理论与方法可知,基准推导属于基于抽样设计的统计推断,因此,可以将生物分类类群作为物种选择的辅助变量,依据水生态系统中物种组成,运用分层随机抽样技术进行物种选择,以提高抽样效率和精度.     

非致癌有机物水质基准的推导方法研究

基于美国环保局发表的环境水质基准(AWQC)推导方法,本文着重从理论上研究并讨论了非致癌有机物环境水质基准的推导过程。以1,2,4-三氯苯为例,计算了它的AWQC值。     

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.     

水生生物对三唑磷的物种敏感度分布研究

针对水环境中日益严重的有机磷农药污染问题,选择广泛使用的三唑磷作为研究对象,利用其对水生生态系统中不同营养层次生物物种的半数效应浓度(median effective concentration, EC₅₀),建立了基于对数-逻辑斯蒂分布的水生生物物种敏感度分布(species sensitivity distribution, SSD)模型,并采用概率图和吻合度检验方法对该模型进行了检验和评价.结果表明,水生生物对三唑磷的 SSD 服从对数-逻辑斯蒂分布,其参数为 α=-0.4788±0.2381,β=0.7546±0.1078.基于该 SSD 模型,获得三唑磷的 5% 危害浓度(hazardous concentration for 5% of the species, HC₅)值为 1.992×10^-3 mg/L,并推导出三唑磷的最大浓度基准值(criteria maximum concentration, CMC)值为 9.96×10^-4 mg/L.对 HC₅、CMC 与单一物种的安全浓度的比较研究指出,基于 SSD 方法制定环境质量标准更为严格,也更接近于真实的生态环境.另外,根据渤海莱州湾海域中三唑磷的监测数据,预测了其对物种的潜在影响比例(potentially affected fraction, PAF)为 0.36%,对该水域生态环境的影响处于较低风险水平.     

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".     

高效氟吡甲禾灵对海洋生物的急性毒性与水质基准推导

高效氟吡甲禾灵(haloxyfop-P-methyl, HPME)是我国农业上大量使用的一种除草剂,因对入侵植物互花米草有明显的杀害作用,被推荐用于互花米草的化学防治. 为了预防HPME在施用过程中带来的生态风险,本文在开展HPME对海洋生物的毒性测试与搜集现有毒性数据的基础上,推导了HPME的生态安全阈值. 首先,选取8门13科本地海洋生物进行急性毒性试验,并通过查找现有毒性数据库与文献获得HPME对3门5科7种淡水生物的毒性数据. 随后,采用物种敏感性分布(species sensitivity distribution, SSD)模型与物种敏感性排序法(species sensitivity rank, SSR)分别推导HPME的水质基准. 结果表明:①HPME对安氏伪镖水蚤的96 h半数致死浓度(median lethal concentration, LC₅₀)值最小,为0.107 mg/L;对牡蛎的96 h-LC₅₀值最大,为47.111 mg/L. ②采用SSD模型,基于13种海水生物以及7种淡水生物+13种海水生物两组急性毒性数据推导出HPME的水质基准分别为37.05和44.75 μg/L. ③利用SSR法基于两组数据推导出HPME的水质基准分别为39.43和41.65 μg/L. 该文构建了HPME的水生生物毒性数据库,推导了HPME的水质基准值,可为我国互花米草治理过程中HPME的安全使用限量提供科学依据.      

应用淡水生物毒性数据推导海水水质基准的可行性及适用性初探

在海洋环境风险评价及环境标准与基准的制定中,由于海水生物毒性数据的欠缺,通常引入淡水数据加以补充,以此推导海水的预测无效应浓度(PNEC),但该方法所推导PNEC的"失真"程度目前尚未完全清晰。本研究选取了Pb、Cd、马拉硫磷和狄氏剂四种典型化合物,应用SSD模型方法比较分析了分别基于淡水生物和海水生物以及二者一并使用推导的PNEC值之间的差异性和相关性。结果发现:淡水生物与海水生物对各化合物响应的敏感性具有一定的差异。对于重金属,淡水物种可能对其胁迫更具敏感性,将淡水数据与海水数据一并使用所获得PNEC可有效的保护海洋生物;对于有机磷和有机氯农药,海水生物通常更具敏感性,淡水数据的介入和应用可能会对部分海洋生物造成部分"欠保护"现象,但总体上,淡水HC5与海水HC5二者相差不大,可通过适当的安全因子加以校正。     

磺胺类药物在水中的分布及去除技术研究进展

磺胺类药物是一类水环境中高频检出的抗生素,虽然它们通常以ng/L或μg/L的浓度存在,但是可能具有直接神经毒性,对环境和人类健康产生潜在风险,是再生水安全利用中重点关注的目标污染物。该文综述了磺胺类药物(磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和甲氧苄啶)在水环境中的分布特征与毒害效应,重点对磺胺类药物的去除技术(物理方法、化学方法、生物方法和耦合工艺)进行了系统总结,分析了各种处理技术的去除效果、存在不足及发展方向,并对未来磺胺类药物的高效去除及毒性削减的技术发展进行了展望,旨在为含有磺胺类药物的污(废)水生化尾水深度净化与再生水安全回用技术的发展提供指导。     

用标准基准投影法综合评价水体水质

投影法是一种多指标决策和评价的方法，可应用于水体水质间的比较与排序，但它不能定性评价水体水质，无法确定水体的污染情况。本文对该模型作了改进，具体方法为将水质标准值设为虚拟评价对象与考察对象一同进行投影，以标准的投影值为基准，通过标准区间嵌入法确定水体毋质等级值，根据各水质等级值进行评价及排序。以福州山仔水库为例，对水库的富营养化程度进行综合评价，评价结果与模糊隶属函数法基本相符，评价结果合理且方法简单明了。     

用标准基准投影法综合评价水体水质

投影法是一种多指标决策和评价的方法,可应用于水体水质间的比较与排序,但它不能定性评价水体水质,无法确定水体的污染情况.本文对谈模型作了改进,具体方法为将水质标准值设为虚拟评价对象与考察对象一同进行投影,以标准的投影值为基准,通过标准区间嵌入法确定水体水质等级值,根据各水质等级值进行评价及排序.以福州山仔水库为例,对水库的富营养化程度进行综合评价,评价结果与模糊隶属函数法基本相符,评价结果合理且方法简单明了.     

几种典型模型在物种敏感度分布中的应用和差异分析

模型的选择是物种敏感度分布拟合的关键。研究系统地介绍了物种敏感度分布法中常用的5种分布模型,即正态分布、对数正态分布、逻辑斯谛分布、对数逻辑斯谛分布和伯尔三参数分布的内涵、特点与适用性。分析了模型之间的差异性。研究不仅提出了物种敏感度分布拟合中模型筛选与拟合优度检验的方法,并且使用5种模型分别拟合出镉的物种敏感分布曲线,进一步讨论了模型之间的差异与选择依据。最后,提出了物种敏感度分布拟合中模型选择的一些建议。研究结果可为物种敏感度分布法的应用与水质基准的推导提供理论参考。     

非参数核密度估计在铜、银物种敏感度分布中的应用

采用非参数核密度估计模型构建铜和银保护中国淡水水生生物的物种敏感度分布曲线,并推导了它们的水质基准阈值.结果表明,非参数核密度估计方法在推导IB族两种过渡金属水质基准中的稳健性和精确度都大大优于传统参数模型,能够更好地构建物种敏感度分布曲线.针对不同类别的物种来看.脊椎动物、无脊椎动物、鱼类、甲売类、其他无脊椎动物和全部水生生物的HC5值都随着周期増加而减小,无脊椎动物的敏感性明显高于高营养级的脊椎动物.非参数核密度估计方法的提出丰富了水质基准的理论方法学,为同族或同周期元素之间水质基准阈值的进一步研究和更好地保护水生生物提供了有力的支撑.     

致癌物质水质基准的制定

美国环保局(EPA)在水质基准研究中,致癌性被认为是一种无阈限的现象(Non Threshold)。也就是说,无法确定致癌物质的某一个“安全值”或“无影响值”。因为即使是极少量的化学物质也会产生一定的反应。因此,以致癌物为依据建立的基准,只能表示一种与污染物浓度相应的危害程度和影响范围。如目前所提出的基准,是指十万人中有一例发生癌症(即10~(-5))。实际上在这个剂量下,对其他人