模拟巢湖流域氯菊酯的迁移转化和生态风险

近年来,随着大量使用拟除虫菊酯类杀虫剂,导致的环境问题已得到广泛关注.为认识巢湖流域氯菊酯在环境中的赋存状态、迁移转化、环境归趋和生态风险,本研究结合多介质归趋模型和物种敏感性分布模型(SSD),模拟了稳态假设下氯菊酯在巢湖生态系统各环境介质中的浓度分布、迁移通量和去除途径,并通过灵敏性分析和不确定性分析对各输入参数进行了评价.进一步构建污染物的SSD模型,评价了氯菊酯在稳态条件下的潜在生态风险,预测了保护系统中95%的物种时允许最大年输入量.结果表明,氯菊酯在大气相、水体相、沉积物相中的浓度分别为3.99×10~(-16)、5.63×10~(-11)和1.95×10~(-5)mol·m~(-3),沉积物是氯菊酯的最大储库;大气中的氯菊酯主要以挥发形式进入,通过空气颗粒物干沉降消减;水体中的氯菊酯主要以平流输入为主进入,通过底泥沉降消减;沉积物中的氯菊酯主要以底泥沉降形式进入,通过底泥再悬浮和掩埋消减.此外,SSD模型预测的HC5浓度为0.97 ng·L~(-1),假设稳态下预测的水体浓度远低于该值,仅对巢湖流域0.77%的物种产生影响,当年输入量低于78.2 t的情况下,巢湖水体中95%的物种不会受到氯菊酯的威胁.     

太湖及辽河流域表层沉积物中拟除虫菊酯的浓度水平及毒性评估

对辽河和太湖流域表层沉积物中8种常见的拟除虫菊酯:联苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、甲氰菊酯、氟氯氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯进行分析测定.结果显示,太湖流域中拟除虫菊酯含量范围为0.02～2.91ng·g-1(干重,下同),平均含量为0.63ng.g-1,处于相对较低的水平;辽河流域中的含量相对较高,其范围是0.14～19.6ng·g-1,平均含量为6.20ng·g-1.采用毒性单元TU(选用钩虾Hyallela Azteca的LC50)对拟除虫菊酯毒性风险进行估算,太湖流域∑TU值范围是0～0.40,相比之下,辽河流域的∑TU值高出很多,范围在0.10～1.73之间,其中有3个点位的∑TU值大于1,表明其具有一定的生态风险,其毒性主要来源于氯氰菊酯和氰戊菊酯.     

北江中上游地表水和沉积物中PAHs和PCBs污染特征和风险评估

采用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定了北江中上游流域地表水和沉积物样品中多环芳烃（PAHs）和多氯联苯（PCBs）类污染物的含量,分析了PAHs和PCBs的污染水平和空间分布,并评估了污染物的健康风险和生态风险.结果表明,16种PAHs单体在所有水样和沉积物样品中均被检出,检出范围分别为41.82~443.04 ng·L^-1和59.58~635.73 ng·g^-1,北江中上游PAHs的污染水平为中、轻度.水中PAHs以二环芳烃和三环芳烃为主,沉积物中以三环芳烃和四环芳烃为主.在水样中检出了17种PCBs,浓度范围0.81~287.50 ng·L^-1,以六氯联苯和七氯联苯为主;沉积物中检出了8种PCBs,含量范围0.13~3.96 ng·g^-1,以五氯联苯和七氯联苯为主.整个调查区域内地表水中PAHs和PCBs的终生致癌风险指数小于10^-4,处于中、低水平;非致癌风险指数均小于1,不存在非致癌风险.采用风险商值（RQ）法对地表水中污染物进行生态风险评价,研究区域内地表水中PAHs和PCBs生态风险总体处于中低风险水平,个别点位存在重度风险的污染物单体,值得引起重视.采用沉积物质量基准法（SQGs）对沉积物中污染物进行生态风险评估,沉积物中PAHs和PCBs均处于较低的生态风险水平.     

沉积物中多环芳烃的生态风险评价法研究

评价沉积物中PAHs的生态风险对于保护整个生态系统具有重要意义,但迄今尚未建立统一的沉积物中PAHs的风险评价方法.因此,本研究以珠江广州段表层沉积物中PAHs含量为基础,综合运用相平衡分配法和物种敏感性分布法,并结合概率风险表征对沉积物中PAHs的生态风险进行评价.结果表明,沉积物中PAHs的生态风险大小主要取决于PAHs固液相分配过程.通过对不同评价结果的对比分析,总结出了一套沉积物中PAHs的生态风险评价方法.研究建议首先采用相平衡分配法将沉积相暴露浓度分布转化为孔隙水暴露浓度分布,再选择符合实际需求的水体污染物生态风险评价方法进行后续评价,其中毒性数据应优先选择慢性毒性数据.     

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.      

太湖流域沉积物营养盐和重金属污染特征研究

以太湖流域不同分区水体表层沉积物为研究对象,通过对流域表层沉积物103个点位的氮、磷(TN、TP)和8种重金属(Hg、As、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Cr)的分析,对氮、磷和重金属空间分布特征和生态风险进行评价.结果表明,表层沉积物TN含量呈现:Ⅱ11区(湖西丘陵区)Ⅱ21区(无锡虞农田区)Ⅱ12区(浙西山区)Ⅱ23区(沪苏嘉农田区)Ⅱ22区(太湖湿地区),其值介于550~3453mg/kg之间.TP含量分布为Ⅱ23区Ⅱ21区Ⅱ22区Ⅱ11区Ⅱ12区,其值介于320~2481mg/kg之间.太湖流域水体表层沉积物重金属的含量分布特征为Ⅱ23区、Ⅱ21区较高,Ⅱ12区、Ⅱ11区、Ⅱ22区较低.综合污染指数评价(FF)对营养盐评价结果表明,太湖流域水体表层沉积物氮磷污染情况严重,整个太湖流域水体表层沉积物营养盐污染等级呈现:Ⅱ12区整体Ⅱ21区Ⅱ11区Ⅱ23区Ⅱ22区的分布.重金属综合潜在生态风险指数(RI)表明,太湖流域水体表层沉积物重金属污染呈现Ⅱ21区最高,其次是Ⅱ23区、Ⅱ12区、Ⅱ22区,最低为Ⅱ11区.进一步运用地积累指数法(Igeo)表明,太湖流域表层沉积物重金属As、Cu、Zn、Pb、Ni、Cr污染状况较轻,而潜在生态危害指数法(Er)表明Hg、Cd的风险等级高,是造成太湖流域水体表层沉积物生态风险的主要因素.     

基于非参数核密度估计模型的尾矿库事故后沉积物中Pb和Hg的水生生物风险评估

汞(Hg)和铅(Pb)是2种典型的重金属污染物,对水生生态系统具有较强的毒害作用,是环境管理的重要指标。2015年11月的陇星锑业尾矿库泄露事件,造成嘉陵江流域约346 km长河段受到重金属污染,尾矿砂中高含量Hg和Pb主要归宿在污染团经过的河道沉积物中,引起的嘉陵江流域生态风险尚未被全面评估。为解决沉积物中污染物对水生生物的毒性效应数据较少的问题,采用相平衡分配法,利用大量的水生生物毒理试验数据,将其转化为相应的沉积物毒性效应数据;采用基于非参数核密度估计的物种敏感度分布(SSD)法,对嘉陵江沉积物中2种重金属(Hg和Pb)进行生态风险评价,并与其他分布模型(Normal、Logistic和Weibull)进行对比。结果表明:Hg的非参数核密度估计模型的K-S检验统计量、均方根误差(RMSE)和误差平方和(SSE)分别为0.111 1、0.025 04和0.000 627,相较其他分布模型为最小;Pb的非参数核密度估计模型的K-S检验统计量为0.125 0,相较其他分布模型为最小,RMSE和SSE分别为0.028 42和0.000 807,为较优。非参数核密度估计模型对2种重金属毒性数据有很好的适应性,可获得较优的模拟效果。嘉陵江流域15个采样点沉积物中Pb浓度显著高于Hg,但沉积物中Hg的生态风险水平远高于Pb。     

三峡库区支流河口沉积物重金属分布特征及风险评价

为了解三峡库区一级支流河口沉积物污染物分布特征,在重庆忠县汝溪河和长江交界处采集了河口、中游以及左右两个断面春、夏、秋、冬这4个季节的沉积物,采用ICP-MS测定了沉积物中Cr、Zn、Mn、Ni、Cu、As、Cd和Pb等8种重金属元素的含量,运用地累积指数法、单因子重金属潜在生态风险指数法和沉积物质量基准法对研究区的重金属含量进行污染和生态风险评价.结果表明,Cr、Zn、Mn、Ni、Cu、As、Cd和Pb等8种重金属平均含量分别为:45.24、46.46、406.1、20.885、12.49、7.02、0.253和11.042 mg·kg~(-1),8种重金属含量均表现为河口处高于中游及左右两个断面,季节分布显示春季沉积物中重金属含量高于夏、秋、冬季,相关性分析表明8种重金属具有一定的同源特征,存在共同的外源输入,地累积指数法评价结果显示支流汝溪河河口属于Cd的轻度污染,单因子重金属潜在生态风险指数法显示Cd属于中等生态风险等级,沉积物质量基准表明该支流在与干流交界处Ni可能对底栖生物产生毒性效应.整体而言,该支流河口处于低生态危害等级,未受到严重的重金属污染.     

巢湖、洞庭湖、鄱阳湖沉积物重金属污染及来源的Meta分析

对2004～2021年关于巢湖、洞庭湖、鄱阳湖沉积物中重金属浓度的研究进行了分析,并对3个湖泊沉积物的重金属地质累积、潜在生态风险和毒性进行了蒙特卡洛分析,以清晰、客观、全面地描述3个湖泊沉积物的重金属污染情况.结果表明,3个湖泊均存在不同程度的Cu、Zn、Pb、Ni、Cr和Cd污染,总体污染程度上,鄱阳湖>洞庭湖>巢湖.地累积指数表明,Cd是3个湖泊中最主要的污染元素,巢湖沉积物中Cd处于偏中度污染水平占比为84.76%,洞庭湖沉积物中Cd处于偏重度污染水平占比为32.64%,鄱阳湖沉积物中Cd偏重度污染水平占比达到46.64%.巢湖、洞庭湖和鄱阳湖RI值中Cd元素为主要贡献者,占比分别为80.26%、91.04%和90.03%.巢湖整体处于中低风险,洞庭湖RI值高风险概率为60.74%;鄱阳湖重金属RI值高风险概率68.95%,生态风险高.毒性结果表明,三个湖泊沉积物毒性较高的是Pb和Cr,巢湖沉积物中的重金属毒性处于低度毒性水平,洞庭湖沉积物中度毒性水平的累积概率为69.03%,鄱阳湖中度毒性水平的累积概率为7.18%.巢湖、洞庭湖、鄱阳湖重金属污染情况各不相同,重金...     

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.     

巢湖表层沉积物中有机氯农药的残留与风险

利用GC-MS分析了巢湖14个样点表层沉积物中有机氯农药(OCPs)残留水平,研究了其分布与组成特征、与TOC的关系以及生态风险.结果表明:巢湖表层沉积物中OCPs总含量范围为0.58～32.91ng.g-1(干重),其中六六六类(HCHs)农药含量在0.23～1.81ng.g-1之间,滴滴涕类农药(DDTs)含量在0.34～31.01ng.g-1之间.表层沉积物中HCHs和DDTs平均含量的空间分布特点为:西部湖心>东部水源区>东部湖区(不包括水源区)>河流,狄氏剂和异狄氏剂则主要为巢湖东部湖区和水源区的局部污染.HCHs和DDTs的组成成分分析表明其主要来源于历史残留.OCPs含量与TOC含量之间不存在显著相关关系,说明OCPs在沉积物中的含量还受到其他因素的影响.与共识沉积物质量基准(CB-SQG)相比较,巢湖局部地区表层沉积物存在较大生态风险.     

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。     

太湖水体多环芳烃生态风险的空间分布

以太湖梅梁湾、贡湖湾和胥口湾水体多环芳烃(PAHs)含量水平为基础,通过物种敏感度分布曲线计算三湖湾水体PAHs对水生生物的潜在危害比例,以此表征PAHs对太湖三湖湾水体的生态风险,并对其空间分布特征进行讨论.结果表明:PAHs对太湖三湖湾水体的生态风险大小依次是:Flua(1.1641%),Phe(0.2206%),Pyr(0.1633%),BaP(0.0175%),Ant(0.0021%),Flu(0.0005%), Ace(0.0000%),∑7PAH的联合生态风险(3.0954%)大于单体PAHs的生态风险. Ant, BaP和∑7PAH对梅梁湾(0.0209%,0.1237%和4.1018%)的生态风险显著高于贡湖湾(0.0023%,0.0085%,3.0414%)和胥口湾(0.0002%,0.0015%,2.3899%)(P0.05);Flu和Phe对胥口湾(0.0004%,0.1553%)的生态风险显著低于梅梁湾(0.0011%,0.2999%)和贡湖湾(0.0009%,0.2681%)(P0.05);Pyr和Flua对梅梁湾(0.3268%,1.7156%),贡湖湾(0.1697%,1.2386%)和胥口湾(0.1044%,0.8339%)水生生物的生态风险具有显著性差异(P<0.05).空间分布表明:梅梁湾西北部PAHs的生态风险最大,贡湖湾北部次之,胥口湾最小.     

巢湖和太湖春季微囊藻毒素动态差异及与环境因子的关系

为探究春季巢湖和太湖水体中胞内微囊藻毒素(IMCs)动态变化时空差异及其关键影响因子,于2019年3—5月对两湖不同湖区进行采样分析。结果表明:春季巢湖和太湖的IMCs呈现明显的时空分布特征,IMCs浓度逐月增加,在富营养化水平高的湖区明显高于富营养水平低的湖区;两湖IMCs的异构体均以IMC-LR为主,占比分别为65.10%和58.10%;3—5月两湖IMCs浓度差异明显,巢湖月均IMCs浓度(0.077、0.238、0.632 μg/L)明显高于太湖(0.021、0.031、0.166 μg/L),单位生物量IMCs及其异构体LR的毒性(IMCs/Chla和IMC-LR/Chla)也明显高于太湖。相关性分析表明,总氮(TN)、总磷(TP)浓度和TN/TP是影响IMCs浓度和单位生物量IMCs毒性的关键环境因子,同时产毒藻的丰度和产毒能力也可能是造成此差异的重要原因。     

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.      

基于逸度方法评价巢湖流域PAHs在水体-沉积物间扩散过程

沉积物是污染物的一个重要汇区,同时亦可作为二次污染源释放污染物,因此,研究污染物在沉积物-水体界面的扩散过程对认识污染物的环境归趋及其迁移扩散具有重要意义.先前的研究结果表明,巢湖流域沉积物中高浓度多环芳烃(PAHs)来源于历史上工业废水排放,并且整个流域呈显著的空间差异性,但上层水体中PAHs浓度较为均匀.因此,有理由假设这些污染物在巢湖流域水体-沉积物间扩散交换呈明显的空间差异:即受工业废水污染的沉积物可能成为水体中PAHs的二次污染源,而其它区域沉积物则可能是这些污染物的重要汇.然而对于这些问题的研究目前仍然处于空白.本研究利用49个采样点的数据,通过逸度扩散模型,分别计算水体和沉积物中17种PAHs的逸度(f),并进一步计算它们的逸度分数(ff)值,依此全面认识这些污染物在水体-沉积物间的扩散趋势.结果显示,PAHs的ff值随环数增大而减小,即环数越高的PAHs越倾向于从水体向沉积物扩散.其中,低环(2~3环)PAHs和五环苝(Per)的ff均值都大于0.9,表示其从沉积物向上层水体扩散.多数采样点中、高环(4~6环)PAHs的ff值介于0.1~0.9,表示处于交换平衡,但受工业影响区域则呈现从沉积物向水体扩散的趋势.以Per和苯并[g,h,j]苝(BghiP)为例深入讨论了两种不同来源PAHs在巢湖流域水体-沉积物间扩散的差异性.对于Per而言,ff值空间差异较小,其普遍从沉积物向水体释放,说明沉积物-水体间扩散过程是上层水体中自然来源Per的重要来源.对于BghiP而言,ff值存在明显的空间差异性,受工业污染严重的地区,PAHs更易于从沉积物向水体扩散,而其它区域,BghiP则普遍处于平衡态甚至从水体向沉积物汇集.碳黑能促使PAHs向沉积物扩散,对PAHs的扩散有重要影响,且对高环(5~6环)PAHs扩散的影响更明显.当沉积物中碳黑含量为有机碳含量10%时,巢湖流域一半以上区域的PAHs扩散方向发生了改变.     

太湖、巢湖水体总悬浮物浓度半分析反演模型构建及其适用性评价

总悬浮物浓度是水体重要的水质参数.本研究利用太湖春季、秋季和巢湖夏季多期野外实测数据,通过对生物光学模型进行合理的简化构建适用于太湖、巢湖水体总悬浮物浓度反演的半分析模型,并将该模型应用于MERIS和环境一号卫星高光谱卫星影像上以验证该方法的适用性.结果表明:①针对太湖和巢湖水体,总悬浮物浓度最优反演波段范围为730～832nm(氧气吸收带除外);②针对MERIS数据,波段10(中心波长754 nm)和波段12(中心波长779 nm)均适用于太湖总悬浮物浓度反演,而波段11(中心波长761 nm)由于氧气吸收带的影响不适用于总悬浮物浓度反演;③针对太湖MERIS数据,模型反演结果的相对误差基本上呈现出随距离卫星过境时间增大而逐渐增加的趋势,在卫星过境时间正负3 h内测量的样点,模型反演结果的相对误差均在50%以内,而时间差超过3 h,相对误差则逐渐增大到50%以上;④环境一号卫星高光谱数据17个波段(B83～B99)均能够对巢湖总悬浮物浓度进行较好的反演,其反演效果要好于MERIS数据在太湖的反演结果.     

太湖与巢湖水华蓝藻越冬和春季复苏的比较研究

研究了太湖、巢湖水华蓝藻的越冬和春季复苏的动力学特征.结果表明,太湖从秋季11月时蓝藻大量下沉进入底泥越冬,到次年5月后底泥中的蓝藻开始复苏进入水体.在11月～次年5月的越冬过程中,底泥中的蓝藻保持增长,其中在3～5月蓝藻生长加快.巢湖中蓝藻表现出类似的下沉越冬和春季复苏规律,即蓝藻自11月开始下沉,但巢湖底泥中的蓝藻在3～4月时即开始复苏.本研究表明太湖和巢湖中蓝藻都有明显的下沉越冬和春季复苏现象.太湖不同营养盐湖区蓝藻的越冬和复苏规律相似,底泥中的蓝藻数量在越冬过程中相差不大,说明越冬期间底泥中蓝藻含量与夏季水体中蓝藻数量可能没有直接联系.     

长江下游主要湖泊沉积物重金属污染及潜在生态风险评价

对巢湖、鄱阳湖和太湖表层沉积物中As、Cd、Cu、Hg、Zn、Ni、Cd和Pb等8种重金属污染特征进行了分析,并用Hkanson生态危害指数法评价其生态危害。结果表明,三大湖泊整个湖区中Hg和Cd含量的空间变化均较大,且含量均明显高于深层基准值。潜在生态风险评价结果显示,Hg和Cd所产生的生态风险危害程度在三大湖泊中均较高,为全区湖泊生态风险危害指数的主要贡献者,湖泊的生态风险性从低到高的排序分别是巢湖、太湖、鄱阳湖,巢湖和太湖的生态环境较好,鄱阳湖的生态环境相对较差。