生理毒代动力学模型及其在有机污染物水生生态毒理研究中的应用

人类生产和生活使用各种人工合成的化学品,种类和数量急剧增长,对生态系统和人体健康造成了极大威胁。因此,亟需采用高效的方法对数量巨大的化合物进行毒性评价。对生理毒代动力学(PBTK)模型的建立过程及其在污染物生态毒理研究中的应用进行了综述。PBTK模型,又称生理药代动力学(PBPK)模型,是利用生理学和解剖学等原理,将生物体简化为用血流连接的肝、肾和脂肪等各组织器官房室,模拟化合物在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄过程。模型参数包括生理参数和生化参数2个部分,可用MATLAB等软件进行模拟。模型已应用于数百余种有机污染物在鱼体等水生生物体的毒代动力学模拟。已有模拟结果能够预测化合物在生物体内的有效剂量,对化合物毒性进行评估,并可用于不同物种、不同剂量和不同暴露途径间的外推,有力推进了污染物生态毒理研究工作的开展。     

我国地表水中磷酸三苯酯的多层次生态风险评估

磷酸三苯酯(triphenyl phosphate,TPP)在电缆材料、塑料制品中被大量使用,是地表水中检出频率最高的有机磷酸酯类阻燃剂之一,近年来受到广泛关注。本文通过文献检索TPP的地表水环境暴露浓度以及对水生生物的毒性效应浓度,利用风险商(hazard quotient,HQ)和概率生态风险评价法(probabilistic ecological risk assessments,PERA)对我国主要地表水中的TPP进行多层次生态风险评价。结果显示,TPP在我国地表水中的浓度为0.2～96.3 ng·L~(-1),以生存为测试终点的急性毒性数据推导出的预测无效应浓度(predicted no effect concentration,PNEC)为36.49μg·L~(-1),而以繁殖、发育和生长等为测试终点的慢性毒性数据推导出的PNEC值为1.30μg·L~(-1)。基于急、慢性毒性数据计算的风险商均小于0.1。我国地表水中TPP对0.1%到1%的水生生物造成繁殖、发育和生长等慢性毒性影响的概率分别为1.40%和0.04%,存在较低的潜在生态风险。     

The temporal changes of the concentration level of typical toxic organics in the river sediments around Beijing

In this study, the current situation of five types of toxic organics and endocrine disrupters in the sediments of rivers around Beijing, i.e., polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), phthalic acid esters (PAEs), organic chlorinated pesticides (OCPs), estrogens (Es), and bisphenol A (BPA), which included 56 contaminants, was analyzed and compared with that registered by the historical literatures. The ecological risks were also assessed. The total concentration of PAHs, PAEs, OCPs, Es, and BPA ranged from 232.5 ng·g^–1 to 5429.7 ng·g^–1, 2047.2 ng·g^–1 to 18051.5 ng·g^–1, 4.5 ng·g^–1 to 11.7 ng·g^–1, 18.1 ng·g^–1 to 105.2 ng·g^–1, and 36.3 ng·g^–1 to 69.6 ng·g^–1, respectively. Among these five types of organic compounds, the concentration levels of PAHs and OCPs have decreased significantly in the last ten years, while those of PAEs and Es had an upward trend compared with the previous studies. BPA still remained at a moderately high level, as it was ten years ago. The risks of the PAEs in all of the sample sites, and fluoranthene, benzo[a]anthrene, and benzo[a]pyrene in the Wenyu River sediment, were relatively high. These results supplemented the database of toxic organics’ concentration levels in the sediments of Beijing rivers.

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土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

Exploring the administrative mechanism of China's Paired Assistance to Disaster Affected Areas programme

The Paired Assistance to Disaster Affected Areas (PADAA) programme is a mutual aid initiative with Chinese characteristics, which speeded up the process of restoring and reconstructing regions affected by the Wenchuan earthquake on 12 May 2008. 1 The PADAA is an efficient instrument for catastrophe recovery, yet it remains a mysterious mechanism to many members of disaster management communities. This paper aims to lift the veil on it by assessing its origins and evolution. It draws on the multi‐level moderated competition model to explain how the PADAA functions within the Chinese administrative system. The country's top‐down political system allows the central authority to mandate provincial and local governments from more economically developed regions to assist devastated areas with post‐disaster reconstruction. The practices of local accountability complement vertical control by giving leaders from donor regions strong incentives to accomplish assigned reconstruction tasks, resulting in intense competition between them.     

机械化学法修复柴油污染土壤的效率、产物及影响

针对常规污染土壤修复处理方法存在有毒降解产物、容易产生二次污染等问题,本研究采用行星球磨仪研究了机械化学法（MC）对柴油污染土壤的修复效能,利用GC/MS对柴油烃组分的降解产物进行分析,并采用SEM、XRD、BET、FTIR和TGA等方法对不同处理条件下的土壤样品进行表征.结果表明,MC处理在0.5~4.0 h内对土壤中总石油烃（TPH）的去除率可达95%以上.随着初始TPH浓度和球土质量比的升高,TPH去除率随之提高.采用MC处理后柴油组分降解难度顺序如下：烷烃<烯烃<环烷烃<芳香族化合物.在球磨处理4 h后,未检出有毒有害残留物质.球磨后土壤粒径变小,表面变粗糙,粘土矿物中的硅氧四面体暴露在土壤表面,矿物结构的结晶度逐渐降低,晶体结构逐渐破裂或变形,可在土壤表面形成富电子区域或促使土壤具有更高的反应活性,这是机械化学法高效降解柴油的主要机制.其次,土壤有机质的主要官能团受到破坏,纳米级孔隙容量降低,从而降低了土壤组分的吸附能力,增加了柴油的有效性,也有助于柴油的解吸和机械化学降解.此外,随着球磨时间的增加,土壤有机碳（SOC）含量先增加后下降,但均高于处理前.可见,MC处理可以快速彻底降解土壤中的柴油,且有利于增加土壤有机碳含量,对于石油烃污染土壤修复具有较好的应用潜力.     

沼渣协同硫酸亚铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤

通过稳定化实验、连续提取实验及植物毒性实验,研究了沼渣对硫酸亚铁稳定化Cr （Ⅵ）污染土壤的促进效果与机制.结果表明,沼渣协同硫酸亚铁对土壤中Cr （VI）有良好的稳定化效果.最佳的修复条件为：n（Fe）/n（Cr）=3∶1,含水率为35%,沼渣投加量为4.5%,反应时间为12 d,此时Cr （VI）稳定化效率为99.85%,残余六价铬含量为1.49 mg·kg^-1,满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》（GB 36600—2018）第二类用地筛选值5.7 mg·kg^-1的限值要求.由连续提取实验结果可知,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理后酸溶态铬含量显著降低,而可还原态、可氧化态和残渣态铬含量明显增加.风险分析进一步表明,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理后铬的风险等级由非常高风险降至低风险.植物毒性分析可知,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理植物毒性显著降低.微生物多样性和群落结构分析可知,沼渣+硫酸亚铁稳定化处理后土壤中细菌群落的丰度和多样性均明显增加.     

基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷（As）污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998—2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络（BPNN）、遗传算法改进的BPNN（GABP）、小波-遗传BPNN耦合模型（W-GABP）对后6年（2011—2016年） As浓度预测结果的均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）、平均绝对百分比误差（MAPE）,以确立最优模型.结果表明：①多水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51%、15.98%、14.46%,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78%、16.74%、7.83%;②小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;③对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.     

农地土壤重金属Pb和Cd有效性测定方法的筛选与评价

作物重金属累积主要受土壤中重金属有效性的制约,由于土壤种类和污染特征的差异,目前尚无公认的有效态测定方法.为筛选建立适宜土壤铅（Pb）和镉（Cd）有效性评价的方法,本文选择重庆市4种性质差异较大的典型农地土壤：酸性紫色土、中性紫色土、石灰性黄壤和钙质紫色土,系统比较了氯化钙（CaCl₂）、醋酸铵（NH₄OAc）、盐酸（HCl）、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）和二乙基三胺五乙酸（DTPA）这5种化学提取方法与梯度扩散薄膜技术（DGT）对供试土壤Pb和Cd的提取能力,并以黑麦草为指示植物开展盆栽试验,探讨不同提取剂提取量与植物Pb和Cd累积能力的相关性,进而综合评价不同方法的适宜性.结果表明,不同提取方法对Pb和Cd的提取量存在明显差异：酸性紫色土和石灰性黄壤中以HCl-Pb提取态含量最高,中性紫色土和钙质紫色土中则以EDTA-Pb提取态含量最高;除钙质紫色土以EDTA-Cd提取态含量最高外,其余3种土壤则是以HCl-Cd提取态含量最高.考虑提取量与植物吸收量之间的相关关系,在相同类型土壤上,可选择除CaCl₂外的5种提取方法作为Pb的评价方法,Cd则是6种提取方法均较适合.在不同类型土壤中,EDTA-Pb提取态和DGT-Cd提取态含量与黑麦草地上部Pb和Cd含量相关性最高,相关系数分别为0.941和0.919,说明EDTA提取适用于不同类型土壤间Pb生物有效性的比较与评价,而Cd则以DGT技术最好,化学提取剂中以HCl较为适宜.     

新疆喀什地区地下水铁锰水文地球化学及演化规律

新疆喀什地区高铁锰地下水严重影响当地供水水质安全及居民身体健康.基于数据收集及水文地质调查基础上,利用171组地下水水样测试数据,借助统计学方法和PHREEQC软件反演对喀什地区地下水铁锰水文地球化学进行研究.结果表明,研究区地下水Fe超标率为39.8%,垂向为深层承压水>浅层承压水>潜水;Mn超标率为60.8%,垂向为浅层承压水>潜水>深层承压水,Mn含量的超标率普遍高于Fe含量的超标率,且分布范围更广,更普遍;高铁锰地下水主要富集于SO₄·Cl-Na·Ca·Mg型水、SO₄·Cl-Na·Mg型水和SO₄·Cl-Na·Ca型水中,高矿化度地下水和蒸发浓缩作用有利于铁锰富集,潜水Fe含量受人为因素影响较大;研究区地下水Fe主要为Fe （Ⅱ）,Mn均为Mn （Ⅱ）;研究区地下水中铁的来源主要为原生地层中褐铁矿,部分为菱铁矿和其他含铁矿物,锰的来源主要为黑锰矿、软锰矿和部分菱锰矿等含锰矿物;潜水中As参与Fe的阳离子交换作用生成Fe （Ⅱ）,承压含水层Mn在高矿化度地下水中持续发生阳离子交换作用,随着含水层深度加大,研究区地下水中的黑锰矿、褐铁矿和软锰矿溶解始终未达到饱和,持续溶解.