基于蒙特卡罗模拟的土壤环境健康风险评价:以PAHs为例

为获得更为合理的健康风险评价结果,并辨识对健康风险影响最大的因素,基于蒙特卡罗随机模拟,运用概率风险评价模型,定量评估了中国上海某居民区土壤中16种PAHs对居民的健康风险水平,并对各参数进行敏感性分析.结果表明,土壤中PAHs造成的健康风险服从对数正态分布,总的致癌风险为3.43×10~(-5)±2.63×10~(-5),最小值为8.10×10~(-7),最大值为2.39×10~(-4),超过10-6的概率为95%,超过10~(-5)的概率为75%,超过10~(-4)的概率小于5%;总的危害商为4.74×10~(-2)±3.42×10~(-2),不超过1,风险较小;在7种具有致癌效应的PAHs中,苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽和苯并(a)蒽是总致癌风险的主要贡献物质,贡献率分别占60.41%、26.84%和6.56%;3种暴露途径中,经口途径是造成致癌风险的主要途径,贡献率为73.22%;对于总致癌风险,人体暴露参数中每日土壤摄入量、暴露周期、暴露皮肤面积敏感度较大,分别为58.35%、50.21%和20.51%;体重具有负敏感性,敏感度为-11.66%.     

锌冶炼区耕地土壤和农作物重金属污染状况及风险评价

对贵州省某典型锌冶炼区耕地土壤和主要谷类农作物(稻米、玉米和小麦)进行取样调查,测定了土壤和谷类农作物中重金属Pb、Cd、Zn和Cu的含量,采用单因子污染指数和综合污染指数法评价了土壤和作物籽粒中重金属的污染状况,并分别采用潜在生态风险指数(RI)和危险商(HQ)法评价了土壤重金属污染的潜在生态风险程度和作物中重金属对成人和儿童的健康风险.结果表明:(1)冶炼区耕地土壤受到了重金属不同程度的污染,污染程度排序:玉米地水稻田小麦地,且CdCuZnPb,内梅罗综合污染指数分析结果表明,玉米地污染程度为重污染,水稻田和小麦地为轻污染,且均以Cd对综合指数的贡献最大;(2)土壤Cd存在极强生态风险,4种重金属潜在生态危害大小顺序为:CdPbCuZn;生态风险指数(RI)研究结果表明,研究区处于轻微、中等、强的和很强的生态风险程度的采样点比例分别为1.41%、21.1%、35.2%和42.3%.(3)冶炼区农作物稻米中重金属Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别为0.145、0.017、16.97和2.704 mg·kg~(-1);玉米中重金属Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别为0.094、0.055、26.81和4.464 mg·kg~(-1);小麦中重金属Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别为0.048、0.085、35.37和5.426 mg·kg~(-1).(4)研究区稻米、玉米和小麦均存在重金属超标现象,重金属污染程度为小麦最重,稻米和玉米的污染程度相当,稻米和玉米污染等级均为安全,小麦处于警戒线.(5)各重金属元素每日摄入量均低于美国环保署的参考暴露剂量,安全性较好,但食用该区域谷类农作物引起复合重金属污染对成人和儿童均存在健康风险.(6)耕地土壤重金属含量与谷类农作物可食部分重金属含量间无明显相关性.     

南京市湿地水质对城市化影响强度的响应研究

选取28个受城市化影响程度不同的典型湿地,对其水质进行连续监测.另一方面利用GIS技术及景观生态学原理对城市湿地所在集水区不透水类型及林地类型进行景观分析,并构建城市化影响指数(UEI),进一步对区域城市化水平与湿地水质进行相关分析.结果表明:①南京仙林新市区湿地水质季节性变化表现为夏季水质较差,冬季水质相对较好,春、秋季节差别不大.②湿地水质与城市化水平有着明显的相关关系,城市化水平等级越高,湿地水质越差,其中高等城市化水平(HU)湿地TP、TN、NH4+-N、Chla等富营养化指标质量浓度分别达到0.27、1.07、0.15、17.94 mg.L-1,而低等城市化水平(LW)湿地其质量浓度则分别为0.12、0.56、0.12、4.85 mg.L-1.③城市化影响指数与湿地水质存在着阈值关系,整体来看,当UEI值超过2.2时,湿地水质恶化速度加快.     

大型底栖动物生物评价指数比较与应用

采用不同生物指数评价河流健康,结果往往有差异,如何识别各种生物指数的关系和适用性成为亟待解决的问题.基于太子河流域大型底栖动物群落研究,比较了5种大型底栖动物生物指数评价结果的差异.结果表明,5种指数具有极显著的相关性,但由于健康等级划分标准差异,造成不同指数的健康评价等级存在一定差异.同时分析了不同指数对不同类型人为活动影响的敏感性,研究其在河流健康评价中的适用性.结果表明在太子河流域中,BI指数与土地利用类型和溶氧具有较好的相关关系,对这两类的干扰具有较好的指示作用;FBI指数对酸污染和氨氮污染具有较强的指示作用;ASPT指数与耗氧相关的水质指标有较强的负相关;B-IBI指数与总氮呈显著的负相关关系,可较好指示氮污染,而且B-IBI指数与其他类型人为干扰活动均呈显著的相关关系,对土地利用和水质污染也具有较好的指示作用.综上所述,大型底栖动物BI指数和ASPT指数应该分别适用于评价流域土地利用和水化学指标对河流生态系统的影响,而B-IBI可用于评估多种类型人为干扰活动.     

挥发性有机物污染场地挖掘过程中污染扩散特征

我国城市工业污染场地主要受挥发性及半挥发性有机污染物(VOCs/SVOCs)的污染.挥发性有机污染物挥发性大,在环境中容易迁移,土壤被挖掘和扰动时,土壤中VOCs很容易形成短时间内的相对较高浓度释放;如果施工人员没有进行适当防护,极易产生健康危害.本研究通过现场快速监测与采样管采样技术相结合,研究污染场地修复开挖过程中气态污染物的分布规律.监测结果表明,在场地开挖的主导风向上,气态污染物浓度分布随距离而下降,并呈现波峰和波谷交替出现的特征.监测结果可以用多个高斯烟团的叠加来拟合.本研究结合工业场所职业健康与安全有关限值,推导污染土壤修复开挖现场安全区域划分的方法,并提出相应分区的个人安全防护响应措施.     

基于能源-环境情景模拟的北京市大气污染对居民健康风险评价研究

保护居民健康是北京市能源系统优化管理和大气污染治理的重要目标.本研究基于北京市的社会经济发展目标并结合相关节能减排和环保要求,针对全市2010-2020年间的能源消费分别设计了高、中、低3种约束情景,通过LEAP模型预测了全市至2020年的能源消费量与S02、NOx、PM10和PM2.5等4种主要大气污染物的排放强度,并采用泊松回归模型对3种情景下主城区居民受环境空气中这4种大气污染物的暴露危害所导致的健康风险进行了评估.结果显示:相对低约束情景,高约束情景至2020年可避免与S02、NOx、PM10和PM2.5污染相关的死亡危害分别为2663、6359、4720和4104人·a-1,而且在高约束情景下煤炭消费比重每下降1％,可相应地避免约1400人·a-1的污染急性死亡.由此建议北京市实施更加严格的节能和减排措施,严控煤炭消费总量,进一步优化能源结构,最大程度地降低能源消费导致的大气污染所产生的居民健康风险.     

沉积物中六氯苯对颤蚓(淡水单孔蚓)的毒性效应研究

以淡水底栖动物颤蚓(淡水单孔蚓)为受试生物,研究了沉积物中六氯苯(HCB)对淡水单孔蚓14 d和28 d的毒性效应.结果表明,沉积物中HCB对颤蚓致死效应较低,当HCB浓度为190 mg· kg-,连续暴露28 d时,致死率低于8％.但HCB对颤蚓具有较强的慢性毒性效应,当HCB浓度为190 mg·kg-1,连续暴露28 d时,身体自断率高达90％,并且随着浓度升高和暴露时间延长,颤蚓自断率明显增高.HCB对颤蚓自断14 d和28 d的EC50分别为＞190 mg·kg-1和97.1 mg· kg-1.HCB对颤蚓行为(运动和挖掘)产生明显抑制作用.随着HCB浓度增加和暴露时间延长,颤蚓运动强度减弱,并伴随摄食量减少与体重减轻现象.     

层次化健康风险评估方法在苯污染场地的应用及效益评估

以北京某大型苯污染场地为例,详细介绍了如何开展层次化健康风险评估.同时,结合场地污染调查结果,比较了不同层次风险评价确定的土壤苯修复目标、修复量及修复成本的差异.结果表明,在1×10-6可接受致癌风险水平下,该场地第二层次风险评价确定的0～1.5 m深度范围内土壤苯修复目标为0.26 mg·kg-1、1.5～10 m范围内土壤苯修复目标为0.15mg·kg-1,相应的土壤修复量约为292 759 m3,修复成本约2.06亿元.但是,基于该场地苯污染区域土壤气中苯浓度进行的第三层次风险评价确定的0～1.5 m深度范围内土壤苯修复目标为2.6 mg·kg-1、1.5～10 m范围内土壤苯修复目标为1.5mg·kg-1,相应的土壤修复量约为153 222 m3,减少139 537 m3,修复成本为1.49亿元,减少了5 700万元,修复成本的降低远多于因开展第三层次风险评价所付出的约10万元的成本.因此,对于类似大型VOCs污染场地,开采第三层次健康风险评价能够节省大量修复成本、带来巨大的经济效益.     

微生物-化学水解联合作用下烟嘧磺隆的降解

从被烟嘧磺隆污染的人工湿地土壤中分离出1株能够在葡萄糖存在下降解烟嘧磺隆的微生物,通过16S rDNA序列同源相似性分析,初步鉴定该微生物为Klebsiella sp..它能够以烟嘧磺隆为唯一氮源生长,其最适生长条件为:温度35℃,初始pH为中性偏酸.水解试验表明,烟嘧磺隆在中性和碱性条件下比较稳定,在酸性条件下水解较快.生物降解试验发现,当培养液中葡萄糖浓度为5 g.L-1时,在温度35℃、初始pH为7的条件下培养10 d后烟嘧磺隆有99.4%得到降解,同时溶液的pH从7.0降低至4.0;而降低葡萄糖浓度分别为500 mg.L-1和100 mg.L-1时,培养10 d后烟嘧磺隆的降解率仅为11.7%和6.6%,溶液的pH始终在7左右.进一步研究表明烟嘧磺隆的降解是由于微生物代谢葡萄糖产生了酸性环境,pH降低引起了烟嘧磺隆水解,菌种对烟嘧磺隆降解的实质是微生物-化学水解联合作用.     

Using lysosomal membrane stability of haemocytes in Ruditapes philippinarum as a biomarker of cellular stress to assess contamination by caffeine, ibuprofen, carbamazepine and novobiocin

Although pharmaceuticals have been detected in the environment only in the range from ng/L to g/L, it has been demonstrated that they can adversely affect the health status of aquatic organisms. Lysosomal membrane stability (LMS) has previously been applied as an indicator of cellular well-being to determine health status in bivalve mussels. The objective of this study is to evaluate LMS in Ruditapes philippinarum haemolymph using the neutral red retention assay (NRRA). Clams were exposed in laboratory conditions to caffeine (0.1, 5, 15, 50 μg/L), ibuprofen (0.1, 5, 10, 50 μg/L), carbamazepine and novobiocin (both at 0.1, 1, 10, 50 μg/L) for 35 days. Results show a dose-dependent effect of the pharmaceuticals. The neutral red retention time measured at the end of the bioassay was significantly reduced by 50% after exposure to environmental concentrations (p < 0.05) (caffeine = 15 μg/L; ibuprofen = 10 μg/L; carbamazepine = 1 μg/L and novobiocin = 1 μg/L), compared to controls. Clams exposed to these pharmaceuticals were considered to present a diminished health status (retention time < 45 min), significantly worse than controls (96 min) (p < 0.05). The predicted no environmental effect concentration (PNEC) results showed that these pharmaceuticals are very toxic at the environmental concentrations tested. Measurement of the alteration of LMS has been found to be a sensitive technique that enables evaluation of the health status of clams after exposure to pharmaceuticals under laboratory conditions, thus representing a robust Tier-1 screening biomarker.