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。     

环境水体中自由基的检测技术研究进展

自由基化学性质高度活泼,极易发生得失电子的氧化还原反应,是环境水体中降解污染物的重要因素。自由基的环境鉴定和分析对揭示环境污染物降解转化机制具有重要意义。但由于自由基环境浓度极低、反应活性高、寿命短,再加上复杂环境基质的干扰效应,使其环境分析一直是研究的重点和难点。而且,目前的研究主要针对一些已知的自由基展开,对未知自由基的识别和鉴定研究较为匮乏。在系统总结典型自由基检测方法及其应用现状的基础上,阐述不同检测方法的优点和缺点,重点探讨适用于环境水体中羟基自由基等典型自由基的检测方法,并提出自旋捕获结合质谱分析技术具有特异性和高灵敏性的优点,可同时检测天然水体中多种自由基,并能够识别和鉴定未知自由基,是未来的研究方向。     

河流氮磷和水量输入对太湖富营养化的影响机理研究

针对河湖氮磷控制标准不衔接问题,以大型浅水湖泊太湖为例,基于2013—2018年环太湖主要入湖河流和湖体总氮浓度〔ρ(TN)〕、总磷浓度〔ρ(TP)〕、叶绿素a浓度〔ρ(Chla)〕、水量等监测数据资料,采用湖盆模型(Bathtub模型),构建太湖主要入湖河流与湖体ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Chla)的响应关系,分析了主要入湖河流ρ(TN)、ρ(TP)和水量对湖体富营养化的影响,探讨了太湖主要入湖河流水量及其与湖体氮磷协同控制限值. 结果表明:①太湖主要入湖河流氮磷的输入仍显著影响湖体ρ(TN)、ρ(TP),尤其是对西北部湖区的富营养化水平产生了显著影响;②在入湖水量方面,湖西区入湖水量增加可导致太湖富营养化程度增加,而“引江济太”水量输入在一定程度上改善了太湖水质. 建议分区域控制直接入湖河流水量,其中,湖西区直接入湖水量控制在60×108~70×108 m3之间,望虞河“引江济太”水量控制在15×108~20×108 m3之间;③针对太湖流域而言,现行《地表水质量标准》(GB 3838—2002)在协同控制河、湖氮磷方面存在一定的不足,仅通过控制入湖河流ρ(TN)、ρ(TP),太湖ρ(TN)、ρ(TP)难以达到Ⅲ类水质标准;④与全湖平均值相比,湖西区要达到同一标准限值,入湖河流协同控制限值要更为严格. 在河湖氮磷衔接目标制定上,建议湖西区单独设定协同控制目标浓度值. 另外,建议结合《地表水质量标准》(GB 3838—2002),开展太湖流域水质、水量协同控制,有效约束入湖通量,达到河湖氮磷协同控制目的.      

微囊藻对锑(V)生物吸附作用研究

以富营养化湖泊水华暴发的主要藻种-微囊藻干物质作为生物吸附剂,考察不同生物量、初始pH值、吸附时间等因素对废水中锑（V）生物去除作用的影响,探讨微囊藻对Sb（V）的生物吸附性能;通过zeta电位和红外光谱技术揭示其吸附机理,并推断其反应方程式.结果表明：在室温条件下,吸附剂用量为0.5g：20mL,pH值为2.0,时间为1h时,Sb（V）的生物吸附达到最大容量为5.84mg/g（以干重计）,吸附等温线符合Langmuir等温方程（R²=0.993）,生物吸附动力学过程遵循假二级动力学模型（R²=0.994）.在pH值2.0~9.0范围内,其生物吸附效率随pH值增加逐渐下降.Zeta电位和ATR-IR光谱结果表明微囊藻细胞壁表面的氨基、羧基和羟基为Sb（V）的主要吸附位点,其中质子化的氨基通过静电吸引作用结合Sb（V）,羧基和羟基则通过表面络合作用与Sb（V）结合形成内源络合物.     

石油烃、Cu2+对沙蚕的毒性效应及对其抗氧化酶系统的影响

在实验室模拟条件下,研究了石油烃和不同浓度的Cu2 对沙蚕(Nereis diversicolor)种群的毒性效应及对其抗氧化酶系统活性的影响.结果表明:石油烃和Cu2 对沙蚕均表现出较强的毒性,暴露3d后,其LD50值分别为117.5μL·L-1和864.0μg·L-1.Cu2 单因子污染暴露5d后,沙蚕体内过氧化物酶(POD)的活性受到显著影响,表现出先受到抑制后缓慢增加的趋势,超氧化物歧化酶(SOD)的活性也发生显著变化,其变化趋势为先被诱导而后抑制.石油烃以其约为半致死剂量水平单因子暴露5d后,POD的活性并未被显著诱导,SOD的活性则低于对照组.在石油烃与Cu2 复合污染的条件下,暴露5d后沙蚕体内POD和SOD活性表现出相同的变化趋势,即先下降后上升.通过比较,还发现沙蚕体内SOD的活性变化更能灵敏地反映出污染物对沙蚕的毒性作用.     

基于文献计量学的流域生态健康评价研究热点及趋势分析

流域生态健康评价是流域水生态功能分区和生态管理的基础,以Web of Science(WOS)和中国知网（CNKI）论文数据库为数据源,通过科学知识图谱工具CiteSpace对国内外流域生态健康评价研究领域进行文献计量分析。结果表明：2个数据库的流域生态健康评价领域发文量呈波动式增长趋势,2005年后CNKI发文量高于WOS发文量;WOS发文量位居前列的国家有澳大利亚、中国、美国和法国等;该领域多学科交叉融合,包含生态学、动物学和植物学等;德国、英国和美国在该领域影响力表现突出,我国影响力较小,且与国际的研究合作较少;研究内容方面,国外集中在评价方法的研究,包括预测模型法、生物完整性法等;且注重流域的生境与栖息地评价,更强调流域生物多样性的保护及生态修复,关注流域生态的永续发展;国内则注重学习国外的评价体系与技术方法,构建适合本土的流域生态健康评价体系,同时3S技术在该领域成为较新的热点,可能在未来成为重要工具。     

不同来源腐殖酸对三价锑的光氧化作用及影响因素

三价锑是有毒金属锑生物地球化学循环中的不稳定还原态,其在腐殖酸体系中的光氧化过程可能是水体环境中Sb（Ⅲ）转化的重要途径.通过室内模拟实验,探讨了光照条件下不同来源腐殖酸对Sb（Ⅲ）的光氧化反应特征,并考察腐殖酸浓度、Sb（Ⅲ）初始浓度、溶液pH值、环境中普遍存在的阴阳离子等环境因素对光氧化作用的影响.结果表明：Sb（Ⅲ）在腐殖酸溶液中的光化学反应过程符合准一级动力学规律.反应体系中腐殖酸浓度的升高有利于促进Sb（Ⅲ）的光氧化作用,而Sb（Ⅲ）初始浓度增加则抑制其光氧化作用,Sb（Ⅲ）的光氧化速率常数随溶液pH值的升高而逐渐增大,褐煤来源腐殖酸对Sb（Ⅲ）的光氧化速率常数高于土壤来源腐殖酸.水环境中NO₃^-的存在促进了腐殖酸对Sb（Ⅲ）的光氧化作用,而Cl^-、SO₄^2-和Na⁺未对Sb（Ⅲ）的光氧化作用产生显著影响.羟基和超氧自由基是Sb（Ⅲ）光氧化反应中的主要活性基团,其中在酸性条件下,羟基自由基对Sb（Ⅲ）的光氧化反应起主导作用,而在中性和碱性条件下超氧自由基起主要作用.     

中国保护水生生物的甲基汞水质标准制订初探

甲基汞是具较强生物有效性和毒性的有机汞形态,其具有高生物累积性和生物放大效应,能对水生态系统中高营养级生物产生极高的危害,对脊椎动物造成神经毒性、内分泌干扰和生殖毒性等。我国不同环境介质(水、沉积物和生物体组织)中均检测到了甲基汞的存在。传统的水质基准仅依据水环境中水生生物急慢性毒性数据推导得到,未考虑污染物的生物有效性和生物累积性,采用该水质基准可能会对水生态系统造成欠保护。组织浓度是累积性物质生物有效性的直接体现,使用基于组织浓度的毒性数据推导水质基准进而确定水质标准,科学性更强,能更加合理、可靠地保护水生态系统。综述了甲基汞暴露最新毒性研究,在此基础上,采用物种敏感度分布法计算了甲基汞基于组织浓度的基准值为23.15 μg/kg,确定了其保护水生生物的水质基准值为0.12 ng/L,由此推导了其适合我国水环境的水生生物水质标准值为0.35 ng/L。研究结果可为甲基汞水质基准向水质标准的转化及生物累积性物质的水环境质量管理提供思路和支持。     

太湖蓝藻对Sb(Ⅴ)的生物吸附作用

利用富营养化湖泊的藻类——太湖蓝藻,对Sb(Ⅴ)的生物吸附特征进行了研究. 结果表明:藻类经0.1 mol/L盐酸处理后,对Sb(Ⅴ)的生物吸附效率大大提高. 原藻和经盐酸处理的蓝藻在1 h左右对Sb(Ⅴ)的吸附量达到平衡;Sb(Ⅴ)在原藻和经盐酸处理的蓝藻表面的吸附能力均随着pH升高逐渐减弱;原藻与经盐酸处理的蓝藻对Sb(Ⅴ)的吸附等温线符合Freundlich方程;不同离子强度的Cl-、NO₃-、SO₄2-、PO₄3-对Sb(Ⅴ)在原藻表面的吸附影响较弱,而对Sb(Ⅴ)在经盐酸处理的蓝藻表面的吸附影响显著.      

《欧盟水框架指令》下的地表水环境管理体系及其对我国的启示

《欧盟水框架指令》是欧盟制定的水环境管理政策,为其成员国的水环境管理提供了共同的目标、原则、定义和方法.自2000年颁布实施以来,该指令致力于让欧洲的水环境能够同时满足人类自身的需求和动植物群落的需要,其先进的水环境评价体系、严格的污染管理标准、科学的水生态保护理念和法律效力都在水生态环境保护领域发挥了重要作用.该研究综述了欧盟水框架指令从关注生活生产到生态保护、从单一到整体的发展历程和地表水环境管理体系的主要内容,系统总结了欧盟地表水水质评价体系、水质监测和流域综合管理政策及其管理理念先进、标准制定严格和生态保护科学和法律效力优先的特点,并对比分析我国的地表水环境质量标准和水生态环境管理现状,以期学习、借鉴和吸收国际水生态环境管理的有益经验,为我国的水生态环境管理提供新思路和新方法.