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.      

锑对甘蓝的毒性阈值研究

为丰富完善我国土壤中Sb（锑）对植物的毒理学数据并为土壤Sb生态基准的制定提供依据,参照国际标准化组织颁布的植物毒性试验的标准方法（ISO 11269-2:2013）,以外源添加的方式研究了我国17种典型土壤中Sb对甘蓝早期生长生物量的影响.结果表明:①基于全量Sb推导的甘蓝的毒性阈值EC₁₀（10%抑制效应浓度）变化范围为100.55~656.65 mg/kg,表明不同土壤中Sb的毒性差异显著,但基于有效态Sb（Na₂HPO₄溶液提取）推导的不同土壤中EC₁₀的变化范围为8.28~24.05 mg/kg,其EC₁₀差异有所减小;②相关性分析表明,基于土壤全量Sb推导的EC₁₀与w（OM）（OM为有机质）、w（TN）（TN为全氮）和CEC（阳离子交换量）均呈显著正相关（相关系数为0.746~0.779）,而基于有效态Sb推导的EC₁₀与w（Fe）和w（Mn）呈显著正相关（相关系数为0.479~0.615）;③多元回归分析进一步表明,土壤pH、w（OM）和CEC可以解释基于全量Sb推导的EC₁₀值74.6%的变异,w（OM）和w（Mn）可以解释基于有效态Sb推导的EC₁₀值62.6%的变异.研究显示,Sb的Na₂HPO₄提取态能在一定程度上解释不同土壤中Sb对甘蓝的毒性差异,pH、w（OM）、CEC和w（Mn）是影响Sb对植物毒性的土壤主控因子,可以较好地预测Sb的毒性阈值.      

我国典型土壤中铜对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值及其预测模型

为确定我国土壤中Cu对白符跳的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加的方式研究了我国9种典型土壤（江西红壤、安徽黄棕壤、重庆紫色土、云南黄红壤、湖南水稻土、山东潮土、黑龙江黑土、新疆灰漠土、陕西垆土）中Cu对模式生物——白符跳（Folsomia candida）存活率与繁殖率的影响.结果表明:白符跳存活率对Cu毒害的敏感性远低于繁殖率.9种土壤中基于w（TCu）实测值推导的土壤Cu对白符跳繁殖率的EC₅₀（半数效应浓度）变化范围为65~668 mg/kg,表明不同土壤中Cu的毒性阈值差异显著,但基于w（Cu_Ca）（Cu_Ca为CaCl₂溶液提取的Cu）推导的不同土壤中EC₅₀的差异有所减小.相关性分析表明,基于w（TCu）实测值推导的EC₅₀值与土壤pH、w（CaCO₃）均呈显著正相关,相关系数分别为0.801和0.670.进一步利用回归分析建立了基于pH和w（OM）的土壤Cu对白符跳繁殖的EC₅₀预测模型——lg（EC₅₀）=0.213+0.288pH+0.016 w（OM）,基于该模型预测与推导的EC₅₀值之间相关性较好.研究显示,氯化钙提取态Cu的存在能在一定程度上解释不同土壤中Cu对白符跳繁殖的EC₅₀值的差异,pH和w（OM）可较好地预测不同土壤中Cu对白符跳繁殖的EC₅₀值.      

pH对沉积物中五氯酚毒性的影响及其质量基准值推导

PCP（pentachlorophenol,五氯酚）是一种可电离有机化合物,pH会影响水体中PCP的毒性.为准确评估沉积物中PCP的生态风险,通过研究不同pH下沉积物中PCP对河蚬（Corbicula fluminea）、泥鳅（Misgurnus anguillicaudatus）、伸展摇蚊（Chironomus riparius）等底栖生物的毒性效应,探讨沉积物中PCP生物毒性与pH的关系.基于毒性试验结果和搜集筛选文献中报道的PCP生物毒性数据,利用物种敏感度分布法推导PCP沉积物质量基准,进而对我国淡水水体沉积物中PCP风险进行评估.结果表明:①沉积物中PCP对底栖生物的毒性均随pH的升高而降低,pH为6.5~8.5时,沉积物中PCP对河蚬、泥鳅、伸展摇蚊的96 h-LC₅₀值分别为2.99~7.64、8.05~8.76、10.50~22.30 μg/g;对泥鳅的30 d-LC₁₀值为0.26~0.80 μg/g,对伸展摇蚊的21 d-EC₁₀值为0.28~0.54 μg/g.②推导获得PCP依赖于pH的沉积物质量基准函数,即CMC_sed（急性基准值）=e0.204pH-2.96、CCC_sed（慢性基准值）=e0.204pH-5.85,当pH为7.0时,CMC_sed、CCC_sed分别为0.217、0.012 μg/g.③我国主要淡水河流、湖泊沉积物中99.0%的采样点w（PCP）低于该研究推导的CCC_sed,仅有1.0%的采样点w（PCP）介于CCC_sed与CMC_sed之间.研究显示,我国主要淡水水体沉积物中PCP总体风险较低,个别地区沉积物中PCP可能存在潜在的生态风险,需要引起重视.      

土壤中三价锑的老化对秀丽隐杆线虫毒性的影响

为明确老化过程对土壤外源三价锑〔Sb(Ⅲ)〕毒性的影响,结合土壤中Sb的化学分析和生物毒性测试,以模式生物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)为测试生物,研究经Sb(Ⅲ)处理后老化7和56 d的2种土壤(安徽黄棕壤和新疆灰漠土)中不同价态Sb浓度、可提取态Sb浓度以及对线虫生长、生育、繁殖毒性的变化. 结果表明:①经Sb(Ⅲ)处理后老化56 d的安徽黄棕壤和新疆灰漠土中Sb(Ⅴ)的占比均显著高于老化7 d的土壤,与安徽黄棕壤相比,新疆灰漠土中Sb(Ⅲ)能更快地转化为毒性较低的Sb(Ⅴ). ②相较经Sb(Ⅲ)处理后老化7 d的土壤,经56 d老化的安徽黄棕壤和新疆灰漠土中可提取态Sb浓度分别下降了9.3%~36.8%和3.3%~47.0%. ③经Sb(Ⅲ)处理后老化56 d的安徽黄棕壤和新疆灰漠土对线虫生长毒性的EC₅₀(50%效应浓度)值较老化7 d的土壤分别提升1.7和2.3倍,对线虫生育毒性的EC₅₀值分别提升1.1和2.4倍,对线虫繁殖毒性的EC₅₀值分别提升1.2和1.9倍. 研究显示,老化过程可降低土壤中可提取态Sb浓度和毒性较高的Sb(Ⅲ)占比,导致外源Sb(Ⅲ)对线虫毒性的减弱,pH、有机质含量以及铁锰铝氧化物含量对土壤中Sb(Ⅲ)氧化和Sb吸附过程的影响导致外源Sb(Ⅲ)老化效应以及对线虫毒性的差异.      

我国15种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型

为了确定我国土壤中菲(Phe)对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值并建立其预测模型，以外源添加的方式研究了我国15种典型土壤中Phe对白符跳存活率与繁殖率的影响.结果表明：(1)白符跳繁殖率对Phe毒害的敏感性远高于存活率，基于混合有机溶剂(正己烷与丙酮的体积比为1∶1)提取的Phe实测值推导的繁殖率的EC₅₀(半数效应浓度)范围为21.09～99.50 mg/kg，不同土壤中的EC₅₀最大值是最小值的4.72倍；基于HPCD(羟丙基-β-环糊精)提取的Phe实测值推导的繁殖率的EC₅₀范围为18.31～48.26 mg/kg，不同土壤中的EC₅₀最大值是最小值的2.63倍.(2)对白符跳繁殖的EC₅₀与土壤理化性质进行Pearson相关性分析表明，EC₅₀与土壤有机质含量、黏土颗粒占比均呈显著正相关，相关系数分别为0.923、0.656；与土壤pH呈显著负相关，相关系数为-0.590.(3)利用多元逐步回归分析方法对白符跳繁殖的EC     

土壤锑胁迫下赤子爱胜蚓在个体和细胞水平的毒性效应

随着锑(Sb)矿的开采,Sb及其化合物对矿区周围生物暴露风险增大,Sb污染研究在国内外日益受到重视. 为阐明矿区Sb污染土壤对周边生物的毒性效应,本文通过向人工土壤添加焦锑酸钾(KSbO₆H₆)模拟受污染土壤,分别探究了Sb对土壤无脊椎模式生物——赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)存活、Sb富集、总蛋白、抗氧化系统酶、丙二醛(malondialdehyde, MDA)的影响,并利用生物标志物响应指数(biomarker response index, BRI)对Sb胁迫下蚯蚓的毒性效应进行综合评价. 结果表明:①蚯蚓死亡率与土壤Sb浓度和暴露时间剂量效应关系明显,经计算蚯蚓56 d LC₅₀为4 380.37 mg/kg. ②蚯蚓对Sb仅有少量吸收,最高处理组(12 800 mg/kg)在暴露56 d后Sb富集量仅为213 mg/kg. ③超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)、MDA在暴露28 d内呈现先升高后降低的倒“U”型变化,过氧化氢酶(catalase, CAT)总体呈现“上升—下降—上升—下降”的变化趋势;总蛋白随时间和处理水平增加呈现不断下降趋势. ④在暴露期间共计24个含Sb处理组中,20个处理受到中等及以下水平健康影响,仅有4个处理组BRI小于2.5,属于严重健康影响. 研究显示,总蛋白、SOD、CAT、POD、MDA均对Sb比较敏感,Sb对赤子爱胜蚓的毒性效应不强,该研究结果可为我国土壤Sb污染提供关键毒理学数据.      

根据SSD推导PFOS沉积物质量基准及其在生态风险评估中的应用

沉积物中蓄积的PFOS（perfluorooctane sulfonate,全氟辛烷磺酸）对水体生态环境具有潜在的危害.为了合理评估沉积物中PFOS的危害,探究了沉积物中PFOS对摇蚊（Chironomus kiiensis）、钩虾（Hyalella azteca）、霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等底栖生物的毒性效应;同时,以毒性试验结果和搜集的PFOS相关毒性数据为基础,利用SSD（species sensitivity distributions,物种敏感度分布法）推导PFOS沉积物质量基准;最后,将基准值与从文献中搜集得到的我国七大水系沉积物中w（PFOS）进行比较,以评估PFOS风险.结果表明:①沉积物中PFOS对摇蚊的毒性效应最为显著,其96 h、10 d、21 d毒性试验中LC₅₀分别为0.894、0.770和0.536 μg/g（以干质量计,下同）;10 d毒性试验中w（PFOS）最高值为156.5 μg/g时,钩虾未出现显著死亡,21 d毒性试验中LC₅₀为70.5 μg/g;在w（PFOS）最高值分别为112.4和76.4 μg/g的10和21 d毒性试验中,霍甫水丝蚓均未出现显著死亡.②沉积物中PFOS的CMC_sed（急性基准值）为28.6 μg/g,CCC_sed（慢性基准值）为0.060 μg/g.③我国七大水系96.0%的沉积物中w（PFOS）低于CCC_sed;其余的沉积物中w（PFOS）高于CCC_sed但低于CMC_sed,这些采样点主要分布在黄河中下游和长江下游.研究显示,我国七大水系沉积物中PFOS总体风险较低,但黄河中下游和长江下游沉积物中蓄积的PFOS可能具有潜在的风险,需要给予更多的关注.      

SSD法对西南碳酸盐岩母质区稻田土壤镉污染类型划分研究

在我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域存在现行农用地土壤镉（Cd）污染风险管控标准值偏严的现象,表现为土壤中Cd含量超标而农产品中Cd无安全风险.针对该现实问题,在基于该地区稻米-土壤协同调查数据的基础上,充分考虑了土壤理化性质,通过分析样品中Cd的富集系数（BCF）并利用物种敏感性（SSD）分布模型,对Cd毒性剂量-效应关系进行拟合,最终反推出在不同pH下适用于典型碳酸盐岩类成土母质农用地土壤Cd污染的风险筛选值和管控值.结果表明:当土壤pH在5.5 < pH ≤ 6.5范围时,基于保护90%及10%的水稻品种安全所得的土壤Cd毒性阈值分别为HC₁₀=0.34 mg/kg和HC₉₀=2.00 mg/kg;在pH ≤ 5.5、6.5 < pH ≤ 7.5、pH > 7.5这3个pH条件下,HC₁₀分别为0.22、0.68和0.80 mg/kg,HC₉₀分别为1.64、4.80和9.20 mg/kg,当土壤中Cd含量低于HC₁₀时,表明稻米安全风险较低;当土壤中Cd含量介于HC₁₀~HC₉₀之间时,表明稻米安全具有一定风险,应对稻田土壤采取安全利用措施;当土壤中Cd含量超过HC₉₀时,表明稻米安全具有极高风险,应对稻田土壤采取严格管控措施.研究显示,我国西南地区典型碳酸盐岩母质区域农产品超标点位主要集中于5.5 < pH ≤ 6.5范围内,表明土壤pH对稻米Cd的富集效应有较大影响,在酸性条件下其富集效应更为显著.      

土壤铅镉铬暴露下赤子爱胜蚓的回避行为和急性毒性

为了评价土壤重金属污染的生态毒理学效应,根据OECD(经济合作与发展组织)试验指南,研究了人工土壤中Pb、Cd、Cr暴露下赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的回避行为和急性毒性. 回避试验结果表明:赤子爱胜蚓产生完全回避反应的土壤w(Pb)、w(Cd)、w(Cr)分别为2 000、120、120 mg/kg. 急性毒性试验的结果表明,土壤Pb、Cd、Cr对赤子爱胜蚓14 d LD₅₀(半数致死浓度)的分别为2 526.05、362.83、229.44 mg/kg. 在检测Pb、Cd和Cr污染土壤时,赤子爱胜蚓回避试验的灵敏度要高于急性毒性试验. 该研究结果揭示出,赤子爱胜蚓的回避行为指标能够成为土壤生态系统风险评价和毒性效应研究的生物标志物预警指标.      

有机锡化合物对萝卜螺的毒性作用

研究了氯化三丁基锡（ＴＢＴ）对折叠萝卜螺Ｒａｄｉｘｐｌｉｃａｔｕｌａ的毒性作用,结果表明,ＴＢＴ对萝卜螺的９６ｈ半数数致死浓度（ＬＣ５０）为１．１７μｇ／Ｌ,在４０ｄ中,ＴＢＴ对萝卜螺放卵量的ＥＣ５０为０．１０μｇ／Ｌ,螺卵孵化率的ＬＣ５０为０．１７μｇ／Ｌ。     

Cu2+和Cd2+对斑马鱼胚胎早期发育的联合毒性

采用斑马鱼胚胎早期发育技术,测定Cu2+和Cd2+ 2种重金属对胚胎发育的毒性效应. 以24 h致死和72 h胚胎孵化抑制为毒性终点,2种重金属的剂量-效应曲线可用Weibull函数或Logit函数有效描述,由最佳拟合函数计算得出半数致死浓度(LC₅₀)或半数效应浓度(EC₅₀)为毒性效应的评价标准,2个毒性终点的重金属毒性大小顺序均为Cu2+>Cd2+. 应用浓度加和(CA)与独立作用(IA)2种模型,对72 h孵化抑制率的无观测效应浓度(NOEC)配比混合物的联合毒性作用进行了预测,通过混合物试验观测数据的95%置信区间与CA模型和IA模型预测的剂量-效应曲线进行比较分析表明,2种模型都可以有效预测斑马鱼胚胎孵化的联合毒性.      

锑的表生地球化学行为与环境危害效应

锑(Sb)是一种典型的有毒有害重金属元素。由于自然过程和人为活动的影响,锑及其化合物广泛分布于大气、土壤、水体等表生环境中,锑的环境污染日益严重。Sb不是植物必需元素,但能够被植物体及农作物吸收。Sb对人体和动物体产生慢性毒性及潜在致癌性。本文主要通过分析Sb的主要矿物、锑及其化合物在表生环境中的分布与迁移特性,来阐述人体可能的锑暴露途径及由此产生的环境危害效应。     

老化土壤中铅对赤子爱胜蚓生长及繁殖的影响

采用赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)为测试生物,人工土壤为测试介质,Pb(NO3)2为土壤污染物,研究土壤老化对赤子爱胜蚓生长及繁殖的影响.结果表明,与对照组相比,污染土壤中赤子爱胜蚓体重随土壤中Pb(NO3)2浓度的升高呈现降低的趋势.Pb(NO3)2在人工土壤中老化0、7、28和84 d后,不同老化时间,Pb(NO3)2抑制赤子爱胜蚓的生长也不相同,影响最明显的是1 000 mg·kg-1和1 500 mg·kg-1试验组.不同老化时间的Pb(NO3)2对赤子爱胜蚓繁殖的影响有很大差异,其产茧量的半数有效浓度(EC50)分别为1 085.10、1 163.32、1 666.86和1 606.94 mg·kg-1;幼蚓孵化量的EC50分别为700.01、703.88、1 031.34和1 017.89 mg·kg-1.Pb(NO3)2在人工土壤中经过不同老化时间后,其对赤子爱胜蚓生长及繁殖的影响有很大的差异,这种差异影响到对土壤Pb(NO3)2污染的毒性评估,因此,进行Pb(NO3)2毒性试验时应考虑其在土壤中的老化作用.此研究结果可为老化土壤中污染物的生态风险评估以及土壤环境质量标准的制定提供科学依据.     

水中五氯酚钠对发光细菌毒性测定的影响因素

应用发光细菌检测法,考察了不同的影响因素对水体中典型的有机污染物五氯酚钠的生物毒性测定结果的影响.结果表明,五氯酚钠对发光细菌的EC₅₀值随着pH值和硬度的增加而增加;五氯酚钠的15 min EC₅₀和20 min EC₅₀基本相符;与水体中相同浓度的常规有机污染物相比,五氯酚钠表现出更强的毒性,实验中常规有机污染物的存在对五氯酚钠毒性测定的结果影响较小.原水毒性检测实验显示一定毒性(相对发光率降低14%),原水水质对测定结果影响程度与去离子水相似.     

某制药废水对发光细菌急性毒性的评价研究

采用发光细菌法测试某制药厂废水处理站工艺流程中5个节点废水的急性毒性.地下调节池水样EC50为3.44%,TUa为29,LID为625,为极强/高毒废水;地上调节池水样EC50为2.46%,TUa为41,LID为244,为极强/高毒废水;中间沉淀池水样EC50大于100%,LID=10,毒性较弱;二级沉淀池和总排放出口的废水EC50均大于100%,且LID均为1,无毒性.结果表明,现有处理工艺流程有效降低了制药废水对发光细菌的急性毒性,总排出口废水对发光细菌已经没有可见的生物毒性,达到相关制药废水排放标准.同时发现,低浓度废水对发光细菌的发光度不但没有抑制,反而有一定的增强作用.