水质基准本土环节动物与水生昆虫受试生物筛选

作为水环境质量评价体系中重要的指示生物类别,水生环节动物和水生昆虫是水生生物基准研究中不可或缺的基准受试生物.参照美国水生生物基准技术指南, 选择我国广泛分布的10种本土环节动物和水生昆虫,搜集、筛选对各水生物种毒性最大的3种污染物,并进行水生生物敏感性分析. 在污染物毒性数据的物种敏感度分布中,若物种的累积概率小于30%则为较敏感,该物种可作为基准研究受试生物. 结果表明:不同生物对污染物敏感性存在差异,颤蚓对有机锡化合物、重金属,苏氏尾鳃蚓对重金属均较敏感;仙女虫、黄翅蜻、四节蜉、扁蜉对各类农药均较敏感;尾盘虫能够在一定程度上指示表面活性剂污染状况. 因此,环节动物颤蚓属、尾鳃蚓属、尾盘虫属、仙女虫属,水生昆虫黄翅蜻属、四节蜉属及扁蜉属均可作为水质基准研究中的受试生物.      

水质基准鱼类受试生物筛选

敏感受试生物的筛选是水质基准研究的关键环节,鱼类是水质基准重要的保护对象,各国在水质基准制定中都要求利用鱼类毒性数据. 依据地理分布及毒性数据丰度,筛选出我国以鲤科鱼类为主的17种本土代表性鱼类. 参照美国水质基准数据筛选原则,从ECOTOX等数据库中搜集相关毒性数据,筛选出对本土代表性鱼类毒性最大的污染物,主要包括重金属、氯酚类、分子氨及农药等,并分析污染物的物种敏感度分布,依据累积概率对鱼类的物种敏感性(累积概率<15%)进行分类. 结果表明:有10种本土代表性鱼类对污染物敏感,包括鲤科的鲤鱼(其对氰戊菊酯、福美双敏感,对二者的累积概率分别为12.50%、14.29%,下同)、草鱼(三唑磷,9.09%)、鲢鱼(甲氰菊酯,12.50%)、鳙鱼(镉,7.14%;敌敌畏,13.63%)和鲫鱼(无机汞,11.76%),以及非鲤科的泥鳅(敌敌畏,9.09%)、黄颡鱼(敌敌畏,4.55%;氧化乐果,14.29%)、黄鳝(氯氰菊酯,8.33%)、鲻鱼(硫丹,8.33%;氰戊菊酯,6.25%)和鳜鱼(分子氨,9.09%). 上述物种可作为相应污染物水质基准研究的本土敏感受试鱼类.      

水质基准甲壳类受试生物筛选

为筛选我国甲壳类基准受试生物, 依据其分布范围、 生态学意义等选出具有代表性的本土甲壳类生物, 从ECOTOX数据库及公开发表的文献中搜集其毒性数据, 采用物种敏感度分布法分别对浮游甲壳类和底栖甲壳类的物种毒性数据进行敏感性分析. 结果表明: 溞科的溞属(大型溞、 蚤状溞、 僧帽溞和透明溞)、 低额溞属(锯顶低额溞)和网纹溞属(模糊网纹溞)可作为浮游甲壳类基准受试生物; 钩虾科的钩虾属(蚤状钩虾和淡水钩虾)、 长臂虾科的沼虾属〔日本沼虾(青虾)〕和方蟹科的绒螯蟹属(中华绒螯蟹)可作为底栖甲壳类基准受试生物. 此外, 由于甲壳类生物对不同污染物的敏感性排序存在差异, 溞属(大型溞、 蚤状溞、 僧帽溞和透明溞)、 低额溞属(锯顶低额溞)、 钩虾属(蚤状钩虾)和沼虾属(日本沼虾)适用于推导重金属污染物的水生生物基准; 溞属(蚤状溞)、 网纹溞属(模糊网纹溞)、 钩虾属(蚤状钩虾和淡水钩虾)、 绒螯蟹属(中华绒螯蟹)适用于推导各种有机污染物和氨氮的水生生物基准.      

稀有鮈鲫物种敏感性及其在生态毒理学与水质基准中的应用

物种敏感性分析是水质基准及生态毒理学研究的关键环节,稀有鮈鲫（Gobiocypris rarus）作为我国鲤科鱼类的代表性受试鱼种,其对环境污染物的敏感性受到了国内外广泛关注.通过搜集稀有鮈鲫急性毒性数据,使用物种敏感度分布法比较分析稀有鮈鲫对15种典型环境污染物的敏感性,主要包括重金属（Zn2+、Cu2+、Cr6+、Hg2+）、VOCs（三氯乙烯、四氯乙烯、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯）、苯胺类有机物（对氯苯胺、3,4-二氯苯胺）、含氯消毒剂（三氯异氰尿酸）和农药类有机物（毒死蜱、丁草胺、乙草胺、三唑酮）,并对稀有鮈鲫在水质基准和生态毒理学研究中作为本土受试生物的适用性进行了讨论.结果表明:稀有鮈鲫对各类环境污染物的敏感性普遍较高（平均累积概率为46%）,尤其对重金属和农药类有机物反应灵敏,其中对农药类有机物最为敏感（平均累积概率为26%）,表明稀有鮈鲫可作为潜在的水质基准研究的受试生物和水质监测指示生物.在鱼类敏感性排序中,鲤科鱼类对各类环境污染物较为敏感,其中小型鲤科鱼类——稀有鮈鲫在鱼类敏感性排序中位置稳定,对大多数污染物的敏感性超过斑马鱼、黑头呆鱼、日本青鳉等国际标准试验鱼种,并且具有本土性、易人工繁育、生物背景清晰等优点,表明稀有鮈鲫是现阶段我国水质基准及生态毒理学研究的潜在本土受试生物.      

基于非靶向物种保护的农药水环境基准及排放限值研究

我国农药行业的水污染排放管理长期以来缺乏对特征污染物的控制要求,特征污染物产生、处理和排放的数据基础也非常薄弱.鉴于农药活性成分对作用对象极其敏感但又具有高选择性的特点,可以立足于对敏感作用对象以外的水生生物加以充分保护的思路,建立基于非靶向物种保护的农药水环境急性基准,作为我国现阶段农药排放限值的推导基础.基于对几十种农药活性成分毒性数据的分析,将物种毒性数据敏感度变化最显著的位序点（累积概率在5%~30%之间）作为“靶向物种”与“非靶向物种”累积概率的分割点,提出保护非靶向物种目标的水质基准计算方法,并以毒死蜱为例,应用物种敏感度分布曲线法对特征污染物毒死蜱水质基准值进行示例推导.筛选出无脊椎动物、脊椎动物和植物等9门39科59种共109个急性毒性数据,经计算得出,毒死蜱对我国水生生物的HC_t（靶向物种的危害浓度）为4.35 μg/L,基于HC_t得到的毒死蜱排放限值为20 μg/L,与美国农药工业水污染物排放指南与排放标准中毒死蜱对现源的日最大排放限值（经换算为8 μg/L）较为接近.研究显示,基于非靶向物种保护的农药水环境基准方法推导的排放限值与发达国家排放控制要求接近,通过有效的污染控制技术可以实现,具有可达性.      

五种底栖动物对优控污染物的敏感性评价

参照美国水生生物基准技术指南以及欧盟、美国和中国优控污染物名录,搜集、筛选了伸展摇蚊、日本沼虾、河蚬、霍甫水丝蚓和泥鳅等5种代表性淡水底栖动物的优控污染物生物毒性数据,通过数据分析,筛选出对淡水底栖动物毒性最大的10种优控污染物,主要包括有机氯农药和重金属两大类.对筛选得到的10种优控污染物的物种敏感度分布进行了分析,结果表明伸展摇蚊与泥鳅对有机氯农药较为敏感,具有作为相关农药污染的指示生物以及水质基准研究的受试生物的潜力.     

实测/预测辽河铬(Ⅵ)水生生物基准与风险评估

该研究对辽河流域重金属铬(Ⅵ)的水生生物毒性数据进行搜集与筛选,推导辽河流域铬(Ⅵ)的水生生物基准值,并对辽河流域25个采样点位采集水样,测定铬(Ⅵ)的环境暴露浓度,最后对辽河流域水生生物铬(Ⅵ)暴露的潜在风险进行评估.此外,采用美国环境保护署(US EPA)物种种间关系估算模型(ICE)对辽河流域物种毒性值进行预测,并对基于预测毒性值的水生生物基准进行推导.结果表明,辽河流域基于实测毒性数据的水生生物急性基准值(CMC)为17.73μg·L-1,慢性基准值(CCC)为12.15μg·L-1;ICE模型预测的辽河流域生物毒性值推导的CMC值为13.97μg·L-1,实测CMC值与预测值比较接近,表明ICE模型可应用于水生生物基准值的预测.铬(Ⅵ)的水质分析结果表明25个采样点位水体铬(Ⅵ)浓度较低,均达到GB 3838-2002地表水质标准中铬(Ⅵ)的Ⅰ类或Ⅱ类标准,水质状况良好;然而,在对水生生物的潜在风险方面,通过生态风险评估得出7月辽河流域25个点位中环境暴露值超过慢性基准CCC值的有7个,12月超过慢性基准CCC值的有6个,表明辽河流域个别点位铬(Ⅵ)暴露可能会对水生生物产生不可接受的风险.     

我国淡水中锌的水生生物水质基准和生态风险

选取了中国常见的5种本土生物物种作为受试物种进行锌的急慢性毒理学实验,并搜集整理了其他国内外已报道的锌对中国本土物种的毒性数据,推导出锌的淡水水生生物的短期和长期水质基准。结果表明:由物种敏感度分布法(SSD)推导出的短期基准和长期基准分别为102.33,25.03μg/L,由毒性百分数排序法推导出的基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)分别为105.94,38μg/L,两种方法得出的基准值无显著差异,最终选用物种敏感度分布法得出的基准作为我国淡水中锌的水生生物基准。另外,运用商值法对我国主要水体中锌的生态风险进行评价,发现锌对水生生物的生态风险逐年升高,尤其是铅锌矿区周围水体中锌的生态风险更应引起广泛关注。     

多因子影响下铜的水质基准及生态风险

为探究特定水环境中多因子影响下的铜水质基准及生态风险,采用物种权重敏感度分布法、水效应比法和生物配体模型推导保护太湖水生生物铜的水质基准.根据推导结果,推荐采用最大浓度基准值(CMC)1.43 μg/L和持续浓度基准值(CCC)1.33 μg/L.结合水效应比法和生物配体模型,采用联合概率法评估太湖铜的生态风险.结果表明,两种方法下丰水期5%水生生物受到铜慢性毒性影响的概率分别为23.43%和39.43%,而未考虑多因子影响的风险概率为85.01%,高估了太湖铜生态风险.可见,水环境多因子对水质基准和生态风险的影响不容忽视,我国目前使用的铜标准可能无法保护特定区域的水生生物.考虑多因子影响可提高基准值推导和风险评估的科学性,避免"过保护"和"欠保护"现象.     

中美水生生物基准受试物种敏感性差异研究

我国已经系统地采用物种敏感度分布(species sensitivity distribution,SSD)法开展水生生物基准研究工作.由于水体污染物种类繁多,因此在建立我国水生生物基准的过程中面临着本土生物毒性数据缺乏的问题.本研究通过物种敏感性比较,以美国为例对采用非本土生物毒性数据来推导我国水生生物基准的可行性进行了分析.首先,以US EPA推荐的58种污染物的水生生物基准为基础,筛选出中美两国共有的且生物毒性数据满足"3门8科"要求的10种污染物:As(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)、Hg、Cu、Pb、Zn、硝基苯、对硫磷、毒死蜱、三丁基锡;然后,采用双样本Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法和重要点位(hazardous concentration for 5%of the species and 50%of the species,HC5和HC50)差异分析法对10种污染物的中美物种敏感性差异进行研究.结果表明:通过双样本K-S检验得出中美物种对Cu、毒死蜱、三丁基锡的敏感性分布存在显著性差异(P0.05);通过重要点位值进行差异比较得出中美两国Cr(Ⅵ)、毒死蜱的HC5值差异超过一个数量级,毒死蜱的HC50值差异超过一个数量级,表明有些污染物[如:Cr(Ⅵ)、毒死蜱等]的中美间物种敏感性差异较大,在这种情况下直接采用美国的生物毒性数据或基准值来保护我国的水生生物,可能会存在"欠保护"或"过保护"的风险.     

10种典型重金属在八大流域的生态风险及水质标准评价

收集了10种典型重金属在我国八大流域水体中的暴露浓度和对水生生物的急性和慢性毒性数据,分别应用概率密度重叠面积法和联合概率分布法对重金属在各流域水体中的生态风险进行评估,并与现行水质标准的评估结果进行对比.结果显示,Cu和Zn在各流域水体中生态风险均较高,现行水质标准对水生生物Cu、Zn的暴露不能实施有效的保护;Hg和Ni现行标准对水生生物存在过保护的现象;Se、As和Sb在各流域水体中生态风险均较低,现行标准对水生生物保护程度适中.建议对现行水质标准适度修改,同时增强高风险重金属监测水平,以合理有效的保护我国水生态系统安全.     

Developing sediment quality criteria for heavy metal pollution in the Le An River with equilibrium partitioning approach

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｃｔｉｎｇａｓｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙｏｒｓｏｕｒｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｐｒｏｂｌｅｍｓｅｄｉｍｅｎｔｓｍａｙｔｈｒｅａｔｅｎｔｈｅａｑｕａｔｉｃｏｒｇａ...     

武汉市水环境重金属污染的监测

采用了原子吸收法,实验监测了武汉市某工厂废水排污口所在的河流以及东湖西南湖区的水体中铜、镉、铅、锌等重金属的含量,并测了pH值,采用各项指标统计值与水生生物安全浓度指标、Ⅲ类国家水质标准逐一比较,分析水体遭受重金属污染的程度,并采用综合评价法进行水环境质量综合评价。     

“三门六科”水质基准最少毒性数据需求原则

MTDR(最少毒性数据需求)是水质基准推算中数据应用的重要原则. 以重金属Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Hg2+、Cr6+为例,在广泛搜集物种毒性数据的基础上,通过数据比较分析,初步研究了我国水生生物基准的MTDR. 结果表明:Hg2+、Pb2+和Cu2+基于“三门六科”推导的急性基准值与基于美国“三门八科”MTDR的推算结果相近,分别相差20.5%、25.2%和33.3%;Cd2+、Zn2+和Cr6+的计算结果差别较为明显,表明相对于美国“三门八科”MTDR,在我国生物毒性数据缺乏的情况下,“三门六科”MTDR对于部分污染物基本可行,但仍具有一定的不确定性. “三门六科”包括鲤科、除鲤科外的另一科鱼类(冷水鱼优先)、两栖类、浮游甲壳类、昆虫类和环节动物类.      

The biotic ligand model: a model of the acute toxicity of metals to aquatic life

The United States Environmental Protection Agency (USEPA) has established nationally applicable water quality criteria (WQC) for metals that are designed to be protective of aquatic life. However, in some instances these criteria may be over-protective as a result of natural, site-specific differences in water quality characteristics. These differences affect metal speciation and bioavailability, fundamental considerations in assessing toxicity. Laboratory studies completed during recent years have advanced the current understanding of metal chemistry in aquatic systems, including the formation of organic and inorganic metal complexes and sorption to particulate organic matter. Parallel investigations have led to an improved understanding of the physiological basis of why metals are toxic to aquatic organisms. These studies have, in combination, led to an improved understanding of how site-specific water chemistry affects bioavailability, and how metals exert toxicity at the organism site of action, at the biotic ligand in the context of the model to be described. The biotic ligand model provides a quantitative framework for assessing metal toxicity over a range of hardness, pH and dissolved organic carbon (DOC) levels. The chemical equilibrium sub-model incorporates metal-biotic ligand interactions to compute metal accumulation at the site of action (e.g., the gill of a fish) as a function of water quality. The toxicity sub-model uses this computed accumulation level as the basis for successfully predicting observed variations in toxicity associated with changes in water quality. The results highlight the potential utility of this approach to provide an alternative means of developing site-specific permit limits and WQC. The ability of the model framework to quantitatively assess the effects of hardness, pH and DOC on toxicity, in comparison to current WQC for metals that typically vary with hardness alone, is a significant advance in understanding how site-specific conditions affect the toxicity of metals.     

应用物种敏感度分布法研究中国无机汞的水生生物水质基准

基于中国的水生生物区系特征,筛选了包括植物、无脊椎动物和脊椎动物等90个水生生物的急性毒性数据,使用物种敏感度分布法探讨了各类物种的敏感度分布特征,推导了中国无机汞的水生生物水质基准.结果表明,甲壳类生物对无机汞最为敏感,Log-Slogistic3对各组数据拟合效果最佳.基于对全部数据的拟合结果,得出无机汞的急性水质基准和慢性水质基准分别是1.743和0.467μg.L-1.该基准值与其他国家使用类似统计外推法得到的基准值在同一数量级,但也存在着差异,反映了各国水生态系统物种组成的差异.中国无机汞水生生物水质基准的建立,旨在保护中国地表水生态系统中的水生生物免受无机汞的高浓度急性暴露以及低浓度慢性暴露产生的毒害效应.比较不同水体无机汞的浓度水平发现,除嘉陵江水体溶解态汞可能会对水生生物具有潜在风险外,西南地区地表水活性汞均不会对水生生物产生危害.     

Temporal trends in organophosphorus pesticides use and concentrations in river water in Japan, and risk assessment

We reviewed organophosphorus pesticide use in Japan between 1982 and 2016 using data from the National Institute of Environmental Studies. Organophosphorus pesticide concentrations in river water throughout Japan were taken from the literature, and risk assessments were performed for some organophosphorus pesticides based on risk quotients and hazard quotients. Assessments were performed for 20 common pesticides, including insecticides, fungicides, and herbicides. The amounts used decreased in the order: insecticides?>?herbicides?>?fungicides. Organophosphorus insecticide and fungicide use have decreased over the last four decades, but organophosphorus herbicide use has increased. During this period, annual organophosphorus pesticide use was the highest for chlorpyrifos (105,263?tons/year) and the lowest for glyphosate-sodium (8?tons/year). The ecotoxicological risk assessment indicated that diazinon and fenitrothion posed strong risks to the Japanese aquatic environment, and chlorpyrifos and malathion have moderate risks. None of the pesticides that were assessed posed significant risks to humans. Continued use of organophosphorus pesticides in Japan may cause strong risks to aquatic environments. These risks should be reassessed periodically.