种间关系预测(ICE)模型在水质基准研究中的应用

水质基准研究主要是基于物种的实验室测试的毒性数据开展的。对于一些毒性数据相对缺乏的化学品,水质基准研究就会受到一定的影响。本文从水质基准研究方法的角度,阐述了种间关系预测(ICE)的基本原理和基本方法,系统介绍了ICE模型的毒性预测方法在水质基准研究中的应用,并通过锌的ICE案例研究证明了模型在中国的可利用性。同时,对ICE模型的不确定性和适用性进行了分析。最后,对ICE模型存在的问题和未来的发展方向进行了探索和展望。

应用ICE和PCA方法评价硝基芳烃的综合毒性

应用种间相关估算(ICE)方法预测50种硝基芳烃缺失的生物毒性数据,对通过ICE计算获得的各种生物毒性数据进行主成分分析(PCA),计算综合毒性因子(ITI),进行综合毒性评价.结果表明,除了黄瓜种子发芽抑制毒性以外,其他各种生物毒性都在1%的显著水平上呈显著的线性正相关.硝基芳烃的这些生物毒性机制基本相似,因此应用ICE方法预测其毒性数据是可行的.QSAR分析表明,ITI与分子最低未占轨道能Elumo有显著的相关性,r=0.869,表明亲电反应性是硝基芳烃的各种生物毒性所综合反映的主要致毒机理.基于ICE和PCA方法计算得到的ITI与基于QSAR和PCA方法计算得到的ITI的大小趋势具有一致性,ICE与PCA方法的联合应用可以成功地评价和预测硝基芳烃的综合毒性.

结合生态毒性数据和外推模型推导乙二醇的海洋生物水质基准

乙二醇是海洋油气开发行业的重点关注污染物,作为水合物抑制剂使用并随生产水持续大量排放入海,其生态风险不容忽视。本研究在对乙二醇的水生生物毒性数据进行收集、筛选和评价的基础上,有针对性地选取关键营养级典型海洋模式生物黑点青鳉(Oryzias melastigma)和日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus)开展毒性实验,并利用种间相关估计模型(interspecies correlation estimation model,ICE)预测了乙二醇对4种我国本土海洋生物的急性毒性。在此基础上,应用物种敏感度分布法(species sensitivity distribution approach,SSD)和最终急-慢性毒性比法(final acute-chronic toxicity ratio method,FACR)使用我国本土水生生物毒性数据推导了乙二醇的海洋生物水质基准。结果显示,基于毒理学实验数据和ICE模型预测数据推导的乙二醇短期海洋生物水质基准为2498 mg·L^(-1),与仅基于毒理学实验数据推导的结果(2263 mg·L^(-1))接近;基于短期海洋生物水质基准,利用FACR方法推导的乙二醇长期海洋生物水质基准分别为313 mg·L^(-1)和284 mg·L^(-1)。结果表明,ICE模型和FACR方法应用于乙二醇的海洋生物水质基准推导具有较强的可行性。研究结果有望为乙二醇海洋环境管理目标的设定提供科学参考。

基于种间关系预测评估稻菜轮作区地表水中吡虫啉的生态风险

吡虫啉(imidacloprid)在我国(亚)热带地表水体中频繁被检出,然而因本土水生生物相关毒理学数据严重缺乏,目前关于其在热带常见作物系统周围水体中生态风险的评估明显不足。本研究基于网络种间关系预测(web-interspecific correlation estimation,Web-ICE)结合物种敏感度分布(species sensitivity distribution,SSD)曲线,通过获取本地水生生物急性毒性风险阈值——5%物种危害质量浓度(HC_(5)),利用风险商值法(risk quotient,RQ),评估了吡虫啉在海南省澄迈县稻菜轮作区地表水中的生态风险。结果表明:海南省澄迈县稻菜轮作区地表水中吡虫啉的HC_(5)值为4.30μg/L,其中有41.7%水样的RQ值高于1,且中位数和最大浓度对应的RQ值明显高于我国其他区域地表水,表明吡虫啉残留对所研究区域地表水中水生生物具有较高的潜在生态风险;在稻菜轮作过程中,4月份作物播种期(92.3%水体RQ>1)、蔬菜种植期(平均RQ=2.53,68%水体RQ>1)和澄迈中部区域水体中的吡虫啉呈现较高的生态风险,表明吡虫啉长期/脉冲输入造成其生态风险具有显著的时空和作物特征,因此需对该农药在该区域稻菜轮作实践中进行分种植期、分区域合理使用和限制使用。

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.