基于梯度提升回归树的有机污染物生物-沉积物积累因子预测模型

生物-沉积物积累因子(BSAF)是评价底栖无脊椎生物对有机污染物生物积累能力的重要参数,是由化合物、底栖环境与无脊椎生物之间的三相作用决定的。现有模型通常采用线性算法研究化合物BSAF与化合物理化性质的关系,忽略了由于环境-生物-化合物相互作用引发的非线性影响,导致线性模型拟合和预测能力有限。本研究基于理化性质(PCP)和分子指纹(ECFP)描述化合物特征,结合环境样点和生物特征,采用梯度提升回归树(GBRT)的非线性算法,分别构建了底栖生物体内积累因子的GBRT-PCP和GBRT-ECFP预测模型,并与利用岭回归算法构建的线性模型进行比较。结果表明,GBRT模型训练集决定系数(R 2)均为0.97,验证集R 2为0.82~0.83,表明GBRT模型的拟合优度和预测能力显著优于岭回归模型(训练集和验证集R 2分别为0.38~0.56和0.38~0.52)。沉积物有机碳含量对生物-沉积物积累因子的影响呈波动下降趋势,脂质含量呈先波动上升而后下降趋势。GBRT-PCP模型结果表明,化合物疏水性(log K_(OW))对生物积累影响呈先平稳后上升而后下降趋势,吸附性(log K_(OC))对生物积累呈波动下降趋势。总体上,具有中等log K_(OW)(6.8~8.2)和中等log K_(OC)(4.4~5.2)的化合物易于积累在生物组织。GBRT-ECFP模型阐明了稠环、芳香环、醚键、C—Br键、联苯键等结构是影响生物积累的关键子结构,该模型基于分子指纹结构可实现对化学品生物积累的高通量预测。本研究建立的模型为化学品生态风险评价和管理决策制定提供理论依据和方法参考。

上海大莲湖湿地和江湾湿地沉积物特性对比评价

以上海大莲湖湿地和江湾湿地的沉积物为研究对象,分别在2011年4月、8月、11月采集沉积物,测定沉积物的pH值、密度、含水率、有机质、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)、速效氮、速效磷.结果表明,大莲湖湿地沉积物的有机质含量(38.96～120.19 g/kg)>江湾湿地(20.74～94.64 g/kg),大莲湖湿地的TN含量(13.25～26.93 g/kg)>江湾湿地(5.73～13.56 g/kg),大莲湖湿地的速效氮占总氮的比例(3.28%)>江湾湿地(1.62%),大莲湖湿地的速效磷占总磷的比例(3.88%)>江湾湿地(2.57%).沉积物理化指标相关性分析和主成分分析结果表明,大莲湖湿地沉积物密度与有机质、有机质与速效氮分别呈极显著相关性.江湾湿地与大莲湖湿地沉积物的养分含量对比结果显示,大莲湖湿地沉积物比江湾湿地更有利于湿地植物的生长和生态系统的恢复.

河蚬对太湖梅梁湾沉积物中HCHs和DDTs的生物富集

以采自清洁水体的河蚬（Corbicula fluminea）为实验生物，利用生物富集实验测试了河蚬对太湖梅梁湾水源地沉积物中HCHs和DDTs的生物富集。研究结果表明，将河蚬暴露于有机氯农药污染程度相似的太湖梅梁湾沉积物中（HCHs和DDTs浓度分别为1.5～1.8 ng/g （以干重计）和1.1～1.7 ng/g （以干重计））后，随着暴露时间的延长（24～168 h），河蚬对有机氯农药的富集量随着暴露时间逐渐增加。试验结束时各样点中河蚬对HCHs和DDTs的富集量分别为（9.4±2.2）ng/g （以干重计）、（20.7±7.6）ng/g（以干重计）。实验水体沉积物中HCHs和DDTs的生物沉积物富集因子（BSAF）分别为1.5±0.1和4.4±0.7。生物-沉积物富集因子（BSAF）与有机物的辛醇-水比值（Kow）存在显著正相关。

淮河信阳和淮南段沉积物中PCBs的生态风险评估

测定了57种多氯联苯同系物在淮河信阳和淮南段水体沉积物、鲤鱼(Grass Carp)和三 油酸甘油酯半渗透膜生物模拟采样器(Triolein-SPMD)中的浓度.结果表明,Triolein-SPMD和 鲤鱼对沉积相多氯联苯的富集有显著相关性.利用Triolein-SPMD得到的三油酸酯/沉积物富 集因子(TSAF)和利用鲤鱼得到的生物/沉积物富集因子(BSAF)在数值上基本相同.

河蚬对太湖梅梁湾沉积物多环芳烃的生物富集

以采自清洁水体的河蚬(Corbicula fluminea)为实验生物,利用生物富集实验测试了河蚬对太湖梅梁湾水源地沉积物中多环芳烃的生物富集.研究结果表明:将河蚬暴露于多环芳烃污染程度不同的太湖梅梁湾沉积物中(PAHs总含量分别为991.4～1210.9ng.g-1(以干重计),平均为1101.0ng.g-1),暴露7d后各样点中河蚬对PAHs的富集量为233.5～342.6ng.g-1,其中2、3、4环PAHs分别占总含量的23.5%±4.9%、26.2%±4.4%和46.6%±8.5%;含量最高的4种多环芳烃依次为芘、萘、菲和荧蒽,它们所占的比例分别为29.4%±8.2%、23.5%±4.9%、14.6%±6.1%和12.5%±3.6%.河蚬对多环芳烃的生物-沉积物生物富集因子(BSAF)为0.09～0.44,低分子量多环芳烃的BSAF要比高分子量多环芳烃的BSAF值高,其中芘、萘、菲和荧蒽的BSAF值分别为0.09±0.04、0.24±0.04、0.44±0.23和0.19±0.09.

唐山湾三岛海域综合整治工程海洋环境变化研究

论文选择水质因子、沉积物因子和生态环境因子进行监测,对唐山湾三岛海域菩提岛综合整治工程环境影响进行综合评价。结果表明:整治工程附近海域水质监测评价因子均满足II类海水水质标准,与整治工程前相比,该海域的水质状况要略优于工程前水质状况;整治工程附近海域沉积物质量均满足I类沉积物质量标准,与整治工程前相比,该海域的沉积物质量状况较稳定,海域沉积物质量良好;整治工程海域生态环境的种类组成、数量分布均未出现异常现象,虽然浮游植物和浮游动物的种类结构和密度整体受工程扰动有一定影响,但随着水环境的改善逐渐趋于稳定,构建起基本稳定的生态系统;整治工程对工程海域水质环境改善有积极作用,有助于改善本海域海洋环境质量状况。

铜锈环棱螺对沉积物中重金属的生物积累及其与重金属赋存形态的关系

以铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)为测试生物,采用28d沉积物生物积累试验研究铜锈环棱螺对污染河流沉积物中重金属的生物积累,并探讨其与重金属赋存形态的关系.结果表明:铜锈环棱螺肝胰脏对Cd、Pb、Cu、Cr、Zn和Mn均具有较强的积累作用.不同重金属的积累量存在较大差别,Zn的积累量最多,占重金属总积累量的84.32%±4.36%,其次为Cu,占7.67%±2.84%;Pb、Cr和Mn的比例相对较少,分别为3.62%±1.84%、2.22%±1.03%和1.33%±0.15%;Cd所占比例最少,为0.83%±0.53%.肝胰脏中重金属元素之间的相关性均不显著.肝胰脏金属污染指数与沉积物污染综合指数具有显著的正相关关系,铜锈环棱螺可以作为沉积物重金属污染的监测生物.不同沉积物Cd、Cr、Zn和Mn的生物-沉积物积累因子(BSAF)具有较大的差异,Cu和Pb的BSAF比较稳定.Cd的生物积累与沉积物中Cd的可交换的与酸可溶态及可氧化态显著相关;Pb的生物积累与Pb的可还原态显著相关;Cu的生物积累与Cu的可氧化态显著相关;Mn的生物积累与Mn的可交换的与酸可溶态和可还原态显著相关;Cr和Mn的生物积累与其不同形态和总量均不相关.BSAF不宜作为衡量铜锈环棱螺对沉积物中重金属生物积累能力的指标.

北部湾潮间带沉积物和双壳类动物中的重金属:污染特征与生物积累

环北部湾经济的迅猛发展对沿岸生态环境的人为干扰日益增强,其中潮间带受到的影响更大.研究该区域沉积物的重金属污染特征、来源及生物积累程度,对于北部湾的环境保护及管理十分重要.2011年10月,对北部湾潮间带13个站位的沉积物中7种重金属(Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、As)、Al及总有机碳(TOC)含量和细颗粒(<63μm)比例进行测定,同时测定2种双壳类动物(波纹巴非蛤Paphia undulate和文蛤Meretrix meretrix)软组织中重金属含量.通过计算富集因子(EF)和生物-沉积物积累因子(BSAF),对沉积物中每种重金属的来源和生物积累潜力进行分析.结果表明,与世界其他海域相比,北部湾潮间带沉积物中重金属整体污染水平较低,但站位间差异明显;沉积物中的Cd、Pb、Zn、Cu主要来自人为污染,Cr、As和Hg则主要来自天然来源.双壳类动物体内重金属含量在站位间存在较明显差异,波纹巴非蛤和文蛤BSAF值由大到小依次为Cd(861%,1028%)>Zn(281%,369%)>Hg(243%,222%)>Cu(125%,169%)>As(38%,42%)>Cr(37%,23%)>Pb(3.3%,2.2%);两种生物对Hg、As的积累程度差异不大,波纹巴非蛤对Pb、Cr的积累程度明显高于文蛤,对Cu、Zn、Cd的积累程度则明显低于文蛤.Pearson相关性分析表明,在粒径小、有机质多的沉积物中,多数重金属的生物可利用性降低,不易被双壳类动物吸收利用.

互花米草治理工程对大型底栖动物群落结构的影响:以上海南汇边滩为例

互花米草是中国海岸带典型的入侵植物,清除互花米草已成为中国重要的海岸带生态修复任务。刈割+翻耕是当前互花米草治理的主要方法之一。为评估该方法对滨海盐沼生态系统大型底栖动物的影响,本研究于2021—2022年9—12月,即南汇边滩生态修复工程开展互花米草物理治理前后的两年间对工程区域内12个采样点的大型底栖动物与沉积物理化指标进行调查。结果表明:两年间共鉴定出22种大型底栖动物,隶属于3门5纲12目19科;工程后大型底栖动物的物种数、密度、生物量、Shannon多样性指数与Chao1指数较工程前均显著增加;在群落组成方面,多毛纲、双壳纲与软甲纲动物占比提升,腹足纲与昆虫纲动物的占比则呈减少趋势;非度量多维尺度分析(NMDS)与相似性分析(Anosim)结果显示,工程前后大型底栖动物群落结构差异显著,优势种由工程前的绯拟沼螺、尖锥拟蟹守螺和背蚓虫,变为工程后的拟沼螺、绯拟沼螺、背蚓虫、中国绿螂和尖锥拟蟹守螺;冗余分析(RDA)结果显示,互花米草治理工程之后沉积物盐度、含水率等理化因子的改变影响大型底栖动物群落结构。

白洋淀大型底栖动物群落结构及其与环境因子关系

调查了2018年白洋淀大型底栖动物、水质和沉积物特征,分析了大型底栖动物群落结构与环境因子的关系。结果表明:白洋淀大型底栖动物6纲21种,以腹足纲和昆虫纲为主;平均生物量和平均生物密度具有时空差异,夏季平均生物量最高,南刘庄最大;春季平均生物密度最高,东田庄最大;利用多样性指数进行水质评价,发现白洋淀水环境质量处于较低水平,水体中的氮、磷和沉积物中的碳、氮含量相对较高;影响底栖动物的主要水质环境因子和沉积物环境因子分别为NO_(3)^(-)-N、TN、温度、TOC和NO_(3)^(-)-N、pH、NH_(4)^(+)-N。本研究结果可为白洋淀大型底栖动物的修复与管理提供依据。

卤系阻燃剂在东江鱼体中的生物富集

准确获取化合物的生物富集因子(BAF)对于判定化合物是否属于潜在毒害性污染物、评价其生态环境风险都具有重要的意义.本文以东江水体为研究区域,以PBDEs、DBDPE、DP、TBBPA和HBCDs为目标化合物,研究了其在3种鱼体中的富集特征.结果表明,5种化合物的lg BAF的变化范围分别为5.0~7.4、6.1~7.1、4.6~7.9、2.6~4.6和4.8~7.7.在本研究中,大多的化合物lg BAF值均大于3.7,说明这些污染物都具有生物富集能力.HFRs的BAF值总体随着lg Kow值的增加而增加,但当lg Kow>7时,生物对PBDEs的生物富集能力有所下降.γ-HBCD向α-HBCD的生物转化以及生物体对BDE66和BDE99的代谢导致这几种单体偏离了这个模型预测趋势.DBDPE的BAF值大于BDE209的BAF值,作为大分子污染物,DBDPE的生物富集能力应该值得关注.通过对污染物的生物沉积物富集因子(BSAF)的计算,发现绝大多数的污染物的BSAF值均小于1,表明沉积物不太可能作为水生生物的污染源.