基于物种敏感度分布及相平衡理论的汾河流域磺胺类抗生素生态风险阈值研究

磺胺素类抗生素(SAs)广泛应用于医疗、畜禽养殖等领域。但过量的SAs通过多种方式最终进入流域水体和沉积物中,对流域生态系统带来潜在的风险。预测无效应浓度(PNEC)可以作为评估污染物潜在生态风险的阈值,因此确定水体和沉积物中SAs的PNEC是风险评估的关键。本研究以黄河支流——汾河流域为研究区,通过采集水体和沉积物的样品,发现水体中SAs的磺胺甲恶唑(SMX)含量最高,均值为73.6 ng·L^(-1),而磺胺醋酰(SAAM)检出率最高,高达100%。沉积物中仅检出了2种SAs类抗生素,为磺胺醋酰(SAAM)和磺胺喹恶啉(SQX),但检出频率却高达100%。基于物种敏感度分布(SSD)得到水体中SAs的生态风险阈值为3.40~440μg·L^(-1)。在此基础上,基于水-沉积物密度、体积比等参数,采用相平衡理论(EqP)进一步得到了沉积物中SAs的生态风险阈值为0.065~75.5 mg·kg^(-1)。基于确定的生态风险阈值,对汾河流域SAs现状进行风险评估,结果表明仅水体中的甲氧苄啶(TMP)的风险商(RQ)均值为0.014,存在一定的低风险,但超标概率仅为8%,而其他类别在水体和沉积物中RQ均低于0.01,均无显著风险。

非参数核密度估计模型预测双酚A的物种敏感度分布规律

双酚A(bisphenol A,BPA)已被证实是内分泌干扰物,可干扰生物体正常的激素功能,对生殖、发育和免疫系统产生不良影响。BPA进入环境后可能会对水生生物和陆地生物造成毒性效应,破坏生态平衡。针对BPA对水生生物的毒性特点,利用Python语言,基于非参数核密度估计模型构建BPA淡水水生生物的敏感度分布曲线,选用4种传统参数模型进行对比,并推导出保护淡水水生生物的BPA水质基准建议值。结果表明,Python构建模型简单高效,相较于传统的参数模型,非参数核密度估计方法在推导BPA的水质基准建议值中更加稳健和精准,其中3种参数模型和非参数核密度估计模型计算得到的雌激素效应毒性的HC 5值分别为4.175、5.096、3.888和1.179μg·L^(-1);其他毒性的HC 5值为7.139、7.452、7.533和5.869μg·L^(-1)。非参数核密度估计的方法能够更好地构建物种敏感度分布曲线,为进一步研究BPA的水质基准和更好地保护淡水水生生物提供了有力支持,同时研究成果以期为我国地表水环境质量标准的制修订做出贡献。

基于物种敏感度分布法——评价山东省某海湾除草剂扑草净的 生态风险

随着除草剂扑草净在我国农业和水产养殖业的广泛应用,近岸海洋环境也受到不同程度的污染。为探究其生态风险,本文系统研究了扑草净对我国近海典型生物类群的急性效应,基于现场调查分析其在近海典型海湾的分布规律,基于物种敏感度分布法评价其生态风险。结果表明,基于扑草净对我国海洋生物急性毒性数据,采用物种敏感度分布法,得到扑草净的5%物种危害浓度(HC5)为8.42μg·L^(–1),急性预测无效应浓度(PNEC)为4.21μg·L^(–1)。2020年3-10月,山东省某海湾近岸表层海水中扑草净检出率100%,检出范围为2.18~2.04×10^(3)ng·L^(–1),有明显的季节变化特征,呈现从近岸到近海辐射状递减趋势;采用商值法表征调查海域扑草净的生态风险,其风险熵(RQ)范围为0.001~0.484,除3月、5月的个别站位RQ大于0.1,具有中风险,其余站位RQ均小于0.1,为低风险。本研究可为评价扑草净在我国近岸海洋环境中生态风险提供数据参考。

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p H呈负相关,与w(SOC)(SOC为土壤有机碳)呈正相关,即随着土壤p H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p H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PNECtotal(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PNECtotal=-5.811p H+0.587[SOC]+55.480+Cb([SOC]为土壤有机碳含量,Cb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.

应用概率物种敏感度分布法研究太湖铜水生生物水质基准

运用概率物种敏感度分布法获得太湖水体中铜的急性水质基准值为14.57μg·L-1,慢性水质基准值为3.26μg·L-1;不同类别物种敏感性存在差异,无脊椎动物较脊椎动物更敏感,甲壳类敏感性大于鱼类。概率物种敏感度分布法与传统的物种敏感度分布法相比,更全面合理地考虑多种毒性效应,曲线拟合效果好,受数据量大小影响较小,结果更加稳定。研究结论可为铜水质标准的修订和太湖流域水环境管理提供技术支持。

物种敏感度分布法(SSD)在农药水质基准推导中的应用

水质基准推导方法在水质基准制定中起着至关重要的作用,物种敏感度分布法是目前国际上常用的基准推导方法,但利用此方法推导水质基准时,可选用的模型很多,但并不是所有的模型都能很好地拟合农药毒性数据集。为了筛选得到拟合优度较好的模型,选取4种典型农药,对采用不同模型拟合物种敏感度分布曲线的结果进行比较研究。结果显示,sigmoid、Gaussian、Gompertz和exponential growth 4种模型对于农药数据集,无论是在曲线走势、HC5值的合理性还是拟合优度方面的拟合效果都优于其他几种模型。因此,在应用物种敏感度分布法推导农药水质基准时,可以首选上述4种模型进行拟合,然后再从中选出最优模型来确定基准值,从而保证基准值推导的科学性。研究结果可为农药水质基准制定时推导方法的选择提供科学参考。

物种敏感度分布的非参数核密度估计模型

针对目前物种敏感度分布参数方法建模所存在的缺点,首次提出基于非参数核密度估计方法的物种敏感度分布模型,并提出相应的最优窗宽和检验方法。选用无机汞作为案例研究对象,利用非参数核密度估计方法和3种传统参数模型分别推导了保护我国水生生物的无机汞的急性水质基准值。结果表明,非参数核密度估计方法在推导无机汞水质基准中的稳健性和精确度都大大优于传统参数模型,能够更好地构建物种敏感度分布曲线。该方法的提出丰富了水质基准的理论方法学,为更好地保护水生生物提供了有力的支撑。

物种敏感度分布及其在生态毒理学中的应用

物种敏感度分布是一种基于单物种测试的外推方法,其在生态毒理学中的应用近年来已成为研究热点.论文阐述了物种敏感度分布在生态毒理学的应用背景,以及其基本内涵与研究步骤,同时介绍了物种敏感度分布在生态毒理学中应用的两个方面:制定污染物的环境质量标准和对污染生态系统的生态风险评价,并对物种敏感度分布的不确定性和研究的发展趋势进行了讨论.

非参数核密度估计在铜、银物种敏感度分布中的应用

采用非参数核密度估计模型构建铜和银保护中国淡水水生生物的物种敏感度分布曲线,并推导了它们的水质基准阈值.结果表明,非参数核密度估计方法在推导IB族两种过渡金属水质基准中的稳健性和精确度都大大优于传统参数模型,能够更好地构建物种敏感度分布曲线.针对不同类别的物种来看.脊椎动物、无脊椎动物、鱼类、甲売类、其他无脊椎动物和全部水生生物的HC5值都随着周期増加而减小,无脊椎动物的敏感性明显高于高营养级的脊椎动物.非参数核密度估计方法的提出丰富了水质基准的理论方法学,为同族或同周期元素之间水质基准阈值的进一步研究和更好地保护水生生物提供了有力的支撑.

微宇宙技术和物种敏感度分布曲线法评估铜离子生态危害比对研究

为对比微宇宙方法和物种敏感度分布曲线法在铜离子生态危害评估中的差异,构建了包括浮游藻类、轮虫和大型溞的微宇宙系统,持续监测了铜离子浓度、物种丰度和系统理化性质的变化,推导出铜离子对微宇宙系统的63 d无显著效应浓度(63 d-NOEC);同时,将铜离子对鱼类、甲壳类、昆虫类、藻类及软体动物等对铜离子的长期毒性数据通过物种敏感度分布曲线法进行拟合,推导出对生态系统中95%物种无显著危害的作用浓度(HC5)。测试结果表明,大型溞种群在铜离子110.80μg·L-1作用下暂时消失,导致了系统中轮虫和藻类数量的增长,试验后期铜离子浓度降低,大型溞种群呈现恢复的趋势;在212.06及420.26μg·L-1铜离子作用下,藻类和轮虫的存活受到严重抑制,在试验后期也没有恢复。与物种敏感度分布曲线法推导得出的HC5值相比,通过微宇宙系统得出的NOEC值较高,这可能是微宇宙系统中铜离子生物可利用性在各相介质间的差异及种间反馈调节造成的。

物种敏感度分布(SSD)方法在农药环境风险评估中的应用

物种敏感度分布法(Species Sensitive Distribution,SSD)能够依据不同物种对农药等胁迫因素的敏感度服从一定的累积概率分布,以统计形式将多种非靶标物种的实验室数据进行汇总分析,获得物种对农药的敏感度差异,作为效应评估指标应用于农药风险评估。本文综述了SSD概念、方法原理、国内外研究和应用进展,并以毒死蜱为例进行了数据分析。由此建议继续关注国际上对SSD及更复杂模型模拟研究进展,以便应用于我国农药环境风险评估,推动我国农药管理的持续发展。

应用概率物种敏感度分布法研究太湖重金属水生生物水质基准

目前广泛使用的水质基准推导方法—物种敏感度分布法存在曲线拟合模型不确定、曲线拟合效果不佳、种内差异欠考虑、基准值不准确等诸多问题,概率物种敏感度分布法可有效解决上述问题。应用概率物种敏感度分布法构建了太湖水体中5种重金属Ag、Pb、Cd、Hg和Zn的概率物种敏感度分布曲线,在此基础上得到了保护水生生物的急性水质基准分别为1.079μg·L^(-1)、637.973μg·L^(-1)、19.465μg·L^(-1)、8.729μg·L^(-1)和105.506μg·L^(-1),慢性水质基准分别为0.108μg·L^(-1)、63.797μg·L^(-1)、1.947μg·L^(-1)、2.340μg·L^(-1)和52.753μg·L^(-1);不同类群间生物对重金属的敏感度存在差异,不同重金属对同一类群生物的毒性也存在差异;通过与国内外已有的重金属水质基准值比较,发现水质基准具有明显的区域性,目前基于国外水质基准或我国整体水域特点来制定的太湖水质标准,往往造成对太湖水生生物欠保护或过保护的状况。

运用物种敏感度分布法推导磺胺类药物的水质基准

基于中国的水生生物区系特征,筛选了包括细菌、藻类、轮虫、甲壳类、鱼类、水生植物等水生生物的急性毒性数据,使用物种敏感度分布法探讨了物种的敏感度分布特征,推导了磺胺类药物的水生生物水质基准。同时,用基准值与毒性百分数排序法在对急性值的推导上做了对比,总体显示HC5值大于急性浓度终值(FAV值),毒性百分数排序法更加保守。在用不同模型拟合过程显示,所选用的6种磺胺类药物,除磺胺嘧啶外,5种SSD计算出的HC_5的几何均值可作为推导基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)的基准值。从物种敏感度分布法推导出的基准连续浓度(CCC)值显示,磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑和磺胺氯哒嗪的数值较低,分别为0.02、0.06、0.08 mg/L,均低于0.1 mg/L。由于毒性数据量偏小,个别数据的波动对数据分布特征影响较大,几种模型推导的磺胺嘧啶的HC_5几何均值与急性浓度终值(FAV值)的差异也反映了应用不同方法推导水质基准会产生一定的不确定性,需要根据现有数据的数量和质量,选用适宜的方法进行水质基准的推导和确立。

基于物种敏感度分布的不同岩溶地下河中多环芳烃分布特征及生态风险评价

为明确重庆青木关和老龙洞地下河流域地下水中多环芳烃(PAHs)的含量及其污染水平,全年共采集两流域地下河水样品84个,利用气相色谱质谱联用系统(GC-MS)分别测定了地下水中的16种PAHs含量,分析了PAHs在两条地下河流域中的空间分布特征,并应用物种敏感度分布法(species sensitivity distribution, SSD)评价了单体PAH生态风险和联合生态风险,分别应用浓度加和模型和效应加和模型计算了两条地下河流域水中单体PAH潜在影响比例(potential affected fractions, PAFs)及∑PAHs潜在累积影响比例(msPAF)。结果表明,青木关地下河水中∑PAHs浓度为73.8-480 ng/L,均值为224 ng/L,老龙洞地下河中∑PAHs浓度变化较大,为81.5-15 200 ng/L,均值为1 648 ng/L。应用效应加和模型计算出青木关地下河中∑PAH_(8)的msPAF_(RA)范围为0.145 9%-2.745 3%,均值为1.369 2%;老龙洞流域msPAF_(RA)范围为1.001 1%-2.866 5%,均值为1.774 7%,整体高于青木关地下河流域。单体PAH的PAFs在两条地下河流域均呈现Bap>Ant>Pyr>Fla>Flu>Ace>Phe>Nap的趋势,并且小于5%。两条地下河流域水体PAHs含量及生态风险均呈现入口大于出口的趋势,且生态风险的分布特征表明青木关和老龙洞地下河流域水生生态风险主要受BaP的影响,所以应避免工业及生活污水直接排入地下河以及直接饮食地下河水和生物。

基于物种敏感度分布法的甲基叔丁基醚水生生物预测无效应浓度推导

甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽油添加剂被广泛使用,其具有较强的水溶性且在水体中难以被降解。为估算MTBE的预测无效应浓度(PNEC),本研究通过文献调研法和数据库检索法收集MTBE危害信息,并对危害数据进行质量评估。采用物种敏感度分布(SSD)法预测不同种类水生生物5%物种危害浓度(HC_(5)),应用评估因子法推导获得PNEC值。数据质量评估结果显示,在调研的17篇文献179条数据中,高质量可靠数据54条,占评估数据的30%。另有33条来自数据库的数据满足质量要求。采用SSD法获得全部物种、鱼类、水生植物、节肢动物的HC_(5)值,其中正态分布模型得到的HC_(5)值分别为128.56、491.13、143.25和117.71 mg·L^(-1);逻辑斯谛分布模型得到的HC_(5)值分别为129.62、485.78、151.83和121.5 mg·L^(-1)。应用评估因子法估算出全部物种、鱼类、水生植物和节肢动物的PNEC分别为42.85、161.93、47.75和39.23 mg·L^(-1)。研究表明,MTBE对不同种类水生生物的PNEC值存在差异,其中节肢动物生物相对敏感。本研究基于现有数据完成,以期为MTBE的环境风险评估及水质基准建立提供科学依据。

三种拟除虫菊酯对毛蚶的急性毒性效应及其物种敏感度分布研究

为探究拟除虫菊酯类农药对埋栖贝类的毒性作用,本文研究了甲氰菊酯、溴氰菊酯和氯氰菊酯对毛蚶(Scapharca subcrenata)幼贝和成贝的急性毒性效应及其物种敏感度分布。研究表明,甲氰菊酯、溴氰菊酯和氯氰菊酯对毛蚶幼贝的96 h半致死浓度(LC50)值分别为286.5、23.4和17.9 ng·mL^(-1),对成贝的96 h LC50值分别为3931.9、709.5和737.7 ng·mL^(-1),说明相较成贝毛蚶幼贝对3种拟除虫菊酯类农药更敏感。多物种毒性数据比对发现,贝类对3种菊酯的敏感性低于已报道的鱼类和甲壳类,物种敏感度分布模型分析表明,基于保护95%水生生物种类的甲氰菊酯、溴氰菊酯和氯氰菊酯毒性阈值分别为0.20、0.01和0.02 ng·mL^(-1)。研究结果可为我国近海环境中3种拟除虫菊酯类农药使用中的生态风险评估提供理论依据。

基于物种敏感度分布的概率生态风险评价的Matlab实现

分析了基于物种敏感度分布(SSD)的概率生态风险评价的数学原理,并在此基础上首次给出了概率生态风险评价的Matlab函数“PERA”,该函数只需要污染物的生物毒性数据和环境监测数据作为输入变量即可获得SSD曲线、HC5值、联合概率曲线(JPC)以及JPC与坐标轴所围面积表示的发生有害生物效应的总体风险概率(ORP值)等指标,可用于污染物环境基准的推导和污染物生态风险评价。

淡水环境中水生生物对甾体雌激素的物种敏感度分布

针对淡水环境中甾体雌激素对水生生物的毒理学影响,文中以雌二醇(E2)和乙炔基雌二醇(EE2)为研究对象,利用其对淡水生物系统中各营养级物种的慢性毒性效应浓度,建立基于对数-累积正态分布的物种敏感度分布模型。获得E2和EE2的5%危害质量浓度(HC_(5))分别为0.1137μg/L和0.0010μg/L,并推导出E2和EE2的基准连续浓度(CCC)分别为0.1137μg/L和0.0010μg/L。

基于物种敏感度分布的典型抗生素的长期水质基准推导及其在生态风险评估中的应用

国内外现有水质标准均缺乏抗生素的标准值,针对中国具体流域状况开展抗生素水质基准研究,可以为制定我国抗生素的水质标准提供参考,并为评估水环境中抗生素的潜在风险提供依据.本研究基于至少3门8科、10种生物的急性、慢性毒性数据,利用Log-logistic和Burr Ⅲ两种分布模型,在系统尺度上构建了氧氟沙星(OFC)、阿莫西林(AMX)、土霉素(OTC)、磺胺甲恶唑(SMX)、红霉素(ETM)和氯霉素(CAP)6种典型抗生素的物种敏感度分布曲线,推导出它们的长期水质基准值(LWQC).同时,基于这6种抗生素的水质基准评估了我国部分水环境中抗生素的生态风险和联合毒性风险.结果表明,OFC、AMX、OTC、SMX、ETM和CAP的LWQC分别为3.2614、1.2633、1.3353、4.7803、4.7950和1.1535μg·L^(-1).白洋淀6种抗生素的联合毒性风险呈中风险水平;太湖和珠江三角洲的ETM、松花江的OFC及珠江的ETM和CAP也呈现出中风险水平;辽河面临的抗生素污染风险最大,其OFC、ETM、SMX呈中风险水平,OTC呈高风险水平.

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.