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。

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。

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.

应用物种敏感性分布评价高铁酸钾对淡水水产养殖生物的生态风险

高铁酸钾作为水质改良剂,在水产行业中已经被广泛使用,但高铁酸钾使用的安全性与淡水水产养殖生物基准值一直不明确。利用物种敏感度分布法(species sensitivity distribution,SSD)来推导高铁酸钾淡水水产养殖生物基准值,评价高铁酸钾对淡水水产养殖生物的生态风险,通过急性毒性试验法获取高铁酸钾对14种淡水水生生物的急性毒性值;选取6种拟合模型来拟合毒性数据,通过比较回归系数和残差平方和来确定拟合优度最佳的模型;推导高铁酸钾对不同类生物的5%危害浓度HC 5阈值(hazardous concentration for 5%the species)以及高铁酸钾淡水水产养殖生物及淡水水生生物基准值;结合SSD模型计算高铁酸钾对淡水水产养殖生物的潜在影响比例(potentially affected fraction,PAF)。结果显示,Sigmoid模型拟合优度最佳,高铁酸钾对全部淡水水生生物的安全基准值为6.82 mg·L^(-1),对水产养殖生物的安全基准值为9.53 mg·L^(-1);日常水产养殖高铁酸钾使用的浓度值所对应PAF值为0,生态风险低。研究结果可为高铁酸钾淡水水产养殖生物基准值制定以及安全使用提供科学依据以及理论指导。

水生态基准方法学概述及建立我国水生态基准的探讨

水生态基准的研究和制定对于控制进入水环境污染物的种类和数量,保护水体生物多样性及整个水生态系统的结构和功能具有重要意义.论文对不同国家和地区现有的主要水生态基准推导方法进行了概述,并从基准保护目标、数据的收集与评估、基准的计算方法等几个方面对各国水质基准推导方法进行了比较.参照国外水质基准的推导过程及我国水生态系统的特征,探讨了合理可行的水生态基准保护目标、计算方法及推导流程,并对我国水生态基准的推导中可能存在的问题进行了讨论.

基于盐度校正法的中国河口铅水生生物水质基准制定

铅是中国近海海域中主要的重金属类污染物,其显著的生物积累性和生物毒性给海洋生态环境带来潜在风险。河口是沟通河流和海洋的生态交错带,受陆源污染影响较大,生态环境较为脆弱。目前,中国铅的水质基准研究主要聚焦于海洋和淡水,缺乏针对河口的水质基准研究,不能满足河口生态环境保护的需求。此外,河口盐度变化剧烈,可能对铅的生物毒性产生影响。本文搜集筛选了31种中国河口生物的铅毒性数据,分析了水体盐度对铅毒性的影响,并采用物种敏感度分布法推导中国河口的铅水质基准。结果表明,铅对水生生物的毒性随盐度升高而降低,两者呈显著相关,拟合直线斜率为0.026;对于不同门类生物,盐度效应明显不同,对于脊索动物门、软体动物门、节肢动物门和硅藻门拟合直线斜率分别为0.088、0.142、0.014和0.066。根据中国河口生物的铅毒性数据,获得标准盐度(Salinity=28)下中国河口铅短期水质基准和长期水质基准分别为48.68μg·L-1和5.60μg·L-1。研究结果可为中国河口铅的生态风险评估和污染控制提供科学依据。

我国吡啶硫酮锌水生生物水质基准研究

吡啶硫酮锌是一种广谱的真菌和细菌的抑菌剂和常用的防污剂,被广泛用于去屑剂、船舶防污涂料、农用杀菌剂等。水环境中吡啶硫酮锌的残留具有较高的风险,我国尚缺乏吡啶硫酮锌的淡水水生生物基准值。为保护我国淡水水生生物,维护水生生态系统结构和功能的完整性以及生物的多样性,本研究首次推导了我国流域水环境的吡啶硫酮锌水生生物基准。根据美国环境保护局的ECOTOX毒性数据库和我国知网数据库以及其他部分文献,收集和筛选吡啶硫酮锌对我国淡水水生生物的急慢性毒性数据,共4门10科13种急性毒性数据和2门4科4种慢性毒性数据。采用我国推荐技术指南中的物种敏感度分布法(EEC-SSD)推导吡啶硫酮锌的水生生物基准,得出吡啶硫酮锌的急性和慢性基准分别为2.347μg·L^(-1)和0.798μg·L^(-1)。本研究对物种敏感度排序法(SSR)、物种敏感度分布法(SSD)、评价因子法进行比较,发现SSR法与SSD法所得结果一致,均在同一数量级,评价因子法相对保守。本论文研究结果可为吡啶硫酮锌水质标准制定和流域水生态环境管理提供科学依据。

渤海湾锌海水水质基准推导及潜在生态风险评价

渤海湾地处我国经济最发达的地区之一,由于流域污染负荷排放超过环境承载力,水生态系统和功能受到不同程度的破坏.海水水质基准是制定海洋水质标准与科学保护海洋环境的基础,但目前我国海水水质基准的研究较为匮乏.本研究采用物种敏感度分布曲线法,利用甄选获得的文献数据和毒理试验获得的试验数据,推导了渤海湾重金属锌的海水水质基准.其中短期水质基准为112.40μg∙L^(−1),长期水质基准为16.15μg∙L^(−1).同时,在2020年夏季和秋季分别对渤海湾及其临近海域的水体锌污染状况进行了监测,基于熵值法对渤海湾及其临近海域进行了锌的潜在生态风险评价.评价结果表明,2020年渤海湾及其临近海域水体中锌的短期潜在生态风险较低,但存在长期风险.高风险区域主要分布在近岸海域,并且夏季高于秋季.

我国土霉素的淡水生物水质基准与标准及生态风险评估研究

土霉素是一种典型的抗生素类新污染物,具有使用量大、生态毒性强等特点,其环境基准标准和水生态风险受到学界广泛关注.本文基于美国毒理数据库、Web of Science、中国知网等相关数据库,收集整理了土霉素对我国淡水生物的毒性数据和水环境暴露数据,制定了保护淡水生物的水质基准,并进行了风险评估.结果表明:(1)依据《中国动物志》和《淡水生物水质基准推导技术指南》等,对毒性数据的物种和试验条件进行筛选,最终土霉素急性毒性数据涉及5门10科13种,最敏感物种为模糊网纹溞(Ceriodaphnia dubia);慢性数据涉及3门9科10种,最敏感物种为水蕴草(Egeria densa).(2)物种敏感度分布法研究表明,急性数据符合逻辑斯蒂分布模型,推导出的短期水质基准为61.2μg/L;慢性毒性数据符合正态分布模型,推导出的长期水质基准为18.7μg/L.(3)毒性百分数排序法推导的基准最大浓度为34.0μg/L,基准连续浓度为7.4μg/L.(4)共搜集近15年(2007年1月—2022年3月)我国主要水体土霉素浓度数据803条,浓度范围为0.1~97433.8 ng/L,北方流域的土霉素浓度整体高于南方,采用风险熵值法和概率法的研究表明,土霉素污染对我国淡水生物的环境风险整体较低,仅海河的子牙河支流生态风险较高(风险熵RQ>1).结合基准及我国污染特点,认为我国保护淡水生物的土霉素地表水环境质量标准建议值为18.7μg/L.研究结果对土霉素等新污染物的环境管理、风险评估以及本土物种保护的水质标准制订具有借鉴作用.

基于盐度校正的中国河口铜水生生物水质基准研究

本文以铜为研究对象,收集了铜对中国河口生物的毒性数据,分析了河口水体盐度对铜毒性效应的影响,并采用物种敏感度分布法推导了中国河口铜水质基准。结果表明:铜对河口生物的毒性效应随盐度升高而减缓,不同门类生物对铜的敏感性存在差异,盐度与毒性值的相关程度也不同,藻类和节肢动物对铜的敏感度最高且铜毒性值与盐度呈显著正相关。标准盐度(S=20)条件下推导得到中国河口铜短期水质基准和长期水质基准分别为58.74和3.01μg·L^(-1)。该研究结果有望为中国河口铜的水质标准制定和生态风险评估提供科学支撑。

草甘膦的水生生物水质基准及其生态风险评估

草甘膦是一种高效且广谱的除草剂,具有高效、低残留、低污染等特点,在我国广泛且大量使用,主要经地表径流和土壤渗透等不同途径进入水环境。当水环境草甘膦浓度过高时,会使水生生物的生理系统紊乱,甚至会导致生物死亡。本文以草甘膦为研究对象,结合国内外淡水水生生物组成特征,筛选中英文文献中生物毒性实验数据,共获取29个急性毒性数据和13个慢性毒性数据,分别涵盖5门16科29种和3门8科13种。应用毒性百分数排序法(TPR)和物种敏感度分布法(SSD)推导草甘膦的水质基准值,以及应用商值法评价国内外各地水体中草甘膦的生态风险。结果显示,草甘膦的基准最大浓度(CMC)、基准连续浓度(CCC)、短期基准值(SWQC)和长期基准值(LWQC)分别为0.12、0.035、0.14和0.007 mg·L^(-1) 。风险表征结果显示,我国江苏省南京市太湖地表水中的草甘膦浓度最高,高达52 mg·L^(-1) ,国内外仅7.69%的水体为急性高风险水体,15.38%的水体为慢性高风险水体。上述研究结果可为草甘膦的水质标准制定和区域管理对策实施提供科学依据。

基于水质基准的中国地表水体中林丹生态风险评估案例研究

由于过去大量使用及其持久性,导致有机氯农药林丹在我国水体普遍存在,当过量的林丹汇聚于水体时,不免抑制水生生物生长发育。为评估和保护受林丹污染的地表水体,本研究筛选收集了37种本土代表性水生生物的林丹急慢性毒性数据,依照物种敏感度排序法(SSR)及物种敏感度分布法(SSD)推导出林丹的水质基准,并运用商值法和联合概率曲线法评估分析国内典型流域中林丹水生态风险。结果表明,针对保护95%水生生物的林丹急性基准为2.34μg·L-1,慢性基准值为0.05μg·L-1。商值法结果表明,林丹可能在我国部分水体具有高生态风险,联合概率曲线法结果显示我国约有53.57%的水体可能使超过5%的水生生物受到林丹长期污染危害的风险。该结果可为我国林丹水质基准及地表水体生态风险评估提供基础数据和科学依据。

典型水产抗生素基准值推导及生态风险评价

抗生素在水产行业被广泛使用,恩诺沙星、氟苯尼考、磺胺甲恶唑作为氟喹诺酮、氯霉素、磺胺类3种典型使用抗生素种类,其在水产养殖中安全使用基准值及自然水域生态风险一直不明确。该研究利用物种敏感度分布法(SSD)来确定该典型抗生素对淡水水产养殖生物基准值,使用SSD正向法与风险熵值评价自然河域3种抗生素的生态风险,结果显示:恩诺沙星、氟苯尼考、磺胺甲恶唑安全基准值为58、267、42μg/L;潜在影响比例值与风险熵值均得出自然水域3种抗生素无生态风险。研究为抗生素在水产行业中的科学使用以及系统评价水域抗生素生态风险提供科学依据。

我国诺氟沙星的水生生物基准及典型水体中的生态风险

诺氟沙星是一种被广泛用于医药和畜牧业的喹诺酮类抗生素,由于人体、动物对其吸收率较低等原因,它在水环境中存在不同程度的残留,可能会对水生生物产生不良影响。为得到诺氟沙星的水生生物保护浓度,本研究结合其毒性数据,分别采用毒性百分数排序法和物种敏感度分布法进行水生生物基准推导,结果显示2种方法推导得到的基准值处于同一数量级,经对比发现,基于物种敏感度分布法的基准值更能全面表征诺氟沙星对水生态系统的影响,故推荐使用的短期水质基准值和长期水质基准值分别为7.28μg·L^(-1)和2.32μg·L^(-1)。此外,为探究诺氟沙星在我国淡水环境中的风险水平,本研究根据推导得到的基准值及急性毒性数据,分别采用商值法和安全阈值法对其在我国典型水体中的生态风险进行评估,结果显示2种方法得到的风险程度存在差异,经对比发现,基于安全阈值法得到的风险评估结果在统计学上更具代表意义,故诺氟沙星在我国水体中无风险。

镉的淡水水生生物水质基准研究

镉是一种有毒重金属,具有高毒性、难降解和易残留等特点,会对水生生物及水生态系统产生有害影响.为有效控制镉给水生生物带来的不利影响,亟需开展镉的水生生物基准研究,为水质标准的制订提供依据.以我国淡水生态系统及其生物区系为保护对象,结合大量国内外文献报道的镉对我国淡水生物区系中代表物种的毒理学数据,运用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法等当前国际上广泛使用的基准推导方法,研究我国淡水中镉的基准值及其推导过程.结果表明:评价因子法得出的基准值为单值,其值为0.15μg/L;毒性百分数排序法得出的基准值包括基准最大浓度和基准连续浓度,二者分别为7.30和0.12μg/L;物种敏感度分布法得出的基准值分为短期危险浓度和长期危险浓度,二者分别为32.50和0.46μg/L.比较了3种方法的优缺点,以及与国内外已有研究基准值之间的差异及形成原因,分析了影响镉的水生生物基准的关键因素.

保护淡水水生生物硝基苯水质基准研究

以硝基苯为研究对象,在分析美国和中国2种类型水生态系统和生物区系特征的基础上,分别筛选两国水生生物物种的毒性数据,运用物种敏感度分布曲线法、毒性百分数排序法和评价因子法分别推导了2个国家保护淡水水生生物水质基准;同时,结合国内外主要水体ρ(硝基苯)分布特征,对地表水体中硝基苯生态风险进行了初步评价.结果表明:由于生物区系不同,同样方法得到的美国水质基准值明显高于中国水质基准值,其中物种敏感度分布曲线法得出的基准值最为合理.用物种敏感度分布曲线法得到中国硝基苯急性基准值为0.572 mg/L,慢性基准值为0.114 mg/L;美国硝基苯急性基准值为7.271 mg/L,慢性基准值为2.031 mg/L.风险表征结果显示,中国主要地表水体中硝基苯不存在潜在的生态风险.

我国铜的淡水生物水质基准研究

铜是生命体必需的一种微量元素,当铜的浓度超过一定范围时,又会对机体产生一定的毒害作用。为了有效控制铜给水生生物带来的不利影响,亟需开展铜的水质基准研究工作。以我国淡水生态系统为保护对象,收集和筛选了淡水水体中的生物物种和相应的毒性数据。用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导了我国铜的淡水生物水质基准。结果表明,用评价因子法得出的铜的基准值为2.00μg·L-1;用毒性百分数排序法得出的铜的基准最大浓度和基准连续浓度分别为9.10和5.63μg·L-1;用物种敏感度分布法得出的保护95%物种的铜的短期危险浓度和长期危险浓度分别为30.00和9.44μg·L-1。3种方法得到的铜的水质基准值存在一定的差异性。通过比较分析,推荐采用物种敏感度分布法作为铜的基准推导的首选方法。研究结果对我国水质基准的制定具有一定的参考价值。

锌对淡水生物的毒性特征与水质基准的研究

锌是生命体必需的一种微量元素,但当锌的浓度超过一定剂量时,又会对生物体产生一定的毒害作用。为了系统研究锌对水生生物的毒性作用,亟需开展锌的水质基准研究工作。本文用物种敏感度分布法对锌的毒性特征开展了深入研究,并按照水质基准常用的几种方法,包括评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导了我国锌的保护淡水水生生物的水质基准。结果表明,不同的生物对锌毒性的敏感性存在显著差异,甲壳类的敏感性最强,两栖类的敏感性最弱,敏感性排序为甲壳类>其他类>鱼类>两栖类。最终推荐采用毒性百分数排序法得出的基准值为锌的水质基准值,得出的锌的基准最大浓度和基准连续浓度分别为89.7μg·L-1和34.5μg·L-1。同时,基于物种敏感性不同,得出保护鱼类、甲壳类和其他无脊椎动物的急性生物基准值分别为298.9μg·L-1、67.3μg·L-1和76.9μg·L-1;慢性生物基准值分别为36.9μg·L-1、12.9μg·L-1和14.8μg·L-1。研究结果表明,我国目前锌的水质标准可能在一定程度上存在着对水生生物的"欠保护"问题,本研究结果能够为我国水质基准制订提供一定的数据参考。

国产防污漆中铜的海洋环境风险评估

为有效控制防污漆中杀生物活性物质给海洋环境带来的不利影响,亟需开展活性物质的环境风险评估研究,为筛选环境友好型活性物质提供依据。以25种国产防污漆中的铜为评估对象,采用防污漆活性物质环境风险评估的针对性方法,分步进行暴露评估、危害性评估和风险表征。暴露评估采用海洋防污剂预测环境浓度模型(MAMPEC)中的港口、码头和开阔海域等典型暴露场景;危害性评估基于铜对淡水和海水水生生物的慢性毒性数据,采用物种敏感度分布法和评估因子法;风险表征采用熵值法。结果表明,铜对全部水生生物和海水生物的预测无效应浓度分别为2.8和2.3μg·L^(-1),藻类对铜最为敏感。除1种配方外,其余24种防污漆配方中铜的风险熵均小于1,可判定铜为"相对低风险"类活性物质,使用上述防污漆时铜对生态环境造成的风险较小。铜在不同暴露场景中的环境风险分析表明其对水流交换较弱海域的码头造成的风险最大,其次是默认港口和码头,对于公海造成的风险最小。根据现有的评估结果,设计含铜型防污漆配方时,应使铜的释放速率不大于33.5μg·cm^(-2)·d^(-1),以避免对较封闭海域的生态环境造成不可忽视的风险。

红霉素水生生物基准推导和对中国部分水体生态风险初步评估

红霉素是大环内酯类抗生素,环境中红霉素残留具有较高的生态风险和健康风险,而中国目前尚缺乏红霉素的淡水水生生物基准值,因而研究适合中国流域水环境的红霉素水生生物基准,对于保护中国淡水水生生物以及水质基准的研究具有重要意义。该研究搜集筛选了红霉素对中国淡水生物的急慢性毒性数据,共获得3门8科的10个急性毒性数据和2门4科的4个慢性毒性数据。利用美国环境保护局推荐的物种敏感度排序法(SSR)推导红霉素的水生生物基准,同时以log-normal SSD法和log-logistic SSD法对基准计算结果进行了比对。比较了3种方法的优缺点,以及与国内外已有研究基准值之间的差异及形成原因,分析了影响红霉素水生生物基准的关键因素。得出采用SSR法推导的保护中国水生生物的红霉素急性基准值(CMC)为0.47μg·L^−1,慢性基准值(CCC)为0.10μg·L^−1相对可行。将该研究推导出的红霉素慢性基准值(CCC)与中国部分江河和湖泊中红霉素暴露浓度相比较,采用风险商值(RQ)评价了红霉素的生态风险。结果表明,风险区域主要集中在辽河、海河和珠江,部分区域点位存在一定的红霉素暴露生态风险。研究结论可为红霉素水质标准制定和流域水环境管理提供科学依据。