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。

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.

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。

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.

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.