水生态的物种敏感性风险评价方法改进及应用

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水体受人为活动特别是化学品影响,出现水体藻华、物种减少、生态功能破坏等现象,存在水生态风险,亟需解决如何用有限的实验室数据预测野外水生态风险。本研究以改进水生态物种影响风险评价方法为目标,在物种敏感性分布法(Species sensitivity distributions,SSDs)、种间相关性分析(Interspecies correlation estimation models,ICE)和急慢性比率法(Acute to chronic ratios,ACRs)的基础上,选取藻毒素和抗生素为典型污染物,筛选文献及全球数据库中毒理实验数据,改进ICE/ACR-SSD联用水生态风险评估模型,评价中国某些水体藻毒素和抗生素的生态风险。试图明晰水生态系统受到的物种多样性风险程度,为水环境质量管理提供决策支持。主要研究结果如下:(1)改进了四种藻毒素的水生态风险评估ICE-SSD联用模型。选择肝毒素和神经毒素两类藻毒素,取肝毒素中的节球藻毒素和柱孢藻毒素、神经毒素中的类毒素和贝毒素作为4种藻毒素代表,查阅Web of Science收录的1864-2016年间1629篇相关文献、ECOTOX毒性数据库,收集毒性数据,并通过ICE模型外推未知物种急性毒性数据共得到64个水生生物物种的71组急性毒性数据(LC50/EC50),改进水生生物ICE-SSD方程;以保护95%物种为目标,计算藻毒素的水生态风险阈值(Hazardous concentration for 5%of species,HC5)以及不同浓度暴露下的潜在影响比例(Potentially affected fraction,PAF)。结果显示:肝毒素和神经毒素对水生物种的敏感性未呈显著差异规律,肝毒素中的节球藻毒素、柱孢藻毒素和神经毒素中的类毒素、贝毒素对全部物种的HC5值分别为74.96μg·L-1、205.39μg·L-1、194.39μg·L-1、0.3μg·L-1;贝毒素在水环境暴露浓度下带来的水生态风险最大,贝毒素在检出浓度范围1-100μg·L-1下PAF值为7.8-43.2%,这与贝毒素因阻碍细胞离子通道作用而产生最高毒性的研究结果相一致。(2)改进了六种抗生素的水生态风险评估ACR-SSD联用模型。选择磺胺类、四环素类和大环内脂类三类抗生素,以磺胺类中的磺胺甲恶唑和磺胺二甲嘧啶、四环素类中的四环素和氧四环素、大环内脂类中的红霉素和罗红霉素为6种抗生素代表,查阅ECOTOX和WikiPharma毒性数据库、Web of Science和中国知网收录的1864-2016年间7045篇相关文献,收集毒性数据,通过ACR法计算未知物种的慢性毒性数据,共得到79个水生生物物种的144组慢性毒性数据(LOEC/NOEC),改进水生生物ACR-SSD方程;分析抗生素对全部物种的HC5阈值和模拟浓度暴露情境下的PAF值,并进一步分析毒性较大的四环素和红霉素对水生初级生产者的风险程度。结果显示:磺胺类、四环素类和大环内脂类抗生素对水生物种的敏感性未呈显著差异规律,其中以大环内脂类中的红霉素水生态风险最高、四环素类中的四环素水生态风险次高;磺胺甲恶唑、磺胺二甲嘧啶、四环素、氧四环素、红霉素和罗红霉素对全部物种的HC5值分别为34.98μg·L-1、555.64μg·L-1、10.95μg·L-1、60.87μg·L-1、2.08μg·L-1、19.44μg·L-1;水生初级生产者对红霉素的敏感性较高,红霉素在水环境浓度5μg·L-1下对初级生产者的PAF值为19.16%,结果与相关研究认为初级生产者是更易受抗生素影响的水生物种结论相一致。(3)评价了两种藻毒素和四种抗生素分别在中国某些水库和河流中对物种的影响,结果呈非显著生态风险。查阅Web of Science和中国知网收录的1864-2016年间5831篇相关文献,获取广东省水濂山水库柱孢藻毒素和河北省洋河水库类毒素的污染浓度监测数据、筛选长江(三角洲地区)磺胺甲恶唑、磺胺二甲嘧啶、四环素、氧四环素4种抗生素和珠江(三角洲地区)磺胺甲恶唑、磺胺二甲嘧啶、红霉素、罗红霉素4种抗生素的污染浓度监测数据;分别采用ICE-SSD、ACR-SSD联用模型计算藻毒素和抗生素的PAF值。结果显示:广东省水濂山水库柱孢藻毒素和河北省洋河水库类毒素的水生态风险不显著,柱孢藻毒素和类毒素对全部物种的PAF分别为0.1%、0.01%,均低于美国环保署(USEPA)推荐的水生态物种保护阈值5%;长江水域4种抗生素的水生态风险不显著,珠江水域4种抗生素的水生态风险亦不显著,长江水域中各种抗生素对全部物种的PAF不超过0.17%、珠江水域中各种抗生素对全部物种的PAF不大于0.59%,均小于5%,比较研究显不长江和珠江水域抗生素的水生态风险水平与泰国渔业水域相似,抗生素均未表现出对水生态系统的显著风险。
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