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水体黑臭是大量有机和无机污染物向水体超负荷排放，导致水体出现发黑变臭的极端现象。其中大量未分解的污染物沉降并富集在水体底部，造成水体沉积物中污染物浓度高、类型复杂。同时，沉积物中的污染物在水体被扰动时向上覆水的释放使得沉积物成为水环境中的二次污染源。国内外针对沉积物的质量评价多以化学分析为主，程序复杂成本高昂，而且无法反映沉积物对水生生物的影响，缺乏生态相关性。
全沉积物毒性（Whole Sediment Toxicity ,WST）通过受试生物暴露于沉积物的反应（例如致死率、生长状况，繁殖率）衡量沉积物的总体毒性作用。WST 试验能够重现水生生物暴露于沉积物的有毒污染物的全过程，而无需测定具体污染物。使用WST测试能够识别治理前沉积物的生物毒害性和评价治理后沉积物的生态安全性，实现黑臭水体沉积物的全周期监测。WST 试验的受试生物目前主要集中于试验周期较长且工作量较大的底栖动物，而具有繁殖速度快、灵敏度高、易于实验室培养、毒性机理较为明确等优点的标准水质指示生物（如藻，溞）因为无法直接暴露于全沉积物而无法应用于沉积物毒性测试。
本研究开发了沉积物固定技术，将冷冻干燥后的沉积物与海藻酸钠混合，再使用CaCl2溶液对其硬化，得到固定化沉积物。通过使用优化的固定化沉积物，首次实现了直接使用标准水生生物受试物种，小球藻（Chlorella vulgaris）和大型溞（Daphnia magna）测定WST。通过研究固定方法及结构稳定性、固定沉积物对藻的生长影响和固定程序对沉积物加标物质释放的影响，确定了优化的固定化沉积物方法和配方。本研究通过（i）小球藻的良好生长和对大型溞的生物安全性；（ii）出色的扩散能力和结构稳定性；论证了使用固定化沉积物进行WST试验成为一种可靠、准确和高效的方法。在此基础上，使用固定化沉积物和其对应的去毒沉积物，成功地评估了黑臭河道（治理前后）的沉积物综合毒性变化和生态安全性。
研究的结果如下：
（1）固定化沉积物具备结构稳定性和生物安全性。优选的沉积物固定条件是将沉积物与2％，3％和4％海藻酸钠混合物在4％CaCl2溶液中（间接固定化）或在2％CaCl2-BG11培养基硬化（直接固定化）。在实验过程中，这些固定的沉积物能够保持完整的形状，也不会在溶液中产生海藻酸钙的絮状物和脱离的沉积物颗粒。消除了沉积物颗粒对藻类细胞的区分和计数的干扰。此外，在72h后，与固定的对照沉积物共同培养的普通小球藻生物量增长达到了16倍的标准，符合毒性试验的质量要求。在大型溞-全沉积物毒性试验中，去毒的固定沉积物对大型溞的造成死亡率均小于10%，满足对大型溞急性毒性试验要求；
（2）固定化沉积物具有有效的扩散能力。根据对沉积物加标Cu和敌草隆解吸试验结果，固定化沉积物不会阻碍沉积物中污染物质的有效释放，在中高加标浓度下，固定化沉积物上覆水中加标物质浓度显著高于未固定沉积物的上覆水。使用 3％海藻酸钠和 4％CaCl2溶液间接固定的沉积物具有与未固定沉积物最为相似的物质扩散能力，因此最适合应用于全沉积物毒性测试；
（3）使用固定沉积物进行藻-全沉积物毒性试验能够更充分表达沉积物的毒性效应（最佳灵敏度）。利用固定化沉积物方法测得的铜加标沉积物对小球藻的EC50值为506.23 mg/kg，显著低于固定化藻类的 719.62 mg/kg。用固定化沉积物测得敌草隆加标沉积物对小球藻的 EC50值为2.37 mg/kg，也低于使用固定化藻类方法测得的EC50值3.12 mg/kg；
（4）固定沉积物方法在大型溞-全沉积物毒性试验中取得了更灵敏的毒性响应。固定化沉积物方法测得的铜加标沉积物对大型溞的LC50值为1826.20 mg/kg，显著低于复溶水的3612.23 mg/kg。敌草隆加标沉积物对大型溞的 LC50值为10.06 mg/kg，也低于使用复溶水方法测得的LC50值13.27 mg/kg。
（5）使用固定化沉积物和“去毒”对照沉积物，成功评估了黑臭河道（治理前后）沉积物的综合毒性变化。治理前， A1、B1、C1、D1位点沉积物对小球藻的毒性等级为中毒、无毒、无毒、和微毒，对大型溞的毒性等级均为中毒。治理后，A2、B2、C2、D2位点沉积物对小球藻的毒性等级为无毒、无毒、无毒、和微毒；对大型溞的毒性等级为微毒、微毒、无毒、微毒。通过毒性鉴别评价程序（Toxicity Identification and Evaluation,TIE）操作，鉴别出神童浜沉积物的主要毒性类型为有机污染物。本研究基于多营养级水平的生物毒性实验，实现对沉积物毒性效应更全面的评估。
全沉积物毒性（Whole Sediment Toxicity ,WST）通过受试生物暴露于沉积物的反应（例如致死率、生长状况，繁殖率）衡量沉积物的总体毒性作用。WST 试验能够重现水生生物暴露于沉积物的有毒污染物的全过程，而无需测定具体污染物。使用WST测试能够识别治理前沉积物的生物毒害性和评价治理后沉积物的生态安全性，实现黑臭水体沉积物的全周期监测。WST 试验的受试生物目前主要集中于试验周期较长且工作量较大的底栖动物，而具有繁殖速度快、灵敏度高、易于实验室培养、毒性机理较为明确等优点的标准水质指示生物（如藻，溞）因为无法直接暴露于全沉积物而无法应用于沉积物毒性测试。
本研究开发了沉积物固定技术，将冷冻干燥后的沉积物与海藻酸钠混合，再使用CaCl2溶液对其硬化，得到固定化沉积物。通过使用优化的固定化沉积物，首次实现了直接使用标准水生生物受试物种，小球藻（Chlorella vulgaris）和大型溞（Daphnia magna）测定WST。通过研究固定方法及结构稳定性、固定沉积物对藻的生长影响和固定程序对沉积物加标物质释放的影响，确定了优化的固定化沉积物方法和配方。本研究通过（i）小球藻的良好生长和对大型溞的生物安全性；（ii）出色的扩散能力和结构稳定性；论证了使用固定化沉积物进行WST试验成为一种可靠、准确和高效的方法。在此基础上，使用固定化沉积物和其对应的去毒沉积物，成功地评估了黑臭河道（治理前后）的沉积物综合毒性变化和生态安全性。
研究的结果如下：
（1）固定化沉积物具备结构稳定性和生物安全性。优选的沉积物固定条件是将沉积物与2％，3％和4％海藻酸钠混合物在4％CaCl2溶液中（间接固定化）或在2％CaCl2-BG11培养基硬化（直接固定化）。在实验过程中，这些固定的沉积物能够保持完整的形状，也不会在溶液中产生海藻酸钙的絮状物和脱离的沉积物颗粒。消除了沉积物颗粒对藻类细胞的区分和计数的干扰。此外，在72h后，与固定的对照沉积物共同培养的普通小球藻生物量增长达到了16倍的标准，符合毒性试验的质量要求。在大型溞-全沉积物毒性试验中，去毒的固定沉积物对大型溞的造成死亡率均小于10%，满足对大型溞急性毒性试验要求；
（2）固定化沉积物具有有效的扩散能力。根据对沉积物加标Cu和敌草隆解吸试验结果，固定化沉积物不会阻碍沉积物中污染物质的有效释放，在中高加标浓度下，固定化沉积物上覆水中加标物质浓度显著高于未固定沉积物的上覆水。使用 3％海藻酸钠和 4％CaCl2溶液间接固定的沉积物具有与未固定沉积物最为相似的物质扩散能力，因此最适合应用于全沉积物毒性测试；
（3）使用固定沉积物进行藻-全沉积物毒性试验能够更充分表达沉积物的毒性效应（最佳灵敏度）。利用固定化沉积物方法测得的铜加标沉积物对小球藻的EC50值为506.23 mg/kg，显著低于固定化藻类的 719.62 mg/kg。用固定化沉积物测得敌草隆加标沉积物对小球藻的 EC50值为2.37 mg/kg，也低于使用固定化藻类方法测得的EC50值3.12 mg/kg；
（4）固定沉积物方法在大型溞-全沉积物毒性试验中取得了更灵敏的毒性响应。固定化沉积物方法测得的铜加标沉积物对大型溞的LC50值为1826.20 mg/kg，显著低于复溶水的3612.23 mg/kg。敌草隆加标沉积物对大型溞的 LC50值为10.06 mg/kg，也低于使用复溶水方法测得的LC50值13.27 mg/kg。
（5）使用固定化沉积物和“去毒”对照沉积物，成功评估了黑臭河道（治理前后）沉积物的综合毒性变化。治理前， A1、B1、C1、D1位点沉积物对小球藻的毒性等级为中毒、无毒、无毒、和微毒，对大型溞的毒性等级均为中毒。治理后，A2、B2、C2、D2位点沉积物对小球藻的毒性等级为无毒、无毒、无毒、和微毒；对大型溞的毒性等级为微毒、微毒、无毒、微毒。通过毒性鉴别评价程序（Toxicity Identification and Evaluation,TIE）操作，鉴别出神童浜沉积物的主要毒性类型为有机污染物。本研究基于多营养级水平的生物毒性实验，实现对沉积物毒性效应更全面的评估。