太湖水體的潛在風(fēng)險

1、太湖水體的潛在風(fēng)險 多環(huán)芳烴(pahs)是分子中含有2個或2個以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔锛捌溲苌?是環(huán)境中廣泛存在的一類持久性有機污染物和半揮發(fā)性有機化合物.目前,pahs對生物體的危害可發(fā)生在分子水平到整個生態(tài)系統(tǒng)水平1-5.生態(tài)風(fēng)險評價是定量研究污染物生態(tài)危害的有效手段6.目前,物種敏感性分布(ssd)曲線已廣泛應(yīng)用于污染物的生態(tài)風(fēng)險評價7-11.由于城市化和工業(yè)化的迅速發(fā)展,太湖水體pahs的含量水平及其引起的生態(tài)危害逐漸得到廣泛關(guān)注,但對太湖水體pahs生態(tài)風(fēng)險的空間分布尚未報道.因此,本研究基于太湖梅梁灣、貢湖灣和胥口灣水體pahs的濃度水平,利用ssd曲線法對7種單體pahs和&sum

2、;pah7的生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價,并對pahs生態(tài)風(fēng)險的空間分布進(jìn)行探討,以期為太湖水體pahs的生態(tài)風(fēng)險控制和管理提供科學(xué)依據(jù). 1.研究方法 1.1研究區(qū)域太湖是我國的第3大淡水湖泊,位于長江三角洲南部(n30度55′40′31度32′58′,e119度53′32′120度36′10′),湖面面積約2338.1km2,平均深度2m,是典型的碟型淺水湖泊.全湖水系以太湖為中心,北部以無錫的直湖港為界,南部以原吳江市的吳婁港為界,向西河流以入湖為主,向東河流以出湖為主.太湖南岸為典型的圓弧形岸線,東北部

3、曲折多灣,主要有北部的竺山湖、梅梁灣和貢湖及東部的胥口湖和東太湖12. 1.2數(shù)據(jù)獲取 1.2.1暴露濃度的獲取 通過對研究區(qū)域的實地考察,2009年9月在太湖梅梁灣、貢湖灣和胥口灣共采集33個具有代表性的表層(020cm)水樣,其中梅梁灣10個,貢湖11個,胥口12個(圖1).使用有機玻璃采水器采集水樣,每個樣點采集3個平行樣,共采集23l水樣,裝入棕色玻璃瓶中,按1ml:1l(甲醛:水)的比例加入5‰的甲醛溶液抑制微生物活性,水樣冷藏運輸?shù)綄嶒炇?并放入冰箱冷藏保存,分批處理.將2l水樣通過0.45μm濾膜后過固相萃取小柱,用二氯甲烷洗脫吸附在小柱上的pahs,最后用氮

4、氣濃縮到0.5ml.用2.0g硅膠和1.0g無水硫酸鈉層析柱凈化,以正己烷洗脫后,再以正己烷和二氯甲烷淋洗(體積比1:1),收集洗脫液,進(jìn)行高效液相色譜儀(hplc)和熒光檢測器分析.以甲醇/水作為流動相(流速11.5ml/min),采用梯度淋洗方法分離pahs,甲醇體積百分含量從75%漸變到100%,控制溫度為(20±2).質(zhì)量控制包括空白,基質(zhì)空白、基質(zhì)加標(biāo)回收率.pahs標(biāo)準(zhǔn)曲線決定系數(shù)在0.99以上,空白樣無pahs檢出,回收率范圍為60%94%.根據(jù)毒性數(shù)據(jù)的可獲取性選擇7種代表性化合物進(jìn)行分析,其含量水平統(tǒng)計值見表1. 1.2.2毒性數(shù)據(jù)的獲取 為正確評價太湖梅梁灣、

5、貢湖灣和胥口灣的生態(tài)風(fēng)險,選擇物種應(yīng)該考慮以下原則:所選物種需要反映該區(qū)域生物區(qū)系特征;充分考慮物種的多樣性,所選物種盡量包含太湖水生生態(tài)系統(tǒng)中各個營養(yǎng)級的代表性物種,這些物種能夠代表生態(tài)系統(tǒng)生物群落特征.所選物種包括綠藻(selenastrumcapricornutum),小球藻(chlorellafusca),大型蚤(daphniamagna),鯉魚(cyprinuscarpio),黑頭呆魚(pimephalespromelas),羅非魚(tialpiazillii)、斑馬魚(danilrerio),鉤蝦(gammarusminus),搖蚊(chironomusriparius),埃及伊蚊

6、(aedesaegypti)等物種.pahs對水生生物的毒性數(shù)據(jù)從美國環(huán)保署毒性數(shù)據(jù)庫(/ecotox/)獲取,根據(jù)以下原則對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選:評價終點選擇反映種群、群落或生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)水平的存活率、生長、死亡率或繁殖率等終點的毒性數(shù)據(jù);對于持久性有機化合物,一般選擇慢性毒性數(shù)據(jù)(無觀察效應(yīng)濃度,noec),如果沒有可用的慢性毒性數(shù)據(jù),可選擇急性毒性數(shù)據(jù)(半致死濃度lc50或半效應(yīng)濃度ec50),除以急/慢性數(shù)據(jù)比率(acr)得到7種單體pahs對水生生物的noec(表2),采用eca(europeanchemicalsact)中使用的急/慢性比,即acr=1

7、0013-14;對于藻類,選擇暴露時間為47d的毒性數(shù)據(jù);對于魚類、甲殼類、軟體動物和兩棲類等水生生物,選擇暴露時間96h的lc50或ec50;如果一個物種具有不同生命階段的毒性數(shù)據(jù),選擇最敏感生命階段的毒性數(shù)據(jù),基于以上篩選原則最終獲得ace、flu、phe、ant、flua、pyr和bap的毒性數(shù)據(jù)(表2).ssd曲線的構(gòu)建參照以下原則:對大于該化合物溶解度的毒性數(shù)據(jù),計算其在效應(yīng)分布中的秩,但不參與ssd的擬合;如果一個物種有多個毒性數(shù)據(jù),計算幾何均值;至少需要4個有效毒性數(shù)據(jù)來構(gòu)建ssd曲線. 1.3生態(tài)風(fēng)險評價方法 通過構(gòu)建ssd曲線計算太湖水體pahs對水生生物的危害比例(paf)

8、,表征pahs對水生生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)風(fēng)險.ssd曲線擬合采用荷蘭國立公共衛(wèi)生與環(huán)境研究院開發(fā)的etx2.0軟件,該軟件中ssd曲線基于log-normal分布15.單體pahs對水生生物的paf為給定暴露濃度在ssd曲線上對應(yīng)的累積概率(圖2),計算公式為式(1):22()21pafe2πixiμσσ=(1)式中:μ為每種化合物對數(shù)轉(zhuǎn)化后毒性數(shù)據(jù)的平均值,μg/l;σi為每種化合物對數(shù)轉(zhuǎn)后毒性數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差,μg/l;x為水體單體pahs暴露濃度經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)后的值,ng/l.σ7pah對水生生物的paf可基于濃度加和方式按照

9、式(2)式(4)15進(jìn)行計算.μeechu10=(2)式中:hu為每種單體化合物的毒性單位,無量綱;eec為每種化合物環(huán)境暴露濃度,ng/l.tmoahuhuni=∑(3)式中:tmoahu為不同化合物hu的加和.2tmoa2ln(hu)21mspafe2πσσ∑=(4)式中:σ為不同化合物經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)化后毒性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的均值,ng/l. 2結(jié)果與討論 2.1ssd曲線的構(gòu)建 7種pahs的ssd曲線見圖3,其擬合優(yōu)度檢驗參數(shù)見表3.由表3可知,7種pahs的ssd曲線adderson-darling統(tǒng)計值(a-d值)均小于顯著性水平

10、為0.05對應(yīng)的臨界值,說明log-normal分配模型很好地擬合了7種pahsssd曲線. 2.2單體pahs的生態(tài)風(fēng)險 7種pahs單體對水生生物的pafs的統(tǒng)計值及pafs的分布形式見表4.對原始數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)組,采用算術(shù)平均值代表pahs對水生生物的paf,對于符合對數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)組,采用幾何平均值代表pahs對水生生物的paf.從表4可知,ace對水生生物的paf最小,平均值為0,因而未對其進(jìn)行進(jìn)一步方差分析和空間分布研究.其他6種pahs單體在三湖灣中均呈對數(shù)正態(tài)分布,flu的paf變化范圍為0.0001%0.0030%,幾何均值為0.0005%,略高于ace的生態(tài)風(fēng)險;

11、flua對三湖灣水生生物的生態(tài)風(fēng)險最大,paf變化范圍為0.5309%5.0367%,平均值為1.1641%;phe和pyr對水生生物的生態(tài)風(fēng)險僅次于flua,paf范圍分別為0.0920%0.5886%和0.0262%3.4145%,幾何均值分別為0.2206%和0.1633%,對水生生物的生態(tài)風(fēng)險較大;bap和ant的paf范圍分別為01.1985%和00.6154%,幾何均值分別為0.0175%和0.0021%,對水生生物的生態(tài)風(fēng)險較小.7種單體pahs對太湖水生生物的生態(tài)風(fēng)險依次是fluaphepyrbapantfluace.這與喬敏等17對梅梁灣沉積物中pahs生態(tài)風(fēng)險的排序并不一致

12、,這主要因為沉積物和水體中pahs組成成分和暴露濃度不同.由于污染來源和污染水平的不同,水體pahs生態(tài)風(fēng)險也會有差異,如天津市地表水水體中7種pahs的生態(tài)風(fēng)險依次為antpyrfluphenapfluabap18.另外,研究結(jié)果顯示ant對水生生物毒性較大,但其生態(tài)風(fēng)險較低;相反,phe對水生生物的毒性較小,但其生態(tài)風(fēng)險較高.因此,pahs的生態(tài)風(fēng)險由暴露濃度和毒性數(shù)據(jù)共同決定,可使用蒙特卡羅敏感性分析技術(shù)進(jìn)一步分析二者對生態(tài)風(fēng)險的貢獻(xiàn)率19.#p#分頁標(biāo)題#e# 除ace外,其他6種pahs對三湖灣水生生物的pafs值有所差異,ant和bap對梅梁灣水生生物的paf分別為0.0209%和

13、0.1237%,貢湖灣的paf分別為0.0023%和0.0085%,胥口灣的paf分別為0.0002%和0.0015%,方差檢驗表明這兩種單體pahs對梅梁灣水生生物的paf顯著高于貢湖灣和胥口灣(p0.05);flu和phe在梅梁灣的paf分別為0.0011%和0.2999%,在貢湖灣的paf分別為0.0008%和0.2621%,在胥口灣的paf為0.0003%和0.1495%,方差檢驗表明這2種單體pahs在胥口灣的paf顯著低于梅梁灣和貢湖灣(p0.05);flua和pyr在梅梁灣的paf分別為1.7156%和0.3268%,在貢湖灣的paf分別為1.2192%和0.1697%,在胥口灣

14、的paf分別為0.8339%和0.0816%,方差檢驗表明pyr和flua在3個湖區(qū)的paf具有顯著性差異(p0.05).從圖5可看出,∑7pah對水生生物的聯(lián)合生態(tài)風(fēng)險分布特征與單體pahs的分布特征(圖4)相似,梅梁灣西北部∑7pah對水生生物的風(fēng)險最高,其次是貢湖灣北部,胥口灣風(fēng)險最低. 2.4不確定性分析 生態(tài)風(fēng)險評價的不確定性主要來源于暴露分析、效應(yīng)分析和風(fēng)險表征過程21.盡管本研究中水體pahs來自具有代表性的樣點,但僅以pahs在水相中的全量為其暴露濃度,尚未考慮影響其生物有效性的因素,如水體溶解性有機質(zhì)以及水體pahs含量在時間上的變化,這些都會造成暴露濃度的不

15、確定性.此外,水體pahs的測量誤差也會造成暴露分析的不確定性.為保護(hù)水生生物免受pahs長期不利影響,本研究的效應(yīng)濃度采用急慢性比率將急性毒性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為慢性毒性數(shù)據(jù),同時由實驗室產(chǎn)生的毒性數(shù)據(jù)外推到實際生態(tài)系統(tǒng),都將在一定程度上造成生態(tài)風(fēng)險評價的不確定性.不過本研究使用概率風(fēng)險評價在很大程度上降低了風(fēng)險評價的不確定性.此外,生態(tài)風(fēng)險評價自身的缺陷也給評價結(jié)果帶來一定的不確定性,如不同生物區(qū)系的生物組成和結(jié)構(gòu)不同22-23,并且物種在生態(tài)系統(tǒng)中的重要性有所差別.因此,本研究只反映現(xiàn)有數(shù)據(jù)條件下的結(jié)果,更加符合實際環(huán)境的暴露濃度和毒性數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步考慮生物在生態(tài)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)和功能,如生態(tài)冗余、生態(tài)恢復(fù)力和生態(tài)抗性等24. 3結(jié)論 3.1太湖3湖灣水體flua