幾種特征污染物的水生態(tài)毒理效應(yīng)

吳東芳，王 碩，項(xiàng)麗君，鄭國(guó)臣

（1.松遼流域水資源保護(hù)局，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150090）

幾種特征污染物的水生態(tài)毒理效應(yīng)

吳東芳1，王 碩2，項(xiàng)麗君3，鄭國(guó)臣1

（1.松遼流域水資源保護(hù)局，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150090）

文章以分析特征污染物的水生態(tài)毒理效應(yīng)為基本著手點(diǎn)，從流域水生態(tài)安全角度出發(fā)，概括總結(jié)了農(nóng)藥、獸藥、氯酸鹽及其衍生物、重金屬、內(nèi)分泌干擾物及持久性有機(jī)污染物對(duì)水生態(tài)環(huán)境的毒理效應(yīng)，提出松遼流域水環(huán)境管理部門急需建立有效的特征污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系等措施。

水生態(tài)；毒理效應(yīng)；特征污染物

水作為物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，與人類的生活息息相關(guān)。隨著城市化進(jìn)程的加快及人類生活水平的提高，人類生產(chǎn)、生活產(chǎn)生的工業(yè)廢水、生活污水量也呈逐年上升趨勢(shì)。同時(shí)，廢水中含有大量有毒有害的污染物，引起了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染現(xiàn)象。水中污染物的種類繁多，包括易降解有機(jī)物、氨氮、溶解性磷、難降解有機(jī)物、重金屬及內(nèi)分泌干擾物等。其中，易降解有機(jī)物、氨氮、溶解性磷等可通過常規(guī)的 A/O、氧化溝等工藝去除；但是，難降解有機(jī)物、重金屬以及內(nèi)分泌干擾物的去除較為復(fù)雜，常規(guī)工藝很難將其徹底去除，其殘留物所產(chǎn)生的生態(tài)毒理效應(yīng)對(duì)人類、受納水體內(nèi)生物以及土壤中的微生物均具有較大危害，導(dǎo)致諸多水源地受到嚴(yán)重污染而喪失正常的水體功能。由此可見，對(duì)水體中的特征污染物進(jìn)行廣泛和深入的毒理學(xué)研究顯得十分必要，是保障水生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

1 農(nóng)藥獸藥類物質(zhì)的水生態(tài)毒理效應(yīng)

松遼流域主要包括東北地區(qū)，是我國(guó)糧食生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)，隨著科技水平的迅猛提升，農(nóng)藥、獸藥等的生產(chǎn)量與使用量也呈大幅度上升趨勢(shì)。然而，農(nóng)藥、獸藥及其殘留物均具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其不僅可通過遷移、轉(zhuǎn)化進(jìn)入水環(huán)境，對(duì)水生生物造成嚴(yán)重危害，甚至可通過食物鏈傳遞等途徑進(jìn)入人體，從而對(duì)人類健康產(chǎn)生威脅。其中，農(nóng)藥廢水中的污染成分主要有氯苯、對(duì)特丁基氯苯、仲丁胺、仲丁醇和丁酮等；獸藥中的促生長(zhǎng)飼料添加劑、抗菌藥、藥用添加劑和殺蟲藥等也屬于常見的環(huán)境污染物，這些物質(zhì)均具有濃度高、毒性大、成分復(fù)雜和難降解的特點(diǎn)。

農(nóng)藥和獸藥中的抗菌藥(抗微生物藥物)會(huì)對(duì)水生態(tài)安全造成較大影響，生產(chǎn)此類抗菌藥的生產(chǎn)污水，若不經(jīng)處理直接排入污水處理廠或受納水體，不僅會(huì)抑制或殺死水體中的土著微生物，破壞水體的生態(tài)平衡；甚至可能會(huì)使受納水體成為耐藥菌基因的貯庫，最終成為耐藥基因擴(kuò)展和演化的媒介。畜禽常用的抗菌藥如甲硝唑、喹乙醇、萘啶酸等均可對(duì)甲殼細(xì)水蚤產(chǎn)生毒性，其中喹乙醇對(duì)甲殼細(xì)水蚤的急性毒性最強(qiáng)，對(duì)水體環(huán)境有潛在的不良作用。研究發(fā)現(xiàn)，因病毒性疾病而死亡的魚類與環(huán)境污染物導(dǎo)致的免疫抑制有關(guān)，極低濃度的多氯聯(lián)苯類化合物可以對(duì)魚類表現(xiàn)出免疫毒性作用。

2 氯酸鹽及其衍生物的水生態(tài)毒理效應(yīng)

傳統(tǒng)的飲用水處理工藝常采用氯氣進(jìn)行消毒，氯氣與水中的鹽類反應(yīng)會(huì)生成多種消毒副產(chǎn)物，包括亞氯酸鹽、氯酸鹽、高氯酸鹽及其衍生物等“三致”氯代物，是人類健康和水生生物的隱形殺手。氯酸鹽對(duì)絕大多數(shù)微生物和藻類均有較強(qiáng)的抑制作用，Lehtinen 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體中氯酸鹽濃度超過 50 mg/L 時(shí)，藻類 Fucus vesiculosus幾乎全部滅絕 。2，4- 二 氯 酚 (2，4-DCP)、2，4，6- 三氯 酚(2，4，6-TCP)和五氯酚(PCP)等既是氯氣消毒時(shí)的消毒副產(chǎn)物，同時(shí)也是常見的化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品的中間體，其性質(zhì)較為穩(wěn)定，并可以通過食物鏈大量富集，大大增加了其污染危害。2，4-DCP 和 2，4，6-TCP 的急性毒性低于 PCP，2，4-DCP 的急性毒性值在 1 000～100 000 g/L 范圍內(nèi)。2，4-DCP 對(duì)原生動(dòng)物門中纖毛蟲類生物的毒性較低，而對(duì)某些水蚤類的毒性相對(duì)較高。2，4，6-TCP 的急性毒性值一般在 200～20 000 g/L 范圍內(nèi)。2，4，6-TCP 對(duì)某些魚類和水蚤類的毒性較大，對(duì)水生植物類毒性較低。Yin 等選擇了 9 種優(yōu)勢(shì)水生物種，通過測(cè)定2，4-DCP 和 2，4，6-TCP 對(duì)其的急性毒性，得到 9種優(yōu)勢(shì)水生物種 96 h 和 48 h 的半致死濃度（LC50）值分別在 1 790～11 700 g/L 和 1 460～9 290 g/L 范圍內(nèi)。

3 重金屬的水生態(tài)毒理效應(yīng)

隨著工業(yè)技術(shù)，尤其是電子制造業(yè)、印染業(yè)和化工業(yè)的高速發(fā)展，工廠排水的廢水中重金屬的含量逐漸升高。然而，在經(jīng)過預(yù)處理和活性污泥法處理之后，水中大量的重金屬往往會(huì)富集在活性污泥中，最終隨著活性污泥經(jīng)脫水后填埋或堆肥回到土壤，造成土壤的惡性污染。已發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)7個(gè)城市污水處理廠的脫水污泥均對(duì)耕地黑土環(huán)境存在嚴(yán)重的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

水生生物對(duì)重金屬的積累，一般是通過以下2個(gè)路徑實(shí)現(xiàn)：1） 魚鰓不斷吸收水中的重金屬，然后經(jīng)過血液循環(huán)輸送到體內(nèi)各個(gè)部位；2）魚類在攝取食物時(shí)，通過餌料等進(jìn)入體內(nèi)。研究結(jié)果表明，金魚鰓中鉛、鎘含量與其在肝臟、腎臟中的含量呈正相關(guān)，而且腎臟對(duì)鉛、鎘的積累量高于其他器官，表明腎臟對(duì)鉛、鎘等重金屬富集能力較強(qiáng)。熊蔚蔚等用鎘、鉻和鉛3種元素對(duì)淡水發(fā)光細(xì)菌進(jìn)行聯(lián)合毒性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并證明鎘和鉛、鉛和鉻、鉻和鍍對(duì)淡水發(fā)光細(xì)菌的聯(lián)合毒性作用方式均為拮抗作用；陳娜等在水螅的急性毒性效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，利用銅、鉛、鎘、鋅、汞和銀等 6 種金屬離子考察復(fù)合污染對(duì)其的影響，結(jié)果證明，6種金屬離子對(duì)水螅毒性大小順序?yàn)?Hg2+＞Cu2+＞Cd2+＞Ag+＞Zn2+＞Pb2+。此外，聯(lián)合毒性實(shí)驗(yàn)表明，Zn2+與 Cu2+，Hg2+，Pb2+，Ag+，Pb2+與 Cu2+，Hg2+與 Ag+，Pb2+與 Ag+這些金屬離子組合對(duì)水螅聯(lián)合急性毒性總體上表現(xiàn)出拮抗作用，Cd2+與 Cu2+，Hg2+，Pb2+，Ag+組合總體上表現(xiàn)出協(xié)同作用。王志錚等在 Hg2+，Zn2+，Cr6+對(duì)黃姑魚幼魚的急性致毒效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，Hg2+，Zn2+和Cr6+的 96 h LC50 依次 為 0.495 9 mg/L，11.583，3 mg/L 和 15.452 mg/L。各重金屬離子毒性由大到小依次為 Hg2+，Zn2+，Cr6+。Hg2+與 Zn2+，Hg2+與 Cr6+對(duì)黃姑魚幼魚的 96 h聯(lián)合急性毒性表現(xiàn)為協(xié)同作用；Zn2+與 Cr6+對(duì)黃姑魚幼魚的 96 h 聯(lián)合急性毒性表現(xiàn)為拮抗作用，低毒性強(qiáng)度的 Zn2+對(duì) Cr6+具拮抗作用，Cr6+毒性強(qiáng)度略高于 Zn2+時(shí)表現(xiàn)為相互獨(dú)立作用，當(dāng) Zn2+毒性強(qiáng)度高于 Cr6+時(shí)則表現(xiàn)為協(xié)同作用。

4 內(nèi)分泌干擾物的水生態(tài)毒理效應(yīng)

內(nèi)分泌干擾物是一類外源性化學(xué)物質(zhì)，也稱為“激素”，是在環(huán)境中殘留或蓄積的微量化學(xué)物質(zhì)，主要是一些人工合成的化學(xué)物質(zhì)，也包括一些天然化合物。隨著工業(yè)的發(fā)展和農(nóng)藥的大量使用，人們認(rèn)識(shí)到工業(yè)世界和自然環(huán)境有極為密切的聯(lián)系。內(nèi)分泌干擾物存在于水環(huán)境中，因其濃度低未了解其危害性，以往的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中并未將內(nèi)分泌干擾物單列出來，只是包括在有機(jī)微污染物內(nèi)。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署共列出 60 種內(nèi)分泌干擾物，美國(guó)疾病預(yù)防控制中心列出了 48 種，世界野生動(dòng)物基金會(huì)列出了 68 種，日本在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)內(nèi)分泌干擾物的污染狀況進(jìn)行了一次全面調(diào)查，統(tǒng)計(jì)了激素類化學(xué)物清單，計(jì) 65 種，韓國(guó)為 66 種，歐盟為 118種等。隨著研究的深入，內(nèi)分泌干擾物的種類還將會(huì)有修正和增減。

我國(guó)飲用水水源以地表水居多，根據(jù)對(duì) 110個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市的 360 個(gè)集中式飲用水源地的結(jié)果統(tǒng)計(jì)，水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為 80%，原水中的有機(jī)污染物主要可分為兩類：天然有機(jī)物和人工合成有機(jī)物。天然有機(jī)化合物中腐殖質(zhì)在地表水中含量最高，是水體濁度的重要成分，占有機(jī)物總量的60%～90%；非腐殖質(zhì)的有機(jī)物，主要包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸等，是水體中可生物降解的有機(jī)物部分。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，水體中人工合成有機(jī)污染物的種類逐漸增多，我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，有 66 項(xiàng)為有毒有機(jī)物，而其中最引人關(guān)注的是內(nèi)分泌干擾物。我國(guó)是農(nóng)藥和工業(yè)品使用大國(guó)，隨著地表徑流及工業(yè)廢水和生活污水排入水體，內(nèi)分泌干擾物種類呈逐步上升趨勢(shì)，檢出了多種內(nèi)分泌干擾物和各類持久性有機(jī)微污染物。

由于內(nèi)分泌干擾物影響人類和野生動(dòng)物的健康，為此許多國(guó)家制訂了法規(guī)和研究計(jì)劃，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署、世界衛(wèi)生組織、歐盟和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署都投入大量人力物力進(jìn)行研究。發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)，如美國(guó)、加拿大、日本、英國(guó)、歐盟等國(guó)均已開展內(nèi)分泌干擾物的相關(guān)研究：

1）檢測(cè)水環(huán)境中的內(nèi)分泌干擾物。

2）研究?jī)?nèi)分泌干擾物對(duì)人類健康的影響。

3）選定內(nèi)分泌干擾物試驗(yàn)的野生動(dòng)物種類。

4）內(nèi)分泌干擾物毒理學(xué)完整數(shù)據(jù)組的化合物試驗(yàn)。

5）開發(fā)和確定雌激素、雄激素和甲狀腺系統(tǒng)的試驗(yàn)體系，包括劑量-結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系、體外生物試驗(yàn)和體內(nèi)生物試驗(yàn)。

5 持久性有機(jī)污染物的水生態(tài)毒理效應(yīng)

持久性有機(jī)污染物（POPs）是一類具有持久性、易生物富集、對(duì)人類和生物具有極強(qiáng)毒性的有機(jī)污染物質(zhì)，能夠引起免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖發(fā)育系統(tǒng)疾病。環(huán)境中 POPs的空間分布極其廣泛，甚至在海洋中都普遍存在。POPs會(huì)直接抑制海洋中藻類的生長(zhǎng)和代謝，進(jìn)而影響初級(jí)消費(fèi)者及高級(jí)消費(fèi)者的正常生長(zhǎng)和生理過程。研究表明，綠藻在硫丹中暴露的半最大效應(yīng)濃度 （EC50）為427.8 g/L；Lab-scale 試 驗(yàn) 中 ， 當(dāng) 全 氟 辛 烷 磺 酸（PFOS）的濃度高于 50 mg/L 時(shí)，羊角月牙藻和小球藻的生長(zhǎng)會(huì)被顯著抑制。然而，并非所有 POPs對(duì)藻類的生長(zhǎng)均有不利作用，有些藻類甚至可以在一定濃度范圍內(nèi)的某種 POPs中正常生長(zhǎng)。例如小球藻和項(xiàng)圈藻在有 5~40 nmol/L 濃度 2，4-二硝基苯酚存在的條件下能夠正常生長(zhǎng)并表現(xiàn)出較高的DNP 富集能力；小球藻在 24 h 光照培養(yǎng)下，5 d 內(nèi)在50 mg/L 的 p-chlorophenol和 p-nitrophenol環(huán)境中能對(duì)兩種有機(jī)污染物進(jìn)行高效富集；扁藻還能通過與葡萄糖共代謝的方式將 2，4-二硝基苯酚類化合物富集，從而降低其對(duì)藻體產(chǎn)生的毒性。

6 研究展望

特征污染物對(duì)水源和受納水體的污染，已成為水利部門高度重視的問題之一。水體中特征污染物的水生態(tài)毒性已成為環(huán)境健康的嚴(yán)重威脅。因此，要在保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步前進(jìn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)健康的可持續(xù)發(fā)展，就必須加強(qiáng)人類的生態(tài)環(huán)保意識(shí)，深入對(duì)污染物的水生態(tài)毒理學(xué)的研究。雖然國(guó)際上已經(jīng)進(jìn)行了特征污染物的研究，但我國(guó)在這方面的研究，特別是飲用水處理領(lǐng)域的研究，尚處于起步階段?？傊卣魑廴疚锏暮Y選、分析和評(píng)估以及去除是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，內(nèi)容涉及許多學(xué)科領(lǐng)域。內(nèi)分泌干擾物在水環(huán)境中普遍存在，然而其中大部分的物質(zhì)尚未有毒理學(xué)方面的測(cè)定數(shù)據(jù)。從成本效益和篩選大量化合物的角度，體外試驗(yàn)方法最為適用。

綜上所述，松遼流域水環(huán)境管理部門，主要集中于以下兩方面對(duì)特征污染物開展工作：

1）切實(shí)開展控源截污行動(dòng)。從污染源頭上控制流向受納水體中特征污染物的種類及濃度，并在松遼流域范圍內(nèi)對(duì)污染水體進(jìn)行及時(shí)處理，盡可能避免特征污染物的跨流域污染，縮小受污范圍。

2）通過與科研部門的合作，對(duì)生態(tài)毒理基因組學(xué)的運(yùn)用，尋求更高效、快捷、經(jīng)濟(jì)的生物探針及標(biāo)記物，進(jìn)而形成有效的松遼流域特征污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。

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