沙潁河流域硝基苯水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

丁婷婷，杜士林,2，王宏亮，張亞輝,*，王一喆，何連生

1. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境分析測(cè)試技術(shù)中心，北京 100012 2. 桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，桂林 541004

沙潁河是淮河流域最大的一條支流，西起河南省伏牛山，跨豫、皖兩省，流經(jīng)鄭州、平頂山、漯河、周口和阜陽(yáng)等市，東至安徽省潁上縣沫河口入淮河。全長(zhǎng)約620 km，流域面積39 880 km2，接近淮河流域總面積的1/7。沙潁河子流域是淮河流域上游污染問(wèn)題突出、污染貢獻(xiàn)大的流域之一，同時(shí)也是一個(gè)多閘壩、高污染和人口密集的典型流域[1]。硝基苯具有強(qiáng)烈的致癌性、致突變性和化學(xué)穩(wěn)定性，且難以被微生物降解，已經(jīng)成為國(guó)際公認(rèn)的重點(diǎn)環(huán)境污染物之一[2]。2001年硝基苯被歐盟“巴塞爾公約”列入環(huán)境優(yōu)先控制有毒有機(jī)污染物名單。硝基苯是化學(xué)工業(yè)大量使用的化工原料和反應(yīng)中間體，并廣泛用于染料和農(nóng)藥的生產(chǎn)[3]，因此有很多途徑進(jìn)入到環(huán)境當(dāng)中。在中國(guó)各大水體中均有硝基苯的檢出，如長(zhǎng)江[4-5]、黃河[6]、松花江和遼河[7]。高繼軍[8]對(duì)我國(guó)地表水10個(gè)流域水系(包括淮河流域)的有機(jī)物污染進(jìn)行研究，報(bào)道了硝基苯在我國(guó)地表水中的檢出率為83.2%，污染具有普遍性。沙潁河流域重污染行業(yè)中化工、制藥和印染等占有很大比例，硝基苯作為主要污染物之一不容忽視。然而目前針對(duì)沙潁河流域中硝基苯含量的報(bào)道幾乎沒(méi)有，因此，在沙潁河流域開(kāi)展硝基苯的研究具有重要意義。

水質(zhì)基準(zhǔn)(WQC)具體是指環(huán)境中污染物對(duì)水生生物不產(chǎn)生不良或有害影響的最大劑量或濃度，在水環(huán)境治理中起到至關(guān)重要的作用，然而我國(guó)的水質(zhì)基準(zhǔn)還有待進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)完善水質(zhì)基準(zhǔn)體系，尤其加強(qiáng)流域的水質(zhì)基準(zhǔn)具有重大意義。目前中國(guó)用于保護(hù)地表水的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)(0.017 mg·L-1)是從美國(guó)現(xiàn)行的硝基苯人體健康標(biāo)準(zhǔn)中復(fù)制而來(lái)的[9]。然而，美國(guó)和中國(guó)之間有許多物理、化學(xué)和生物因素的差異，這可能會(huì)影響某種物質(zhì)在水生生物中的毒性[10-11]，因此，中國(guó)現(xiàn)有的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)可能對(duì)中國(guó)的水生生態(tài)系統(tǒng)過(guò)保護(hù)或者欠保護(hù)。目前我國(guó)對(duì)于硝基苯的水質(zhì)基準(zhǔn)已有不少研究[12-14]，但針對(duì)流域的硝基苯水質(zhì)基準(zhǔn)研究幾乎沒(méi)有。對(duì)于太湖、遼河等流域的污染物水質(zhì)基準(zhǔn)也有不少研究[15-17]，但都沒(méi)有應(yīng)用到環(huán)境暴露濃度的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，所以開(kāi)展沙潁河流域硝基苯水質(zhì)基準(zhǔn)研究并開(kāi)展實(shí)際暴露濃度的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于保護(hù)沙潁河流域水生生物以及流域管理具有重要意義。

本研究針對(duì)典型污染物硝基苯，開(kāi)展沙潁河流域本土生物的水生生物毒性試驗(yàn)，推導(dǎo)沙潁河流域硝基苯的水環(huán)境基準(zhǔn)值，并對(duì)沙潁河流域地表水中硝基苯的實(shí)際暴露濃度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為更好地治理沙潁河流域中硝基苯污染物提供依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 效應(yīng)評(píng)估

1.1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

(1)沙潁河流域本土水生生物的搜集主要來(lái)自“十二五”重大水專項(xiàng)調(diào)研資料、淮河流域水生生物名錄、圖書(shū)《沙潁河常見(jiàn)水生生物圖集》[18]以及沙潁河流域水生生物相關(guān)文獻(xiàn)[19-22]，這為后期毒性數(shù)據(jù)的篩選提供依據(jù)。

(2)搜集迄今已發(fā)表的硝基苯的急、慢性毒性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)主要來(lái)自US EPA的ECOTOX數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)知網(wǎng)等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)收集后，按照生態(tài)毒理數(shù)據(jù)篩查文獻(xiàn)[23]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除不合格的數(shù)據(jù)以及不屬于沙潁河流域水生生物的數(shù)據(jù)。

1.1.2 室內(nèi)毒性試驗(yàn)

1.1.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品

硝基苯(CAS：98-95-3，AR 99%，上海麥克林有限公司)，由于硝基苯較難溶于水，試驗(yàn)前用二甲基亞砜(CAS：67-68-5，AR 99.99%，上海麥克林有限公司)助溶于超純水中，配制成高濃度母液，再根據(jù)需要稀釋成相應(yīng)濃度，各實(shí)驗(yàn)中最高濃度組中助溶劑含量不超過(guò)10‰。

1.1.2.2 受試生物與馴養(yǎng)條件

所選擇的4種受試生物均為沙潁河流域本土物種，包括秀麗白蝦(Exopalaemonmodestus)、黃顙魚(yú)(Pelteobagrusfulvidraco)、霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeistteri)以及河蜆(Corbiculafluminea)。其中，秀麗白蝦、霍甫水絲蚓均購(gòu)自朝來(lái)春花鳥(niǎo)魚(yú)蟲(chóng)市場(chǎng)，黃顙魚(yú)購(gòu)自廣東省水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)，河蜆購(gòu)自河南省海鮮市場(chǎng)。馴養(yǎng)及試驗(yàn)用水均為曝氣48 h的自來(lái)水，水質(zhì)參數(shù)為：pH 8.08±0.18，溫度(23±1) ℃，溶解氧大于6 mg·L-1，總有機(jī)碳(0.43±0.13) mg·L-1，電導(dǎo)率(353±1) μS·cm-1，硬度150 mg·L-1(以CaCO3計(jì))左右。所有生物在實(shí)驗(yàn)前馴養(yǎng)至少7 d，死亡率在5%以內(nèi)。

1.1.2.3 毒性試驗(yàn)

毒性試驗(yàn)按照《化學(xué)品測(cè)試方法: 生物效應(yīng)卷》[24]執(zhí)行，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定正式試驗(yàn)濃度范圍，正式試驗(yàn)設(shè)置1個(gè)空白對(duì)照組，1個(gè)溶劑對(duì)照組，至少5個(gè)濃度組，每組3個(gè)平行。急慢性實(shí)驗(yàn)均采用半靜態(tài)試驗(yàn)方法，每隔2天換一次溶液。其中，急性試驗(yàn)周期為4 d，期間不喂食；慢性試驗(yàn)周期為28 d，試驗(yàn)期間按照0.1%生物質(zhì)量喂食霍甫水絲蚓，一天一次。試驗(yàn)期間測(cè)定溶液的溫度、pH以及溶解氧等水質(zhì)指標(biāo)。對(duì)更換前后溶液中的硝基苯濃度進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)果表明，硝基苯的濃度變化在20%以內(nèi)，符合技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定。硝基苯對(duì)沙潁河本土水生生物的急性、慢性毒性試驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 4種沙潁河本土淡水水生生物毒性試驗(yàn)濃度Table 1 The exposure concentration for 4 native aquatic organisms in the Shaying River

急性毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 18.0軟件中概率單位回歸法計(jì)算半致死濃度LC50，慢性毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)SPSS 18.0軟件中單因素方差分析(One-Way ANOVA)確定最低可見(jiàn)效應(yīng)濃度(LOEC)(P<0.05)和無(wú)觀測(cè)效應(yīng)濃度(NOEC)[25]以及最大可接受毒性濃度(MATC，LOEC與NOEC的幾何平均值)，將MATC作為最終慢性結(jié)果。魚(yú)類慢性試驗(yàn)以成長(zhǎng)為毒性終點(diǎn)，數(shù)據(jù)參照《水生生物監(jiān)測(cè)手冊(cè)》[26]，使用概率單位法計(jì)算20%效應(yīng)濃度(EC20)。

1.1.2.4 水質(zhì)基準(zhǔn)值的推導(dǎo)

重新計(jì)算法為US EPA推薦方法[27]，是利用實(shí)驗(yàn)室的配制水和本地物種進(jìn)行毒性試驗(yàn)，然后推算出保護(hù)本地物種的基準(zhǔn)，主要關(guān)注物種差異，適用于制訂流域基準(zhǔn)。確定沙潁河流域水生生物的種類及毒性數(shù)據(jù)，采用物種敏感度排序法(Species Sensitivity Rank, SSR)計(jì)算硝基苯的急性基準(zhǔn)值[28]。將搜集篩選的硝基苯數(shù)據(jù)與本研究補(bǔ)充的毒性數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，計(jì)算每個(gè)物種的物種平均急性值(SMAV)和每個(gè)屬的屬平均急性值(GMAV)，將GMAV從小到大進(jìn)行排序，并且將其分配等級(jí)r，最小的屬平均急性值的等級(jí)為1，最大的屬平均急性值的等級(jí)為N(N為屬的個(gè)數(shù))，對(duì)每個(gè)屬平均急性值的累積概率(P)，按公式P=r/(N+1)進(jìn)行計(jì)算，選擇累積概率最小的4個(gè)屬平均急性值，用這4個(gè)屬平均急性值和它們的累積概率計(jì)算最終急性值(FAV)，急性基準(zhǔn)(CMC)即為FAV/2，計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

FAV=eA

(4)

式中：S、L和A為計(jì)算中采用的符號(hào)，沒(méi)有特殊含義；GMAV為屬平均急性值；P為累積概率；FAV為最終急性值。

由于慢性數(shù)據(jù)不足，慢性值(FCV)采用急慢性比值法計(jì)算，慢性基準(zhǔn)(CCC)為最終急性值(FAV)與最終急慢性比(FACR)的比值。此外，還與物種敏感度分布法(SSD)[29]計(jì)算出的硝基苯基準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。

1.2 環(huán)境暴露濃度

1.2.1 樣品采集與處理

分別于2018年平水期(3月)、豐水期(7月)和枯水期(11月)對(duì)沙潁河流域主要斷面的40個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行地表水樣品采集，使用手持GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位(圖1)。每個(gè)采樣點(diǎn)采集2 L表層水樣，暫存于棕色玻璃瓶中，通過(guò)0.45 μm玻璃纖維濾膜過(guò)濾，過(guò)濾后的水樣通過(guò)固相萃取進(jìn)行富集。對(duì)C18固相萃取小柱(SPE小柱，6 mL，500 mg)依次用10 mL二氯甲烷、10 mL甲醇和10 mL超純水活化填料，在真空壓力下使2 L水樣以<5 mL·min-1的流速通過(guò)小柱進(jìn)行富集。富集完畢后，用封口膜封存小柱，并用鋁箔紙包好，放入車載冰箱中4 ℃以下避光保存小柱，冷藏狀態(tài)下運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室。干燥后的SPE小柱使用二氯甲烷和正己烷(體積比為1∶1)作為洗脫劑以1 mL·min-1流速洗脫待測(cè)物，淋洗液收集于帶刻度的K-D玻璃瓶中，氮吹定容至1 mL，待下一步上機(jī)檢測(cè)。

圖1 沙潁河流域水樣采樣點(diǎn)分布Fig. 1 Distribution of water sampling sites in the Shaying River Basin

1.2.2 樣品測(cè)試與質(zhì)量保證

使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)樣品進(jìn)行分析。進(jìn)樣模式為進(jìn)樣量1 μL，分流進(jìn)樣。色譜柱為Agilent 122-5532，柱流量為1.00 mL·min-1。柱溫程序：初始溫度60 ℃，保留10 min，以10 ℃·min-1的速度上升到200 ℃后，保持10 min，再以15 ℃·min-1的速度上升到250 ℃，保持20 min。離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為280 ℃，溶劑延遲時(shí)間為5 min。采用SIM方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品及測(cè)試樣品進(jìn)行測(cè)定，選定替代物硝基苯-D5的定量離子(82.0)、定性離子對(duì)(128.0/54.0)，硝基苯的定量離子(77.0)、定性離子對(duì)(123.0/65.0)，內(nèi)標(biāo)1-溴-2-硝基苯的定量離子(75.0)、定性離子對(duì)(50.0/155.0)，并確定硝基苯保留時(shí)間為7.472 min。

硝基苯和替代物硝基苯-D5均采用線性校準(zhǔn)曲線進(jìn)行校準(zhǔn)，其中硝基苯的線性校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)r2=0.9982，硝基苯-D5的線性校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)r2=0.9966。測(cè)定過(guò)程中，設(shè)置空白和平行，空白未檢測(cè)出硝基苯，平行偏差<5%。替代物加標(biāo)回收率為90.1%～103.2%，空白加標(biāo)回收率為73.2%～91.3%。

1.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

采用層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(商值法、安全閾值法和聯(lián)合概率曲線法)[30-31]對(duì)沙潁河流域豐水期、枯水期和平水期地表水的硝基苯進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.3.1 商值法

商值法(Hazardous Quotient, HQ)是污染物對(duì)生物的毒性濃度和污染物在環(huán)境中的暴露數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析的過(guò)程。本文HQ值是將污染物的環(huán)境暴露濃度(EC)除以該物質(zhì)慢性基準(zhǔn)值(CCC)，其結(jié)果按照一定的等級(jí)分類，來(lái)表征風(fēng)險(xiǎn)大小[31]。其中，HQ<0.1，無(wú)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；0.1≤HQ<1.0，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低；1.0≤HQ<10，中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；HQ>10，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高。因?yàn)槭褂肏Q法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，未考慮水體中其他因素對(duì)水生生物安全的影響。所以HQ法只能用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)估。

1.3.2 安全閾值法

安全閾值法(Margin of Safety, MOS10)是通過(guò)使用生物毒性數(shù)據(jù)累積概率分布10%處的臨界值(SSD10)與污染物環(huán)境暴露濃度累積概率分布90%處的臨界值(ECD90)的比值，來(lái)分析目標(biāo)污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度?？傮w來(lái)說(shuō)，安全閾值法同時(shí)使用了污染物毒性效應(yīng)分布曲線與污染物環(huán)境暴露濃度曲線，是在商值法基礎(chǔ)上的延伸。一般MOS10取值為1界定風(fēng)險(xiǎn)程度：MOS10<1表明毒性數(shù)據(jù)和暴露濃度的分布具有高重合度并且可能導(dǎo)致對(duì)水生生物的高風(fēng)險(xiǎn)；MOS10>1表明對(duì)水生生物幾乎沒(méi)有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[31]。

1.3.3 聯(lián)合概率曲線法

聯(lián)合概率曲線法(Joint Probability Curve, JPC)是基于安全閾值法開(kāi)發(fā)的聯(lián)合概率曲線，JPC通過(guò)Matlab擬合獲得關(guān)系曲線，曲線越靠近X軸，說(shuō)明目標(biāo)污染物對(duì)水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越小[30]。與前2種方法相比，它能更好地描述環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與討論(Results and discusions)

2.1 沙潁河本土生物毒性試驗(yàn)結(jié)果

在急性、慢性毒性試驗(yàn)過(guò)程中，空白對(duì)照組和助溶劑對(duì)照組的水生生物均未出現(xiàn)死亡。急性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，硝基苯對(duì)4種沙潁河本土生物的毒性大小為：黃顙魚(yú)(LC50=17.397 mg·L-1)>秀麗白蝦(LC50=45.436 mg·L-1)>河蜆(LC50=119.069 mg·L-1)>霍甫水絲蚓(LC50=178.299 mg·L-1)，黃顙魚(yú)為最敏感生物，霍甫水絲蚓為最不敏感生物。有研究報(bào)道，硝基苯對(duì)于黃顙魚(yú)的96 h-LC50為81.57 mg·L-1[16]，高于本研究，可能因?yàn)樗x的黃顙魚(yú)規(guī)格大小不同，導(dǎo)致其對(duì)污染物敏感性不同。楊揚(yáng)等[32]的研究結(jié)果中，硝基苯對(duì)霍甫水絲蚓96 h-LC50為285. 76 mg·L-1，表現(xiàn)為低等毒性，與本文中霍甫水絲蚓為不敏感生物結(jié)果一致。

表2 硝基苯對(duì)4種本土水生生物的急性毒性試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Acute toxicity test results of nitrobenzene on 4 native aquatic organisms

由表3可知，硝基苯對(duì)黃顙魚(yú)的慢性試驗(yàn)中，秀麗白蝦和黃顙魚(yú)28 d-NOEC分別為2.858 mg·L-1和3.429 mg·L-1；28 d-LOEC分別為5.144 mg·L-1和6.173 mg·L-1；黃顙魚(yú)以生長(zhǎng)為毒性終點(diǎn)的28 d-EC20為4.538 mg·L-1。黃顙魚(yú)以生長(zhǎng)為毒性終點(diǎn)與以死亡為毒性終點(diǎn)的敏感度相當(dāng)。硝基苯慢性毒性研究表明，硝基苯能抑制生物發(fā)育[33]，導(dǎo)致生物體重減輕。Zheng等[30]基于6個(gè)不同的毒性終點(diǎn)研究了莠去津?qū)λ锏亩拘孕?yīng)，發(fā)現(xiàn)繁殖是最敏感的毒性終點(diǎn)，其次分別為基因、行為、生化和生長(zhǎng)，致死為最不敏感的毒性終點(diǎn)。這與本文結(jié)果不同，可能因?yàn)檩ソ蚓哂袕?qiáng)烈內(nèi)分泌干擾物效應(yīng)，直接影響生物的繁殖，而硝基苯主要抑制生物發(fā)育，不同污染物對(duì)水生生物的毒性機(jī)理不同。

表3 硝基苯對(duì)2種本土水生生物的慢性毒性試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Chronic toxicity test results of nitrobenzene on 2 native aquatic organisms

2.2 沙潁河流域硝基苯水生生物基準(zhǔn)閾值推導(dǎo)

搜集篩選了硝基苯對(duì)沙潁河流域本土水生動(dòng)物急性毒性數(shù)據(jù)共19個(gè)，慢性毒性數(shù)據(jù)共7個(gè)，對(duì)淡水植物的毒性數(shù)據(jù)7個(gè)。將搜集篩選的硝基苯數(shù)據(jù)與本研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行排序，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 本土水生生物分布與硝基苯急性毒性數(shù)據(jù)Table 4 The distribution of native aquatic organisms and acute toxicity data of nitrobenzene

整理數(shù)據(jù)得出，沙潁河流域生物硝基苯急性毒性數(shù)據(jù)共11個(gè)屬，由表4得到GMAV最小的4個(gè)生物依次為日本沼蝦(0.039 mg·L-1)、青鳉(1.8 mg·L-1)、鯉魚(yú)(1.907 mg·L-1)和黃顙魚(yú)(17.397 mg·L-1)。采用SSR法計(jì)算得到FAV，結(jié)果如表5所示。

表5 沙潁河流域硝基苯基準(zhǔn)值的計(jì)算結(jié)果Table 5 The results of water quality criteria of nitrobenzene in Shaying River Basin

計(jì)算得到FAV為0.014 mg·L-1，CMC為0.007 mg·L-1。黃顙魚(yú)、大型溞和秀麗白蝦的急慢性比(ACR)分別為3.836、5.132和11.851，通過(guò)這3種水生生物ACR的幾何平均值算出FACR為6.156。FCV為FAV/FACR，CCC為FCV和植物毒性終值兩者中的最小值(FPV，3.2 mg·L-1)，得出CCC為0.002 mg·L-1。此外，采用物種敏感度分布法(SSD曲線用Log-logistic函數(shù)進(jìn)行擬合)得出硝基苯的急性、慢性基準(zhǔn)值分別為0.208 mg·L-1和0.034 mg·L-1。SSD法求得的沙潁河流域硝基苯基準(zhǔn)值高于SSR法，主要因?yàn)镾SD法更多地依賴整體毒性數(shù)據(jù)對(duì)基準(zhǔn)的影響，不能考慮到敏感生物的毒性數(shù)據(jù)。所以SSD法與SSR法推導(dǎo)的硝基苯基準(zhǔn)值有一定差異，甚至不是一個(gè)數(shù)量級(jí)，本文采用SSR法的計(jì)算結(jié)果。

Yan等[34]用SSR法推導(dǎo)出國(guó)家層面的硝基苯急性基準(zhǔn)值(0.018 mg·L-1)高出沙潁河流域的基準(zhǔn)值2倍多。閆振廣等[35]在研究中報(bào)道了四大流域的鎘急性基準(zhǔn)值，其全部小于國(guó)家鎘的基準(zhǔn)值，這與本文結(jié)果相似。首先，水生生物的區(qū)系分布具有很強(qiáng)的地域性，這不僅體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外物種差異中，在中國(guó)不同流域水環(huán)境中分布的水生生物也會(huì)存在較大差異，因而不同流域的基準(zhǔn)值也會(huì)不同[36-37]。由于物種分布差異對(duì)流域的基準(zhǔn)推導(dǎo)有直接影響，因此受試生物的篩選是水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)的重點(diǎn)之一。本文篩選的水生生物均為沙潁河流域內(nèi)的本土水生生物，補(bǔ)充沙潁河流域本土生物毒性數(shù)據(jù)時(shí)所選取的生物均為沙潁河流域的優(yōu)勢(shì)物種。在沙潁河流域中，鯽魚(yú)(Carassiusauratus)為重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)種，黃顙魚(yú)(Pelteobagrusfulvidraco)和長(zhǎng)吻鮠(Leiocassislongirostris)均為重點(diǎn)保護(hù)物種，烏鱧(Channaargus)、萼花臂尾輪蟲(chóng)(Brachionuscalyciflorus)和大型溞(Daphniamagna)均為國(guó)際通用物種，霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)、銅銹環(huán)棱螺(Bellamyaaeruginosa)、河蜆(Corbiculafluminea)和秀麗白蝦(Exopalaemonmodestus)均為沙潁河流域的優(yōu)勢(shì)物種[38]，可作為基準(zhǔn)研究的受試生物。因此，在推導(dǎo)沙潁河流域水質(zhì)基準(zhǔn)時(shí)，可考慮采用上述物種進(jìn)行毒性試驗(yàn)。其次，有文獻(xiàn)報(bào)道氨氮、鎘等水質(zhì)基準(zhǔn)受到溫度、pH和硬度等水質(zhì)參數(shù)的影響[36,38]，但目前還未有文獻(xiàn)報(bào)道水質(zhì)因子對(duì)硝基苯基準(zhǔn)的影響。此外，推導(dǎo)水質(zhì)基準(zhǔn)的方法不同也會(huì)影響基準(zhǔn)數(shù)值的大小[39]，而污染物的毒性終點(diǎn)也是基準(zhǔn)研究中需要考慮的因素[10,30]。

與中國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值(0.017 mg·L-1)[40]對(duì)比，現(xiàn)行的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沙潁河流域水生生態(tài)系統(tǒng)不管是短期還是長(zhǎng)期都欠保護(hù)。“欠保護(hù)”就不能對(duì)水生生物起到保護(hù)作用，直接危害到水生態(tài)系統(tǒng)的安全，因此，我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中硝基苯的標(biāo)準(zhǔn)閾值應(yīng)當(dāng)考慮到特定流域的特征，如水生生物種類差異，以使得基于流域水環(huán)境推導(dǎo)得出的基準(zhǔn)值可以為大多數(shù)生物提供適當(dāng)保護(hù)。

2.3 沙潁河流域硝基苯的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.3.1 商值法生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)沙潁河流域40個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行硝基苯濃度檢測(cè)，總體含量較低，但檢出率較高，平水期、豐水期和枯水期的檢出率分別為80%、100%和97.5%。硝基苯各時(shí)期含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示，沙潁河流域地表水中各時(shí)期硝基苯平均濃度順序?yàn)榭菟?平水期>豐水期，主要原因是夏季雨水多，流域內(nèi)徑流量大，導(dǎo)致河流中硝基苯的濃度降低；反之，冬季雨水少，流域內(nèi)徑流量小，導(dǎo)致河流中硝基苯的濃度增高。計(jì)算了不同采樣點(diǎn)間硝基苯濃度的變異系數(shù)以分析其濃度的沿程變化情況。結(jié)果顯示，平水期和豐水期硝基苯濃度含量變異系數(shù)均超過(guò)100%，說(shuō)明各采樣點(diǎn)硝基苯含量存在較大差異。

表6 沙潁河流域地表水硝基苯含量統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of nitrobenzene content in surface water of Shaying River Basin

采用商值法對(duì)沙潁河流域硝基苯進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以沙潁河硝基苯的實(shí)際暴露濃度除以沙潁河流域硝基苯的慢性基準(zhǔn)值(0.002 mg·L-1)。沙潁河流域地表水平水期、枯水期和豐水期硝基苯的HQ值空間分布如圖2所示。在3個(gè)時(shí)期中，沙潁河流域硝基苯處于較低風(fēng)險(xiǎn)甚至無(wú)風(fēng)險(xiǎn)水平，表明沙潁河流域硝基苯對(duì)水生生物基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 沙潁河流域水體硝基苯危害商值(HQ)的空間分布Fig. 2 Spatial distribution of hazardous quotient (HQ) values of nitrobenzene in the Shaying River Basin

2.3.2 安全閾值法生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用Log-logistic函數(shù)進(jìn)行曲線擬合，函數(shù)方程為y=1/{1+exp[(A-x)/b2]}，用軟件Origin8.0繪制的硝基苯環(huán)境暴露濃度累積分布曲線和急性毒性數(shù)據(jù)分布曲線見(jiàn)圖3，擬合曲線的具體參數(shù)見(jiàn)表7，擬合效果較好，可以使用安全閾值法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

表7 硝基苯曲線擬合參數(shù)Table 7 The curve fitting parameters of nitrobenzene

圖3 沙潁河流域硝基苯暴露濃度數(shù)據(jù)和生物急性毒性數(shù)據(jù)分布Fig. 3 Distribution of exposure concentration in Shaying River Basin and acute toxicity data of nitrobenzene

運(yùn)用安全閾值法評(píng)估沙潁河流域水體中硝基苯的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)圖3可以得到，硝基苯豐水期、枯水期和平水期環(huán)境暴露濃度累積分布曲線上90%處的濃度(EXD90)分別為59.024、259.507和69.407 ng·L-1，硝基苯物種敏感度分布曲線上10%處的濃度(SSD10)為6.474 mg·L-1，計(jì)算出豐水期、枯水期和平水期安全閾值(MOS10)分別為10.97×104、2.49×104和9.34×104，結(jié)果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1。由于慢性毒性數(shù)據(jù)不足，這里使用急性毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行SSD曲線擬合，后續(xù)慢性毒性數(shù)據(jù)有待補(bǔ)充。但從圖3中可以明顯看出，沙潁河流域豐水期、枯水期和平水期的硝基苯暴露濃度均低于硝基苯的慢性基準(zhǔn)值，從而可以推斷沙潁河流域中硝基苯對(duì)沙潁河水生生物基本無(wú)潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這與商值法的結(jié)果一致。

2.3.3 聯(lián)合概率曲線法

聯(lián)合概率曲線法顯示線下面積為零，表明沙潁河流域硝基苯無(wú)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這與商值法和安全閾值法評(píng)估的結(jié)果一樣。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的是定性和定量評(píng)估污染物對(duì)水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同的評(píng)估方法來(lái)評(píng)估污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在這些方法中，商值法(HQ)是最常用的，因?yàn)樗容^簡(jiǎn)單，然而，HQ法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，未考慮水體中其他因素對(duì)水生生物安全的影響，所以HQ法只能用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)估；安全閾值法(MOS10)同時(shí)使用了污染物毒性效應(yīng)分布曲線與污染物環(huán)境暴露濃度曲線，是在商值法基礎(chǔ)上的延伸；聯(lián)合概率曲線(JPC)由環(huán)境暴露濃度與毒性效應(yīng)濃度通過(guò)Matlab編程擬合成一條曲線，與前2種方法相比，它能更好地描述環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。本文層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果一致，即沙潁河水體中硝基苯對(duì)沙潁河水生生物基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估結(jié)果為沙潁河流域硝基苯的管理提供參考。

綜上所述，本研究結(jié)果表明：

(1) 硝基苯對(duì)秀麗白蝦、霍甫水絲蚓、黃顙魚(yú)和河蜆的96 h-LC50分別為45.436、178.299、17.397和119.069 mg·L-1；秀麗白蝦和黃顙魚(yú)28 d-NOEC分別為2.858 mg·L-1和3.429 mg·L-1；28 d-LOEC分別為5.144 mg·L-1和6.173 mg·L-1；黃顙魚(yú)28 d-EC20為4.538 mg·L-1。

(2) 采用SSR法得出沙潁河流域硝基苯CMC和CCC分別為0.007 mg·L-1和0.002 mg·L-1，結(jié)果低于我國(guó)現(xiàn)行的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，因此，現(xiàn)行的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)閾值應(yīng)當(dāng)考慮到特定的流域特征，如水生生物種類差異。

(3) 使用層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法(商值法、安全閾值法和聯(lián)合概率曲線法)對(duì)沙潁河流域地表水的硝基苯進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。3種方法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果一致，沙潁河水體中硝基苯對(duì)沙潁河水生生物基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。

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