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锌对淡水生物的毒性特征与水质基准的研究
更新时间:2016-07-25 来源:《生态毒理学报》 作者:吴丰昌,冯承莲,曹宇静,张瑞卿,李会仙,廖海清,赵晓丽

摘要:锌是生命体必需的一种微量元素,但当锌的浓度超过一定剂量时,又会对生物体产生一定的毒害作用。为了系统研究锌对水生生物的毒性作用,亟需开展锌的水质基准研究工作。本文用物种敏感度分布法对锌的毒性特征开展了深入研究,并按照水质基准常用的几种方法,包括评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导了我国锌的保护淡水水生生物的水质基准。结果表明,不同的生物对锌毒性的敏感性存在显著差异,甲壳类的敏感性最强,两栖类的敏感性最弱,敏感性排序为甲壳类>其他类>鱼类>两栖类。最终推荐采用毒性百分数排序法得出的基准值为锌的水质基准值,得出的锌的基准最大浓度和基准连续浓度分别为89.7μg·L-1和34.5μg·L-1。同时,基于物种敏感性不同,得出保护鱼类、甲壳类和其他无脊椎动物的急性生物基准值分别为298.9μg·L-1、67.3μg·L-1和76.9μg·L-1;慢性生物基准值分别为36.9μg·L-1、12.9μg·L-1和14.8μg·L-1。研究结果表明,我国目前锌的水质标准可能在一定程度上存在着对水生生物的"欠保护"问题,本研究结果能够为我国水质基准制订提供一定的数据参考。

锌是生命体必需的一种微量元素,它是人体六大酶类、200 多种金属酶的组成成分或辅酶,在组织呼吸和蛋白质、脂肪、糖和核酸等代谢中发挥着重要作用。锌能够促进机体的生长发育和组织再生,缺锌会使蛋白质合成、DNA 和RNA 代谢等发生障碍,并导致损伤组织愈合困难、胎儿发育受阻和侏儒症等症状。人们平均每天从膳食中摄入约10 ~ 15 mg的锌,成人体内含锌约2 ~ 3 g。由于生物体对锌的需求量较低,当锌浓度超过生物体所需量时,就会变成一种有害物质,对生物体产生一定的毒性效应。据统计,水生生物对锌的敏感性远远大于人体对锌的敏感性。鉴于此,世界上许多国家制定的锌的水产用水基准都严于饮用水卫生基准,如美国2009 年新颁布的锌的基准中[1],锌的保护淡水水生生物基准值为120 μg·L - 1,而保护人体健康基准值为26 000 μg·L - 1,可以看出锌的人体健康基准要远远高于其水生生物基准。

我国有关锌的标准或基准中,只有《地表水环境质量标准》[2]中涉及到锌的不同功能用水的标准极限值,尚无保护具体生态受体的相关标准。因此,研究锌对水生生物的水质基准十分必要。水质基准是环保部门制定水质标准,评价水质和进行水质管理不可或缺的科学依据和理论基础[3-6]。而水生生物基准是指水环境中的污染物对水生生物不产生长期和短期不良或有害效应的最大允许浓度,它是水质基准的核心组成部分之一[7]。水生生物基准以栖息于水生态系统中的水生生物为保护目标,旨在维护水生态系统结构和功能的完整性以及其生物多样性,可以受到多种因素的影响,如硬度、pH 值和溶解性有机质等因素[8-11]。从生态学的观点来看,不同的生态系统有不同的生物区系,化学污染物对不同生物区系的毒性效应也存在差异[12-13]。虽然国内有些学者已经对锌的生物毒性开展了相关研究,但锌对淡水水生生物的毒性效应特征以及淡水水生生物基准方面的研究还未见报道,这也导致我国锌的水质标准的制订缺乏可靠的科学依据。因此,本研究通过调查锌对淡水生物的毒性数据,深入分析了锌对淡水生物的毒性特征,同时结合我国生物区系的具体特点,得出了我国锌的保护淡水水生生物基准。

1 研究方法( Methodology)

1. 1 水质基准推导方法

目前国际上普遍采用的水生生物基准的研究方法有3 种[14],即评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法。评价因子法是最早用于推导水生生物基准的一种方法,在毒性数据偏少的情况下,评价因子法因其通用性被广泛使用,但是它的有效性和评价因子的适用性在某种程度上强烈依赖于敏感生物的毒性值。许多国家如加拿大、澳大利亚等应用评价因子法推导水生生物基准[15-17]。

毒性百分数排序法是美国环保局推导基准的标准方法[7],是基于物种对污染物的敏感度不同展开的。它是把所获得的物种的属平均毒性值按从小到大的顺序进行排列,序列的百分数按公式P = R/( N+ 1) 进行计算,其中P 为累积概率,R 是毒性数据在序列中的位置,N 是所获得的毒性数据个数。使用该方法得出的基准值包括基准最大浓度( criteriamaximum concentration,CMC) 和基准连续浓度( criteriacontinuous concentration,CCC) ,其中CMC 考虑的是污染物对水生动物的急性毒性效应,它等于最终急性值的1 /2; CCC 考虑的是污染物对水生动物的慢性毒性效应,它等于最终慢性值、最终植物值和最终残留值中的最小者。

版权、出处:《生态毒理学报》

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