CN103018419B - 一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，属于环境保护中的水体污染评价领域。其包括以下步骤，A) 采样，对河水进行采样；B) 选择生物，待步骤A) 中的水样澄清后，用倒置显微镜观察并计数其中生物种类和个数，从优势种群中选取浮游植物和浮游动物各一种；C) 培养，将步骤B) 中选择的浮游植物和浮游动物在实验室条件下进行扩大培养；D) 测试含沙量，计算对步骤C) 中的生物的最大无抑制含沙量X；E) 毒性暴露，测试步骤C) 中的生物在含沙量X时能承受的污染物的浓度。推出复合效应下风险评价方法，避免了含沙量对污染物含量的干扰，测出黄河水的生态环境中能承受的最大污染物浓度。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护中的水体污染评价领域，更具体地说，涉及一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法。
背景技术
污染物风险评价建立在以实验室模拟条件下，以受污染水体对模式生物或土著生物在急性或慢性毒性试验为依据，综合反映实际环境中污染物的环境行为及危害。相对于现场监测，具有快速诊断、易于控制的特点。风险评价内容包括4个组成部分，即暴露评价、受体分析、危害评价和风险表征：
1) 暴露评价是对污染物从污染源排放进入环境到被生物吸收，以及对生态受体发生作用的整个过程的评价。
2) 受体分析要确定作为生态风险评价的代表受体，代表受体可以是某种生物个体、某种生物种群或某个生物群落或生态系统，或者是生境如栖息地、水源、食物等。还要确定评价的终点，即用什么指标反映有害物质对生态系统作用的效应。
3) 危害评价是生物毒性评价概念的拓展，对生物个体来说，危害评价就是毒性评价。危害评价要研究污染物的作用于受体响应之间的关系，一般情况下，危害评价结果会提出某种控制指标或阀值。
4) 风险表征是估算各种暴露条件下对受体造成不利影响的概率的过程，包括计算结果的不确定性的处理。风险表征把暴露评价、危害评价、受体分析的内容结合起来进行综合分析，作出风险大小的结论，是评价过程的最终一步，给风险管理者提供有关风险本质和范围的综合研究结果。
黄河是中华民族的母亲河，黄河流经我国九省（区） ，干流全长5464公里，流域总面积79.5万平方公里，流域人口1.2亿，是我国第二长河。随着黄河流域经济、社会发展，大量污水、有毒有害物质排入黄河，使得水质恶化严重，对流域居民及生态环境造成破坏。据2011年黄河流域水质评价结果显示，五类和劣五类水分别占测算总河长的10.3%和33.9%。其中，工业污染是黄河水污染的主要原因，占污水排放总量的73％。污染状况已经十分严峻，亟需制定科学、有效的评价方法。现在对于这些污染物有很多的检测方法，但是都存在成本高以及不适合风险判断的问题。现在对于水中污染物的风险评价开始探索借助于生物体来完成。
中国专利申请号201210316610.3，公开日2012年12月05日，公开了一份名称为一种海水中重金属镉污染的生物学灵敏检测方法的专利文件，该发明公开了一种高效、简捷、灵敏检测海水中重金属镉的生物学方法。具体是将青蛤分别置于含有重金属镉（Cd2+）和不含镉（Cd2+）的海水中，在96h后解剖获取青蛤肝脏组织，提取其总RNA并反转录为cDNA，根据设计的特异性引物，利用实时荧光定量PCR方法测定实验组青蛤HSP70（热休克蛋白70）基因的表达量与对照组的差别，水体中的重金属镉（Cd2+）含量越高则热休克蛋白基因的相对表达量越大，并且可以观察到分析仪器难以检测出的水体中低浓度镉（Cd2+）。该发明能够作为一种常规生物技术监测海水中重金属镉的污染程度及不同水域间的差异，它具有分析灵敏度高、对比性强等特点，可以评价重金属镉（Cd2+）对水域及生物体的有害风险，避免势态严重而造成不可挽回的损失。但是该专利仅仅是适合海水的检测，不适合淡水的检测，更不适合含沙量较大的水质的检测。
黄河的水环境条件有其特殊性，为保证风险评价方法科学、有效，需要有针对性地研究用于黄河的评价方法。黄河的常规污染物主要为氨氮；重金属主要为镉；有机污染物主要为硝基苯。
黄河是世界上含沙量最高的河流，含沙量为0.2-200 kg/m3。黄河水流湍急，河水的扰动作用强，有利于水中污染物的稀释扩散。而河水中的泥沙是污染物质，既构成水体污染，又可以作为吸附水中重金属、有机物等污染物质的有效载体和吸附剂，对污染物的迁移起着重要作用。因此，在评价污染物对黄河生态影响时，需要考虑含沙量对污染物吸附及对受试生物毒性的影响，含沙量对于生态风险评价的影响较大，因此，现有技术中一直没有对含沙量较大的河水进行生态风险评价的方法，尤其是没有对黄河水的生态风险评价的方法。
发明内容
要解决的问题
针对现有技术对于含沙量较大的河水中的硝基苯、Cd和氯化铵污染难以检测的问题，本发明提供一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，通过筛选黄河水中土著生物，对受硝基苯、Cd和氯化铵污染的河水风险评估，评价污染物的生态效应。
技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其步骤为：
A) 采样，对河水进行采样；
B) 选择生物，待步骤A) 中的水样澄清后，用倒置显微镜观察并计数其中生物种类和个数，从优势种群中选取浮游植物和浮游动物各一种；
C) 培养，将步骤B) 中选择的浮游植物和浮游动物在实验室条件下进行扩大培养；
D) 测试含沙量，将步骤A) 中的水样稀释成不同比例，用步骤C) 中的生物评价其毒性，计算对步骤C) 中的生物的最大无抑制含沙量X；
E) 毒性暴露，用步骤C) 中培养生物的生物培养液将步骤A) 中的水样稀释至含沙量X，用稀释后的水样配制分别含有不同浓度污染物的暴露溶液，测试步骤C) 中的生物在含沙量X时能承受的污染物的浓度。
优选的，省去步骤D) ，步骤E) 中最大无抑制含沙量X为1.06 kg/m3。
优选的，所述的步骤E) 的毒性暴露中舟形藻在温度条件为20℃，光照强度为2000 lux，光暗比为16:8条件下进行；蚤状蚤的毒性暴露试验温度为25-27℃、光照强度为2000 lux，光暗比为14：10的光照培养箱中实验。
优选的，所述的高含沙量的河水为黄河水。
优选的，所述的步骤E) 中污染物为硝基苯、Cd和氯化铵。
有益效果
本发明提供了受硝基苯、Cd和氯化铵污染的高含沙量的河水风险评价方法，尤其是适合黄河水风险评价，相对于现有评价方法，具有以下的有益特点：
（1）本发明将原位评价与实验室评价方法结合，通过对污染点水质监测和调查，找出最大无抑制含沙量，推出复合效应下风险评价方法，避免了含沙量对污染物含量的干扰；
（2）本发明使用的受试生物是采样点的优势种群生物，比利用常见模式生物得到的评价结果更准确；
（3）本发明选择的浮游植物和浮游动物为舟形藻和蚤状蚤，这两种生物是黄河水中最具有代表性的生物，更加的适合对黄河水污染物的风险评估；
（4）本发明给出了最大无抑制含沙量X为1.06 kg/m3，该含沙量在不抑制舟形藻和蚤状蚤繁殖的同时也最大化的模拟了舟形藻和蚤状蚤的实际生活状态；
（5）本发明给出了毒性暴露中舟形藻在温度条件为20℃，光照强度为2000 lux，光暗比为16:8条件下进行；蚤状蚤的毒性暴露试验温度为25-27℃、光照强度为2000 lux，光暗比为14：10的光照培养箱中实验，在该条件下的测试结果最接近舟形藻和蚤状蚤在实际水中耐硝基苯、Cd和氯化铵的生长环境。
附图说明
图1是实施例1测得的硝基苯对舟形藻的毒性效应图；
图2是实施例1测得的硝基苯对蚤状蚤的毒性效应图；
图3是实施例2测得的金属Cd对舟形藻的毒性效应图；
图4是实施例2测得的金属Cd对蚤状蚤的毒性效应图；
图5是实施例3测得的氯化铵对舟形藻的毒性效应图；
图6是实施例3测得的氯化铵对蚤状蚤的毒性效应图。
具体实施方式
下面结合具体实施例本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例对硝基苯污染进行风险评估，其步骤为：
A) 采样，对河水进行采样；按照黄河监测黄河断面点分布，在黄河中选取六处采样点，采样参考国家环境标准中关于采集水样标准HJ 495-2009、HJ 494-2009和HJ 493-2009，在指定地点采集水样，并尽快送回实验室；
B) 选择生物，待步骤A) 中的水样澄清后，用倒置显微镜观察并计数其中生物种类和个数，从优势种群中选取浮游植物和浮游动物各一种；选择的浮游植物和浮游动物为舟形藻和蚤状蚤；舟形藻为单细胞浮游藻类，在淡水硅藻类中种类最多，具有代表性，对污染物质的毒性作用表现较为敏感，结合舟形藻在黄河流域水体中的分布特征，选取舟形藻作为生态风险受体；轮虫类在整个浮游动物中占优势地位，考虑到枝角类生命周期短，对毒性作用反应敏感，故选取枝角类为生态风险的受体；调查及多次试验结果表明，所发现的枝角类中蚤状蚤为优势种，蚤状蚤在国内各大水体中分布广泛，且属于广温性物种，所以结合黄河流域水体中浮游动物的分布特征，选取蚤状蚤作为生态风险的受体；
C) 培养，将步骤B) 中选择的浮游植物和浮游动物在实验室条件下进行扩大培养；
D) 测试含沙量，将步骤A) 中的水样稀释成不同比例，用步骤C) 中的生物评价其毒性，计算对步骤C) 中的生物的最大无抑制含沙量X（NOEC）；本实施例省去本步骤，直接取X为1.06 kg/m3；
E) 毒性暴露，用步骤C) 中培养生物的生物培养液将步骤A) 中的水样稀释至含沙量X，用稀释后的水样配制分别含有不同浓度硝基苯的暴露溶液，测试步骤C) 中的生物在含沙量X时能承受的硝基苯的浓度。
舟形藻暴露试验设置5个处理组和1个对照组，其中硝基苯各浓度组为：0（即对照组）、1.25、2.5、5.0、10和20 mg/L，每个浓度组设置3个平行样品；蚤状蚤暴露试验设置5个处理组和1个对照组，其中硝基苯各浓度为0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L，每个浓度组设置10个平行。将驯养成熟的受试生物放入暴露溶液中，毒性暴露中舟形藻在温度条件为20℃，光照强度为2000 lux，光暗比为16:8条件下进行；蚤状蚤的毒性暴露试验温度为26±1℃、光照强度为2000 lux，光暗比为14:10的光照培养箱中实验。观察其生理指标变化，评价硝基苯对黄河水生态的影响。
图1和图2是硝基苯分别对舟形藻和蚤状蚤毒性结果，硝基苯的浓度从2.5 mg/L开始对舟形藻产生生长抑制，而对蚤状蚤从4.0 mg/L时才出现显著毒性。所以当黄河水中硝基苯的浓度达到2.5 mg/L时，会对黄河水中的植物造成危害；当黄河水中硝基苯的浓度达到4.0 mg/L会对水中的动物造成危害。
实施例2
本实施例对金属Cd污染风险评估，其基本步骤同实施例1，只是舟形藻和蚤状蚤试验组中将硝基苯替换成Cd，Cd的浓度分别为（0、0.25、0.5、1.0、2.0、4.0 mg/L）和（0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 μg/L），试验组分为处理组和对照组（浓度为0的是对照组），舟形藻每组3个平行，蚤状蚤每组10个平行。图 3 和图4给出了金属Cd对舟形藻和蚤状蚤的毒性影响。从图3中可看出，当浓度达到1.0 mg/L时， 处理组的存活数与对照组相比差异显著(p<0.05)，即金属Cd对舟形藻产生了显著的毒性。从图4可以看出， Cd的浓度达到4.0 μg/L时，处理组相对于对照组出现了显著的抑制。这说明舟形藻和蚤状蚤对Cd的耐受性存在差异。当黄河水中 Cd的浓度达到1.0 mg/L时，会对黄河中的植物产生危害，当黄河水中Cd的浓度达到4.0 μg/L时，会对水中的动物造成损害。即开始威胁黄河水的生态系统。
实施例3
对于氯化铵污染风险评估，其基本步骤同实施例1，只是舟形藻和蚤状蚤试验组中将硝基苯替换成氯化铵，氯化铵的浓度分别为（0、50、100、200、400、800 mg/L）和（0、5、10、20、40、80 mg/L），试验组分为处理组和对照组（浓度为0的是对照组），图5给出了舟形藻在不同氯化铵浓度下的存活数。从图5中可看出，从处理开始，氯化铵对舟形藻的生长和繁殖具有抑制作用，当浓度达到200mg/L时舟形藻存活数与对照组差异显著(p<0.05)。当浓度达到800mg/L时，对舟形藻的抑制率达到95%。从图6中可以看出，蚤状蚤从20 mg/L时开始出现显著抑制，在该试验组中，最高浓度对蚤状蚤的抑制率也达到95%。这说明氯化铵对这两种指示生物均具有毒性，且蚤状蚤对氯化铵更敏感。当氯化铵浓度达到200mg/L时会对水中的植物产生危害，当氯化铵浓度达到20 mg/L时开始对水中的动物产生危害，开始破坏生态平衡。
Claims (6)
1.一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其步骤为：
A) 采样，对河水进行采样；
B) 选择生物，待步骤A) 中的水样澄清后，用倒置显微镜观察并计数其中生物种类和个数，从优势种群中选取浮游植物和浮游动物各一种；
C) 培养，将步骤B) 中选择的浮游植物和浮游动物在实验室条件下进行扩大培养；
D) 测试含沙量，将步骤A) 中的水样稀释成不同比例，用步骤C) 中的生物评价其毒性，计算对步骤C) 中的生物的最大无抑制含沙量X；
E) 毒性暴露，用步骤C) 中培养生物的生物培养液将步骤A) 中的水样稀释至含沙量X，用稀释后的水样配制分别含有不同浓度污染物的暴露溶液，测试步骤C) 中的生物在含沙量X时能承受的污染物的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其特征在于，所述的步骤B) 中选择的浮游植物和浮游动物为舟形藻和蚤状蚤。
3.根据权利要求1所述的一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其特征在于，省去步骤D) ，步骤E) 中最大无抑制含沙量X为1.06 kg/m3。
4.根据权利要求2所述的一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其特征在于，所述的步骤E) 的毒性暴露中舟形藻在温度条件为20℃，光照强度为2000 lux，光暗比为16:8条件下进行；蚤状蚤的毒性暴露试验温度为25-27℃、光照强度为2000 lux，光暗比为14：10的光照培养箱中实验。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其特征在于，所述的高含沙量的河水为黄河水。
6.根据权利要求1所述的一种对高含沙量的河水中毒害污染物风险确定的方法，其特征在于，所述的步骤E) 中污染物为硝基苯、Cd和氯化铵。
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