CN105651948B - 获取水生蔬菜污染物富集系数的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取水生蔬菜污染物富集系数的方法及装置。方法包括：配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液。受试溶液最低浓度优先选用《农田灌溉水质标准》水作农作物水质标准作为最低浓度，其次选用《地表水环境质量标准》规定的三类水水质标准，最后选用《渔业水质标准》规定的标准值；受试溶液最高浓度设置选择《污水综合排放标准》及相关行业排放标准的限值。利用配制的培养液及受试溶液分别对选取的目标水生蔬菜进行培育；进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度；计算两者的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数。应用本发明，可以为综合评估水生蔬菜对污染物的生物富集作用提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及水环境生态技术，特别涉及一种获取水生蔬菜污染物富集系数的方法及装置。
背景技术
水是人类赖以生存的基础，水环境质量状况与人类的健康和发展息息相关。但伴随着社会经济的快速发展和工农业生产活动的日益加剧，生产的化学品数量和种类也越来越多，而大量金属矿藏的开采和化学品的使用，又通过各种途径进入水环境，造成水环境生态的污染，导致水环境日益恶化，对水环境生态安全和人类健康造成严重威胁。例如，目前，大量含有重金属的工业废弃物、废水以及化学品未经有效的净化处理就排入到河流和湖泊中，不仅对河流和湖泊中的水生生物造成严重威胁，还威胁到下游饮用水源的安全，对生态环境和人体健康造成严重威胁。
鱼类生物富集试验作为有效评估水环境污染物富集作用的技术手段。也就是说，鱼类生物富集试验利用鱼类作为试验对象，对环境水体中污染物进行富集作用研究，获取各重金属污染物的生物富集系数(BCF，Biological Concentration Factor)，也就是重金属污染物在鱼类中的富集系数，目的在于探讨并阐明污染物对鱼类的影响及作用机理，从而防止水环境中的污染物通过食物危害人类，为制订污染物在水体中的卫生标准提供依据。
我国有十三种水生蔬菜，现有栽培面积1000多万亩，主要集中在长江流域、珠江流域和黄河流域。有影响、有规模、有特色的以县级为单位的水生蔬菜基地41个，遍布12个省(自治区、直辖市)，38个县(市、区)。随着可用耕地城镇化的发展被不断侵蚀，人们开始考虑通过培育水生植物来提供新的食物来源，但由于水生植物与水生动物的生长机制完全不同，如果单纯依据鱼类生物富集试验评估污染物的生物富集作用，忽略了水生蔬菜的生物富集作用，使得评估结果不能全面反映污染物对人类健康的影响，而目前水环境污染对于水生植物的影响和作用机理，还没有相关研究和报道，需要提出一种基于水生植物，尤其是水生蔬菜的生物富集作用评估方法，为制订水体污染物卫生标准提供综合依据。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种获取水生蔬菜污染物富集系数的方法及装置，为综合评估污染物生物富集特性提供技术支持。
为达到上述目的，本发明提供了一种获取水生蔬菜污染物富集系数的方法，该方法包括：
配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液，所述受试溶液最低浓度优先选用《农田灌溉水质标准》(GB5084-1992)水作农作物水质标准作为最低浓度，其次选用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的三类水水质标准，最后选用《渔业水质标准)》(GB11607-1989)规定的标准值；所述受试溶液最高浓度设置，选择《污水综合排放标准》(GB8978-1996)及相关行业排放标准的限值；
选取目标水生蔬菜，并利用配制的培养液及受试溶液，分别对选取的目标水生蔬菜进行培育，其中，利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；
按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度，具体包括：在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上形成曲线；如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线；
计算得到的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数，计算公式为：
式中：
Cv为稳定态时受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
CW为稳定态时受试溶液实际浓度。
一种获取水生蔬菜污染物富集系数的装置，该装置包括：配制模块、培育模块、取样分析模块以及富集系数计算模块，其中，
配制模块，用于配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液，所述受试溶液最低浓度优先选用《农田灌溉水质标准》(GB5084-1992)水作农作物水质标准作为最低浓度，其次选用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的三类水水质标准，最后选用《渔业水质标准》(GB11607-1989)规定的标准值；所述受试溶液最高浓度设置，选择《污水综合排放标准》(GB8978-1996)及相关行业排放标准的限值；
培育模块，用于选取目标水生蔬菜，并利用配制的培养液及受试溶液，分别对选取的目标水生蔬菜进行培育，其中，利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；
取样分析模块，用于按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度，具体包括：在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上形成曲线；如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线；
富集系数计算模块，用于计算得到的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数，计算公式为：
式中：
Cv为稳定态时受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
CW为稳定态时受试溶液实际浓度。
由上述的技术方案可见，本发明提供的一种获取水生蔬菜污染物富集系数的方法及装置，基于水生蔬菜在受试溶液中的砂培培育以及水培培育，提供污染物生物富集作用评估方法，为综合评估水生蔬菜对污染物的生物富集作用提供技术支持，为我国环境管理和环境保护提供有效的数据支持。
附图说明
图1为本发明实施例获取水生蔬菜污染物富集系数的方法流程示意图；
图2为本发明实施例获取水生蔬菜污染物富集系数的装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
由于目前还没有相关水环境污染物对于水生植物影响和作用机理的研究和报道，而通过利用自然水环境培育水生蔬菜，为人类提供食物的方法，越来越得到推广和应用，因而，需要提出一种基于水生蔬菜的污染物生物富集作用评估方法，为制订污染物在水体中的卫生标准提供综合依据，以避免培育的水生蔬菜影响人类健康并对人类造成危害，为我国环境管理和环境保护提供有效的数据支持，也为综合评估水生蔬菜对污染物的生物富集作用提供技术支持。
图1为本发明实施例获取水生蔬菜污染物富集系数的方法流程示意图。参见图1，该流程包括：
步骤101，配制水生蔬菜的培养液及受试溶液；
本步骤中，培养液可以采用霍格兰氏(Hogland)营养液，包括：蔬菜砂培培养液及蔬菜水培培养液。
作为一可选实施例，Hogland营养液的配方为：硝酸钙945mg/L、硝酸钾607mg/L、磷酸铵115mg/L、硫酸镁493mg/L、铁盐溶液2.5ml/L、微量元素5ml/L，溶液pH＝6.0。
作为另一可选实施例，Hogland营养液的配方也可以为：四水硝酸钙945mg/L、硝酸钾506mg/L、硝酸铵80mg/L、磷酸二氢钾136mg/L、硫酸镁493mg/L、铁盐溶液2.5m1、微量元素液5ml，溶液pH＝6.0。
蔬菜砂培培养液和蔬菜水培培养液可以根据蔬菜种类、蔬菜在萌芽以及生长阶段所需的营养元素，对Hogland营养液的配方分别进行微调得到，在此略去详述。
在蔬菜砂培培养液及蔬菜水培培养液的基础上，分别加入受试物(即污染物，例如，镉、铅、邻苯二甲酸乙基己基酯等)，配置成预定受试物浓度的受试溶液。
本发明实施例中，受试溶液包括：蔬菜砂培受试溶液及蔬菜水培受试溶液，其中，
蔬菜砂培受试溶液包括：受试物砂培镉溶液、受试物砂培铅溶液以及受试物砂培邻苯二甲酸乙基己基酯溶液。
蔬菜水培受试溶液包括：受试物水培镉溶液、受试物水培铅溶液以及受试物水培邻苯二甲酸乙基己基酯溶液。
本发明实施例中，受试溶液的浓度包括最低浓度以及最高浓度。较佳地，对于受试物最低浓度，可以按照以下优先顺序选用配制的受试溶液最低浓度和最高浓度进行试验：
农田灌溉受试物溶液、符合地表水环境质量标准三类的标准水质受试溶液以及渔业用水受试物溶液。即受试物最低浓度优先选用《农田灌溉水质标准》(GB5084-1992)水作农作物水质标准作为最低浓度的农田灌溉受试溶液进行试验，其次选用《地表水环境质量标准》规定的三类水水质标准的受试溶液进行试验，最后选用《渔业水质标准》(GB11607-1989)规定的标准值；所述受试溶液最高浓度设置，选择《污水综合排放标准》(GB8978-1996)及相关行业排放标准的限值的渔业用水受试溶液进行试验。
举例来说，对于受试物砂培镉溶液以及受试物水培镉溶液，统称为受试物镉溶液，农田灌溉水标准、地表水环境质量标准三类以及渔业用水水质标准规定的受试物镉溶液的最低浓度应小于0.005mg/L，对于受试物镉溶液的最高排放限值，2008年以后相关标准规定的电镀废水排放限值为不大于0.05mg/L，环境脆弱区为不大于0.01mg/L。因而，本发明实施例中，由于优先选用的农田灌溉水标准规定的最低浓度小于0.005mg/L，使用全玻璃蒸馏水和分析纯氯化镉配制最低浓度以及最高浓度的受试物水培镉溶液，分别为0.003mg/L以及0.05mg/L。
对于受试物铅溶液，农田灌溉水标准规定的受试物铅溶液的最低浓度应小于0.1mg/L，渔业用水水质标准以及地表水环境质量标准三类规定的受试物铅溶液的最低浓度应小于0.05mg/L，渔业规定的受试物镉溶液的最低浓度小于0.05mg/L，对于铅溶液最高排放限值，2008年以后相关标准规定的电镀废水排放限值为不大于0.2mg/L，环境脆弱区为不大于0.1mg/L。因而，本发明实施例中，由于优先选用的农田灌溉水标准规定的最低浓度小于0.1mg/L，使用分析纯硝酸铅配制最低浓度以及最高浓度的受试物铅溶液，分别为0.03mg/L以及0.2mg/L。
对于受试物邻苯二甲酸乙基己基酯溶液，农田灌溉水标准以及渔业用水水质标准没有规定受试物邻苯二甲酸乙基己基酯溶液浓度，而集中式饮用水源地标准规定的受试物邻苯二甲酸乙基己基酯溶液浓度的最低浓度不大于0.008mg/L，最高浓度不大于0.1mg/L。因而，本发明实施例中，使用分析纯试剂配制最低浓度以及最高浓度的邻苯二甲酸乙基己基酯溶液，分别为0.008mg/L以及0.1mg/L。
当然，实际应用中，也可以设置受试溶液的最高浓度为急性LC50的1％，且该最高浓度为水环境中该受试物的分析方法检出限的10倍以上。本发明实施例中，如果不能获取LC50的1％浓度或由于受到分析下限的限制，而不能配制上述浓度的受试溶液时，可以采用小于10倍的浓度级差受试溶液，或考虑使用14C标记的受试溶液。
作为另一可选实施例，受试溶液的最高浓度也可以通过96小时(h)急性LC50与预设的急慢性比率的比值来表征。
较佳地，还可以选择并配制介于最低浓度和最高浓度之间的受试溶液系列。
本发明实施例中，作为一可选实施例，培养液及受试溶液可以先配制成浓度较高的培养贮备液以及受试贮备液，在使用时再分别采用全玻璃蒸馏水或去离子水作为稀释水进行稀释，以达到所要求的培养液浓度及受试溶液浓度。
较佳地，在全玻璃蒸馏水中，通过简单地搅拌或混合进行培养贮备液以及受试贮备液的配制，以尽量避免使用助溶剂或分散剂。
较佳地，在配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液之前，该方法还可以进一步包括：
对用于水生蔬菜试验所有的培养器具和砂培基质进行清洁处理。
本步骤中，可以采用7.5mL/L硝酸初步清洗砂培基质和培养器具，并在初步清洗后，利用弱碱溶液分别进行二次清洗，在二次清洗后，利用全玻璃蒸馏水或去离子水分别进行漂洗，使得清洗后容置在基质和培养器具中的全玻璃蒸馏水pH值接近中性。
较佳地，砂培基质采用石英砂，培养器具采用塑料培养皿，并不重复使用石英砂和塑料培养皿。
步骤102，选取目标水生蔬菜，并利用配制的培养液及受试溶液，分别培育选取的目标水生蔬菜；
本步骤中，目标水生蔬菜包括：雍菜(Ipomoea aquatica)、水芹(Oenanthejavanica)。
当然，实际应用中，也可以选取其它水生蔬菜作为目标水生蔬菜，当有多种水生蔬菜品种可供选取时，选取区域栽培率超过30％的水生蔬菜品种作为目标水生蔬菜。
本步骤中，利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：
利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育。相应地，
利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育。其中，培养液的砂培培育与受试溶液的砂培培育以作对照，培养液的水培培育与受试溶液的水培培育以作对照。
本发明实施例中，受试溶液的砂培培育包括：受试物砂培镉溶液的砂培培育、受试物砂培铅溶液的砂培培育、以及受试物砂培邻苯二甲酸乙基己基酯的砂培培育。
受试溶液的水培培育包括：受试物水培镉溶液的水培培育、受试物水培铅溶液的水培培育、以及受试物水培邻苯二甲酸乙基己基酯的水培培育。
本发明实施例中，培养液选用Hogland营养液。
本发明实施例中，砂培是指利用堆积的石英砂床等砂培基质作为目标水生蔬菜生长的承托载体，目标水生蔬菜根扎于石英砂颗粒空隙中，茎叶伸出在石英砂床上部空气中。水培是指利用带孔的栽植盘等培养器具承托目标水生蔬菜体，栽植盘漂浮在目标水生蔬菜培养液或受试溶液中，根透过栽植盘孔悬垂到目标水生蔬菜培养液或受试溶液中以吸收营养物质，茎叶伸出在上面空气中。
较佳地，砂培培育设置在平均气温达到25℃以上时的目光网室中进行，其中，日光网室是指带透光屋顶的网室，四周采用网孔材料，可通风，使得室内温度与室外相差不大，但可遮挡风雨。实际应用中，如果目光网室温度条件不满足25℃，也可以设置在控光控温的人工气候室进行以保障砂培育苗温度。
在具体的砂培培育过程中，以在受试溶液中培育选取的目标水生蔬菜为例，利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行砂培培育以及水培培育包括：
A11，将配制的不同浓度的受试溶液分别加至装有预定厚度砂培基质(石英砂)的培养器具(玻璃育苗装置)中，使得培养器具中受试溶液的水位维持在砂培基质表面下预定距离；
本步骤中，较佳地，预定厚度为10cm，即石英砂厚度为10cm，预定距离为5cm。当然，实际应用中，预定厚度以及预定距离也可以根据实际需要来确定。
A12，将选取的目标水生蔬菜种子置于砂培基质表面下方第二距离处并处于水位上方；
本步骤中，较佳地，将目标水生蔬菜种子放置在石英砂表面下3cm处，以避免目标水生蔬菜种子浸入受试溶液中，从而影响出苗率。
较佳地，每平方米均匀放置100粒植物种子。
A13，在砂培培育过程中，添加蒸馏水以补充受试溶液的蒸发损失，以使培养器具中的水位维持在预先设置的范围内，并按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
本步骤中，在目标水生蔬菜的砂培培育过程中，需要定时或不定时添加蒸馏水以补充受试溶液的蒸发损失，以使玻璃育苗装置中的水位维持在预先设置的范围内。例如，维持受试溶液水位距离石英砂2.5cm～3.5cm。
A14，监测到砂培幼苗生长至预先设置的高度，结束砂培培育，进入水培培育预先设置的时间。
本步骤中，较佳地，预先设置的高度为10cm。
本发明实施例中，在配制的Hogland营养液中进行选取的目标水生蔬菜的砂培培育，与在受试溶液进行选取的目标水生蔬菜的砂培培育相类似。本发明实施例中，设置不加受试物的Hogland营养液进行目标水生蔬菜的砂培培育是作为对照。
本发明实施例中，在完成砂培培育阶段后，选取株高一致的幼苗进行水培培育。
作为一可选实施例，结束砂培培育，进入水培培育预先设置的时间包括：
将砂培培育的幼苗从砂培基质中取出，在尽量减少对目标水生蔬菜根部损伤的情况下，用蒸馏水冲掉目标水生蔬菜根部的石英砂颗粒，然后移栽到用于水培培育的一个或多个栽植盘中，栽植盘中设置有多个栽植孔，每一栽植孔移栽2-3株幼苗，每一栽植盘移栽15-20株幼苗，栽植盘下部放入受试溶液20L，以保证目标植物(水生蔬菜)幼苗根部浸入受试溶液，每一受试溶液浓度设置3个重复，水培28天后结束。
与砂培培育相类似，在水培培育阶段中，同时设置不加受试物溶液的Hogland营养液作为空白对照，即在Hogland营养液中进行目标水生蔬菜砂培培育的基础上，再进行水培培育。在空白对照组中，每一Hogland营养液浓度设置2个重复，共约40株蔬菜。
本发明实施例中，水培环境条件与砂培环境条件相同。在试验中，环境应满足以下的条件：
a)温度变化小于±2℃；
b)溶解氧浓度不小于60％空气饱和值；
c)在吸收期，试验容器中的受试物溶液浓度应保持在±20％变化范围内；
d)试验结束时，空白对照组和试验组目标水生蔬菜的死亡率或其他不良影响小于10％；当试验延长数周或数月时，两组中目标水生蔬菜每月死亡率或其他不良影响应小于5％，并且在整个过程中死亡率不超过30％。
所应说明的是，对于使用了助溶剂的受试溶液，应使助溶剂的体积浓度小于0.1mL/L，且在所有试验中的浓度应相同，并测定助溶剂的有机碳含量；同时，应设置稀释水对照组或助溶剂对照组。
步骤103，按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度；
本步骤中，在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的取样周期对培育中的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析。其中，取样周期可根据实际需要确定。
本步骤中，分析包括：受试物溶液浓度分析以及目标水生蔬菜分析，其中，按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析包括：
B11，在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
本步骤中，对于受试物溶液浓度分析，每一玻璃育苗装置或栽植盘，每5-7天(预先设置的溶液更换周期)更换一次全部的受试溶液，在两次更换期间，不断添加蒸馏水以弥补受试溶液(砂培和水培)的蒸发损失。
B12，测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；
本步骤中，取样时，对于每一玻璃育苗装置或栽植盘，在实验前和每次更换受试溶液前后，测定受试溶液浓度，将受试溶液更换前和更换后的平均值作为试验期间受试溶液实际浓度。
作为一可选实施例，在取样时，可以利用虹吸原理，使用惰性材料管从玻璃育苗装置或栽植盘的中部区域采集受试溶液水样供分析测定。
本发明实施例中，对于多次取样，对应有多个受试溶液实际浓度。即对于每一次取样，得到一受试溶液实际浓度。
本发明实施例中，水培培育阶段包括：吸收阶段以及清除阶段。较佳地，在吸收阶段，至少采集5次；在清除阶段，至少4次。当然，实际应用中，如果根据该取样次数较难计算出后续足够精确的生物富集系数(BCF，Biological Concentration Factor)值，可以增加取样次数以保障BCF值的计算精度，其中，生物富集是指试验生物体(或特定组织)，例如，目标水生蔬菜内某种受试物(例如，镉)的浓度相对于试验介质(受试溶液)中该受试物的浓度增加，而BCF是指试验吸收阶段的任何时间，试验生物体(或特定组织)内某种受试物溶液浓度与试验介质(受试溶液)中该物质浓度的比率。
B13，按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
本步骤中，每次进行目标水生蔬菜取样时，从各浓度的受试物溶液对应的玻璃育苗装置或栽植盘取出适当数量的目标水生蔬菜(最少9株)，快速用蒸馏水冲洗，将每株分为地上部和地下部，地上部分吸干体表水分后测定鲜重，然后45℃烘干至恒重，地下部不做测试，每3株合并为一组处理，随机分为3组后，对其受试物干重浓度进行测定。
较佳地，在对蔬菜和水样进行采集后，应尽快测定，以避免降解或其他方面的损失，并近似计算吸收和清除速率。
B14，以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上；
B15，如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线。
本步骤中，当受试物在生物体内浓度对应时间坐标轴所绘曲线与时间轴趋于平行(变化幅度在+20％)状态时，成为稳定态，获取该稳定态时对应的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度。
步骤104，计算得到的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数。
本步骤中，在稳定状态下，试验生物体(或特定组织)内某种受试物的溶液浓度与试验介质中该受试物的浓度的比率称为稳定态生物富集系数。即将稳定态时对应的受试物在目标水生蔬菜内的浓度除以稳定态时对应的受试溶液实际浓度，比值即为水生蔬菜污染物富集系数。其中，BCF值表示为目标水生蔬菜地上部总湿重的函数，需要依据目标水生蔬菜干重浓度与含水率进行换算。
本发明实施例中，利用式(1)计算稳定状态的生物富集系数(BCFSS)：
式中：
Cv为稳定态时对应的受试物在目标水生蔬菜内的浓度，即目标水生蔬菜组织中受试物的平均浓度，也就是受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
CW为稳定态时对应的受试溶液实际浓度，即受试液中的受试物平均浓度，也就是受试溶液实际浓度。
实际应用中，如果取样分析得到的绘制在坐标轴上的曲线没有达到稳定态，则可以计算出80％或95％稳定态的BCFSS值。
较佳地，该方法还可以进一步包括：
在吸收阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜吸收受试物速率。
本步骤中，通过将蔬菜暴露于含有受试物的受试溶液中，依据前后两次取样周期的受试物在目标水生蔬菜内的浓度，可以得到目标水生蔬菜吸收受试物速率，即目标水生蔬菜组织内受试物浓度增加的速率。
较佳地，作为另一可选实施例，该方法还可以进一步包括：
在清除阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜清除受试物速率。
本步骤中，目标水生蔬菜清除受试物速率K2是指目标水生蔬菜从含有受试物的受试溶液中转移到不含有受试物的介质中，目标水生蔬菜组织内受试物浓度降低的速率，可以通过绘制在坐标轴上的清除曲线(即在坐标轴上描绘出的目标水生蔬菜中受试物浓度对时间的曲线)来确定。
本发明实施例中，作为一可选实施例，目标水生蔬菜吸收受试物速率K1也可根据给定的K2值和来自于绘制在坐标轴上的吸收曲线的Cv值计算获得。
如前所述，对于80％或95％稳定态的BCFSS值，可以通过估算K2值，进而根据K2和Pow或水溶性(S)的经验关系式估计达到80％或95％稳定态的BCFss值所需的时间，从而为测试时长提供参考。
作为可选实施例，可以依据下面的经验关系式得到K2的估算值：
lg K2＝-0.414lgPow+1.47 (r2＝0.95)
式中，
Pow为分配系数。
如果分配系数Pow未知，可用受试物水溶性估算Pow的值：
lg Pow＝0.862lgS+0.71 (r2＝0.994)
式中，
S为水溶液浓度。
依据估算的K2，可以计算出80％稳定态的BCFss值所需的时间为：
达到90％稳定态的BCFSS值所需的时间为：
达到50％清除率所需的时间为：
式中，
t50为达到50％清除率所需的时间，即在吸收阶段结束时，获取受试溶液中受试物在目标水生蔬菜内的浓度与Hogland营养液中受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差的二分之一，得到半清除浓度，在清除阶段，目标水生蔬菜内受试物浓度降低为半清除浓度与Hogland营养液中受试物在目标水生蔬菜内的浓度之和所需的时间。
达到95％清除率所需的时间为：
作为再一可选实施例，还可以计算生长稀释(growth dilution)，即单位体重的水生蔬菜从水环境中富集的受试物浓度随水生蔬菜的生长影响，而导致单位体重受试物浓度降低的现象。即目标水生蔬菜在采集周期前受试物浓度与采集周期后受试物浓度之差，本发明实施例中，采用砂培结束时目标水生蔬菜内受试物浓度(受试物在目标水生蔬菜内的浓度)与水培结束时目标水生蔬菜内受试物浓度之差作为生长稀释浓度差。
图2为本发明实施例获取水生蔬菜污染物富集系数的装置结构示意图。参见图2，该装置包括：配制模块、培育模块、取样分析模块以及富集系数计算模块，其中，
配制模块，用于配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液，所述受试溶液最低浓度优先选用《农田灌溉水质标准》(GB5084-1992)水作农作物水质标准作为最低浓度，其次选用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的三类水水质标准，最后选用《渔业水质标准》(GB11607-1989)规定的标准值；所述受试溶液最高浓度设置，选择《污水综合排放标准》(GB8978-1996)及相关行业排放标准的限值；
本发明实施例中，培养液可以采用霍格兰氏(Hogland)营养液，包括：蔬菜砂培培养液及蔬菜水培培养液。
受试溶液包括：蔬菜砂培受试溶液及蔬菜水培受试溶液，其中，
蔬菜砂培受试溶液包括：受试物砂培镉溶液、受试物砂培铅溶液以及受试物砂培邻苯二甲酸乙基己基酯溶液。
蔬菜水培受试溶液包括：受试物水培镉溶液、受试物水培铅溶液以及受试物水培邻苯二甲酸乙基己基酯溶液。
培育模块，用于选取目标水生蔬菜，并利用配制的培养液及受试溶液，分别对选取的目标水生蔬菜进行培育；
本发明实施例中，目标水生蔬菜包括：雍菜(IPomoea aquatica)、水芹(Oenanthejavanica)。
利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：
利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育。相应地，
利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育。其中，培养液的砂培培育与受试溶液的砂培培育以作对照，培养液的水培培育与受试溶液的水培培育以作对照。
本发明实施例中，作为一可选实施例，培育模块包括：培育环境设置单元、放置单元、溶液补充单元以及监控单元(图中未示出)，其中，
培育环境设置单元，用于将配制的不同浓度的受试溶液分别加至装有预定厚度砂培基质的培养器具中，使得培养器具中受试溶液的水位维持在砂培基质表面下预定距离；
放置单元，用于将选取的目标水生蔬菜种子置于砂培基质表面下方第二距离处并处于水位上方；
溶液补充单元，用于在砂培培育过程中，添加蒸馏水以补充受试溶液的蒸发损失，以使培养器具中的水位维持在预先设置的范围内，并按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
监控单元，用于在监测到砂培幼苗生长至预先设置的高度后，结束砂培培育，进入水培培育预先设置的时间。
取样分析模块，用于按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度；
本发明实施例中，分析包括：受试物溶液浓度分析以及目标水生蔬菜分析，取样分析模块包括：更换单元、受试溶液实际浓度计算单元、受试物浓度获取单元、绘制单元以及确定单元(图中未示出)，其中，
更换单元，用于在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
受试溶液实际浓度计算单元，测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；
受试物浓度获取单元，用于按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
绘制单元，用于以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上形成曲线；
确定单元，如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线。
富集系数计算模块，用于计算得到的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数。
本发明实施例中，利用式(1)计算稳定状态的生物富集系数(BCFSS)：
式中：
Cv为稳定态时对应的受试物在目标水生蔬菜内的浓度，即目标水生蔬菜组织中受试物的平均浓度；
CW为稳定态时对应的受试溶液实际浓度，即受试液中的受试物平均浓度。
作为可选实施例，该装置还可以进一步包括：
预处理模块，用于对水生蔬菜试验所有的培养器具和砂培基质进行清洁处理。
本发明实施例中，可以采用7.5mL/L硝酸初步清洗砂培基质和培养器具，并在初步清洗后，利用弱碱溶液分别进行二次清洗，在二次清洗后，利用全玻璃蒸馏水或去离子水分别进行漂洗，使得清洗后容置在基质和培养器具中的全玻璃蒸馏水pH值接近中性。
较佳地，砂培基质采用石英砂，培养器具采用塑料培养皿，并不重复使用石英砂和塑料培养皿。
作为另一可选实施例，该装置还可以进一步包括：
吸收/清除速率计算模块(图中未示出)，用于在吸收阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜吸收受试物速率；以及，
在清除阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜清除受试物速率。
作为再一可选实施例，该装置还可以进一步包括：
生长稀释计算模块(图中未示出)，用于获取砂培结束时受试物在目标水生蔬菜内的浓度，以及，水培结束时受试物在目标水生蔬菜内的浓度，计算两者之差作为生长稀释浓度差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种获取水生蔬菜污染物富集系数的方法，该方法包括：
配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液，所述受试溶液最低浓度优先选用1992年颁布的国家标准GB5084《农田灌溉水质标准》水作农作物水质标准作为最低浓度，其次选用2002年颁布的国家标准GB3838《地表水环境质量标准》规定的三类水水质标准，最后选用1989年颁布的国家标准GB11607《渔业水质标准》规定的标准值；所述受试溶液最高浓度设置，选择1996年颁布的国家标准GB8978《污水综合排放标准》及相关行业排放标准的限值；
选取目标水生蔬菜，并利用配制的培养液及受试溶液，分别对选取的目标水生蔬菜进行培育，其中，利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；
按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度，具体包括：在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上形成曲线；如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线；
计算得到的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数，计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>BCF</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>W</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
式中：
Cv为稳定态时受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
CW为稳定态时受试溶液实际浓度。
2.如权利要求1所述的方法，所述培养液包括：蔬菜砂培培养液及蔬菜水培培养液，所述受试溶液包括：蔬菜砂培受试溶液及蔬菜水培受试溶液，其中，
蔬菜砂培受试溶液包括：受试物砂培镉溶液、受试物砂培铅溶液以及受试物砂培邻苯二甲酸乙基己基酯溶液；
蔬菜水培受试溶液包括：受试物水培镉溶液、受试物水培铅溶液以及受试物水培邻苯二甲酸乙基己基酯溶液；
最低浓度以及最高浓度的受试物水培镉溶液，分别为0.003mg/L以及0.05mg/L；最低浓度以及最高浓度的受试物铅溶液，分别为0.03mg/L以及0.2mg/L；最低浓度以及最高浓度的邻苯二甲酸乙基己基酯溶液，分别为0.008mg/L以及0.1mg/L。
3.如权利要求1所述的方法，在所述配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液之前，所述方法进一步包括：
对用于水生蔬菜试验所有的培养器具和砂培基质进行清洁处理，具体为：采用7.5mL/L硝酸初步清洗砂培基质和培养器具，并在初步清洗后，利用弱碱溶液分别进行二次清洗，在二次清洗后，利用全玻璃蒸馏水或去离子水分别进行漂洗，使得清洗后容置在基质和培养器具中的全玻璃蒸馏水pH值为中性。
4.如权利要求1所述的方法，所述利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行砂培培育以及水培培育包括：
将配制的不同浓度的受试溶液分别加至装有预定厚度砂培基质的培养器具中，使得培养器具中受试溶液的水位维持在砂培基质表面下预定距离；
将选取的目标水生蔬菜种子置于砂培基质表面下方第二距离处并处于水位上方；
在砂培培育过程中，添加蒸馏水以补充受试溶液的蒸发损失，以使培养器具中的水位维持在预先设置的范围内，并按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
监测到砂培幼苗生长至预先设置的高度，结束砂培培育，进入水培培育预先设置的时间。
5.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
在吸收阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜吸收受试物速率；以及，
在清除阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜清除受试物速率。
6.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
获取砂培结束时受试物在目标水生蔬菜内的浓度以及水培结束时受试物在目标水生蔬菜内的浓度，计算两者浓度值差，得到生长稀释浓度差。
7.一种获取水生蔬菜污染物富集系数的装置，该装置包括：配制模块、培育模块、取样分析模块以及富集系数计算模块，其中，
配制模块，用于配制用于水生蔬菜的培养液及受试溶液，所述受试溶液最低浓度优先选用1992年颁布的国家标准GB5084《农田灌溉水质标准》水作农作物水质标准作为最低浓度，其次选用2002年颁布的国家标准GB3838《地表水环境质量标准》规定的三类水水质标准，最后选用1989年颁布的国家标准GB11607《渔业水质标准》规定的标准值；所述受试溶液最高浓度设置，选择1996年颁布的国家标准GB8978《污水综合排放标准》及相关行业排放标准的限值；
培育模块，用于选取目标水生蔬菜，并利用配制的培养液及受试溶液，分别对选取的目标水生蔬菜进行培育，其中，利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的培养液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜进行培育包括：利用配制的受试溶液对选取的目标水生蔬菜分别进行砂培培育以及水培培育；
取样分析模块，用于按照预先设置的取样周期对培育的目标水生蔬菜以及受试溶液进行取样和分析，得到受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度，具体包括：在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上形成曲线；如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线；
富集系数计算模块，用于计算得到的受试物在目标水生蔬菜内的浓度与受试溶液实际浓度的比值，获取水生蔬菜污染物富集系数，计算公式为：
<mrow>
<msub>
<mi>BCF</mi>
<mrow>
<mi>S</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>v</mi>
</msub>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>W</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
式中：
Cv为稳定态时受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
CW为稳定态时受试溶液实际浓度。
8.如权利要求7所述的装置，所述培育模块包括：培育环境设置单元、放置单元、溶液补充单元以及监控单元，其中，
培育环境设置单元，用于将配制的不同浓度的受试溶液分别加至装有预定厚度砂培基质的培养器具中，使得培养器具中受试溶液的水位维持在砂培基质表面下预定距离；
放置单元，用于将选取的目标水生蔬菜种子置于砂培基质表面下方3cm处并处于水位上方；
溶液补充单元，用于在砂培培育过程中，添加蒸馏水以补充受试溶液的蒸发损失，以使培养器具中的水位维持在预先设置的范围内，并按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
监控单元，用于在监测到砂培幼苗生长至预先设置的高度后，结束砂培培育，进入水培培育预先设置的时间。
9.如权利要求7所述的装置，所述取样分析模块包括：更换单元、受试溶液实际浓度计算单元、受试物浓度获取单元、绘制单元以及确定单元，其中，
更换单元，用于在砂培培育以及水培培育过程中，按照预先设置的溶液更换周期更换受试溶液；
受试溶液实际浓度计算单元，用于测试更换受试溶液前后的受试溶液浓度，将更换受试溶液前后的受试溶液浓度的平均值作为受试溶液实际浓度；
受试物浓度获取单元，用于按照预先设置的溶液更换周期，采集目标水生蔬菜，获取该溶液更换周期内的受试物在目标水生蔬菜内的浓度；
绘制单元，用于以溶液更换周期为横坐标，受试物浓度为纵坐标，将受试溶液实际浓度以及受试物在目标水生蔬菜内的浓度绘制在坐标轴上形成曲线；
确定单元，如果曲线已经达到了一个稳定的状态，即受试物浓度已经变成了一条与时间轴近似平行的渐近线。
10.如权利要求7至9任一项所述的装置，所述装置进一步包括：
预处理模块，用于对水生蔬菜试验所有的培养器具和砂培基质进行清洁处理；以及，
吸收/清除速率计算模块，用于在吸收阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜吸收受试物速率；以及，在清除阶段，计算上一次取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度与当前取样周期时受试物在目标水生蔬菜内的浓度之差，将该差值除以取样周期长度，得到目标水生蔬菜清除受试物速率。
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| "水生植物对铜、铅、锌等重金属元素富集作用的评价研究";简敏菲等;《南昌大学学报 工科版》;20040130;第26卷(第1期);第85-88页 * |
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