水質(zhì)基準(zhǔn)研究進(jìn)展

水質(zhì)基準(zhǔn)研究進(jìn)展

水質(zhì)參考（wqc）是制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的重要科學(xué)，在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮著重要作用。這是環(huán)境部門制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)水質(zhì)、水質(zhì)管理不可或缺的科學(xué)和理論基礎(chǔ)。不同的生態(tài)系統(tǒng)有不同的生物區(qū)。對(duì)于生物區(qū)域系統(tǒng)的有害毒性濃度可能會(huì)影響其他區(qū)域系統(tǒng)的生物。不同地區(qū)和國(guó)家的水生生物區(qū)域系統(tǒng)之間存在一些差異，因此同一污染物的不同保護(hù)對(duì)象的同一個(gè)價(jià)值也存在差異。國(guó)外也將水質(zhì)參考研究作為反映國(guó)家環(huán)境研究水平的標(biāo)志之一。因此，一些發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人才、物力和財(cái)力，在水質(zhì)參考研究領(lǐng)域取得了許多成果。在水質(zhì)基準(zhǔn)研究中,環(huán)境暴露、效應(yīng)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是水質(zhì)基準(zhǔn)研究的三個(gè)重要內(nèi)容,而生態(tài)與健康效應(yīng)識(shí)別和機(jī)制是水質(zhì)基準(zhǔn)研究的重點(diǎn),也是毒理學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn).目前國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家的水質(zhì)基準(zhǔn)研究工作已經(jīng)開(kāi)展了幾十年,并且形成了較為系統(tǒng)的水質(zhì)基準(zhǔn)研究體系.而我國(guó)的水質(zhì)基準(zhǔn)研究近幾年才剛剛開(kāi)始,正在國(guó)外水質(zhì)基準(zhǔn)研究方法的基礎(chǔ)上摸索前進(jìn).迄今為止,我國(guó)可用于環(huán)境管理的基準(zhǔn)基本是空白,至今仍沒(méi)有建立一套完整的保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的水質(zhì)基準(zhǔn)體系.目前我國(guó)有關(guān)水體的標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)中,只有《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中涉及到污染物不同功能用水的標(biāo)準(zhǔn)極限值,但沒(méi)有保護(hù)具體生態(tài)受體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).因此,在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)下,針對(duì)我國(guó)水體污染物的污染現(xiàn)狀,深入了解國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家的水質(zhì)基準(zhǔn)研究方法體系,并根據(jù)中國(guó)的區(qū)域特征建立適合中國(guó)區(qū)域特點(diǎn)的水質(zhì)基準(zhǔn)研究方法體系迫在眉睫.水質(zhì)基準(zhǔn)的研究工作將會(huì)在我國(guó)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善、以及提升我國(guó)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究和管理水平方面發(fā)揮重要作用.1水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵水質(zhì)基準(zhǔn)是指一定自然特征下,水質(zhì)成分對(duì)特定保護(hù)對(duì)象不產(chǎn)生有害影響的最大可接受濃度水平或限度.事實(shí)上,水質(zhì)基準(zhǔn)不是單一的濃度或者劑量,而是一個(gè)基于不同保護(hù)對(duì)象的一個(gè)范圍值.水質(zhì)基準(zhǔn)涉及的水體污染物包括重金屬、非金屬無(wú)機(jī)污染物、有機(jī)污染物、以及一些水質(zhì)參數(shù),如pH、色度、濁度和大腸菌數(shù)量等.“水質(zhì)基準(zhǔn)”與“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”是兩個(gè)不同范疇的概念,在內(nèi)涵和作用上有顯著差異;同時(shí),二者之間又有密切的關(guān)系.“水質(zhì)基準(zhǔn)”是一個(gè)自然科學(xué)的概念,是基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和推論獲取的客觀結(jié)果,一般來(lái)說(shuō),研究耗資大、周期長(zhǎng),基準(zhǔn)資料的正確獲取需要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間做大量細(xì)致的研究工作,但由于研究介質(zhì)和對(duì)象的可變性,以及研究方法的差異性,其結(jié)果也往往具有不確定性.“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”是由國(guó)家(或地方政府)制訂,關(guān)于水體中污染物(或有害因素)容許含量的強(qiáng)制性管理限值或限度,具有法律強(qiáng)制性.水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理的法律依據(jù),體現(xiàn)了國(guó)家(或地區(qū))的環(huán)境保護(hù)政策和要求.水質(zhì)基準(zhǔn)是一個(gè)系統(tǒng)的框架,按照保護(hù)對(duì)象不同,水質(zhì)基準(zhǔn)可以大致分為保護(hù)水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)和保護(hù)人體健康水質(zhì)基準(zhǔn).近年來(lái),考慮到污染物在食物鏈中的生物累積作用,逐漸將水環(huán)境以外的相關(guān)生物(如野生生物)納入水質(zhì)基準(zhǔn)的保護(hù)對(duì)象.另外,按照水體不同的使用功能,水質(zhì)基準(zhǔn)又可以分為飲用水水質(zhì)基準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)基準(zhǔn)、休閑用水水質(zhì)基準(zhǔn)、漁業(yè)用水水質(zhì)基準(zhǔn)以及工業(yè)用水質(zhì)基準(zhǔn)等.根據(jù)水環(huán)境中污染物的種類不同,水質(zhì)基準(zhǔn)包含了重金屬、有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽、病原菌等基準(zhǔn).2009年美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(USEPA)頒布了最新的水質(zhì)基準(zhǔn)文件,其中包括120種優(yōu)控污染物和47種非優(yōu)控污染物,共計(jì)167項(xiàng)污染物的淡水急性、淡水慢性、海水急性、海水慢性和人體健康基準(zhǔn)值以及23項(xiàng)感官基準(zhǔn).水質(zhì)基準(zhǔn)有數(shù)值型和敘述型兩種表達(dá)方式.數(shù)值型基準(zhǔn)大部分以水體中污染物的濃度表示;而對(duì)于無(wú)法給出具體污染物的基準(zhǔn),則采用敘述型基準(zhǔn),如濁度等.水質(zhì)基準(zhǔn)的推導(dǎo)過(guò)程綜合考慮了各種相關(guān)因素,基準(zhǔn)值會(huì)受到許多環(huán)境要素的限制,如水體硬度、溫度、pH以及溶解性有機(jī)質(zhì)等.概括來(lái)說(shuō),水質(zhì)基準(zhǔn)具有3個(gè)顯著的特點(diǎn):科學(xué)性、基礎(chǔ)性和區(qū)域性.水質(zhì)基準(zhǔn)是在研究污染物在環(huán)境中的行為和生態(tài)毒理效應(yīng)等基礎(chǔ)上確定的,涉及了環(huán)境化學(xué)、毒理學(xué)、生態(tài)學(xué)和生物學(xué)等前沿學(xué)科領(lǐng)域,具有科學(xué)性;同時(shí),水質(zhì)基準(zhǔn)也是制訂水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境管理的科學(xué)基礎(chǔ),是整個(gè)水質(zhì)保護(hù)工作的基石,體現(xiàn)出它的基礎(chǔ)性;另外,各國(guó)的水質(zhì)基準(zhǔn)研究都是建立在各自的區(qū)域環(huán)境基礎(chǔ)上開(kāi)展的,污染物在不同地區(qū)的環(huán)境行為和毒理學(xué)效應(yīng)可能不同,因此水質(zhì)基準(zhǔn)也具有明顯的區(qū)域性.2水環(huán)境基準(zhǔn)的發(fā)展1898年俄國(guó)衛(wèi)生學(xué)家Α.Ф.尼基京斯基發(fā)表了《石油制品對(duì)河流水質(zhì)和魚(yú)類的影響》一文,首次提出了環(huán)境基準(zhǔn)的概念.美國(guó)是最早進(jìn)行水質(zhì)基準(zhǔn)研究的國(guó)家.水質(zhì)基準(zhǔn)的發(fā)展歷程是伴隨著一系列水質(zhì)基準(zhǔn)論文、報(bào)告以及專著的形式展現(xiàn)的.1907年,Marsh發(fā)表了《工業(yè)廢水對(duì)魚(yú)類的影響》一文,這是美國(guó)最早關(guān)于水質(zhì)基準(zhǔn)的研究.緊接著不同學(xué)者針對(duì)水質(zhì)基準(zhǔn)的相關(guān)問(wèn)題,介紹了水質(zhì)基準(zhǔn)的相關(guān)理論和方法[12~14].自20世紀(jì)60年代以后,USEPA相繼頒布了水環(huán)境基準(zhǔn)文獻(xiàn)[15~21],形成了較為完整的水質(zhì)基準(zhǔn)體系.同時(shí),加拿大也在1999年發(fā)布了保護(hù)水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)指南.2000年,USEPA又發(fā)布了《推導(dǎo)保護(hù)人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)方法學(xué)指南》,系統(tǒng)介紹了人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)的推導(dǎo)方法.2002,2004,2006和2009年USEPA又分別修訂了美國(guó)水質(zhì)基準(zhǔn)指南[24~26].2000年以后,澳大利亞和新西蘭、歐盟、加拿大、荷蘭以及世界衛(wèi)生組織等也相繼發(fā)布或者修定了各自的水質(zhì)基準(zhǔn)文件[27~31].我國(guó)水質(zhì)基準(zhǔn)的研究起步較晚,最初的研究?jī)H僅是對(duì)國(guó)外資料的收集和整理工作.如1981年由中國(guó)建筑工業(yè)出版社最早翻譯出版了美國(guó)的《水質(zhì)基準(zhǔn)》的譯著《水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》.隨后,水質(zhì)基準(zhǔn)的譯著和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)方面的著作相繼出版,基本都是介紹美國(guó)和歐盟等國(guó)家和組織的水質(zhì)基準(zhǔn)研究方法[33~36].2010年,孟偉和吳豐昌根據(jù)中國(guó)生物區(qū)系特征和水質(zhì)基準(zhǔn)案例研究情況,綜合了各國(guó)的水質(zhì)基準(zhǔn)研究方法,出版了《水質(zhì)基準(zhǔn)的理論與方法學(xué)導(dǎo)論》,對(duì)水質(zhì)基準(zhǔn)研究中的具體問(wèn)題進(jìn)行了闡述,這也是我國(guó)第一部關(guān)于水質(zhì)基準(zhǔn)理論方法學(xué)的系統(tǒng)論述.3人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)基于保護(hù)對(duì)象的不同,水質(zhì)基準(zhǔn)主要分為保護(hù)水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)和保護(hù)人體健康水質(zhì)基準(zhǔn),兩者在理論和方法學(xué)上也是有差異的.水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)在研究方法上主要有評(píng)估因子法和統(tǒng)計(jì)外推法.人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)則針對(duì)污染物類別的不同,根據(jù)污染物的毒理學(xué)效應(yīng),分別產(chǎn)生了致癌和非致癌效應(yīng)基準(zhǔn)研究方法.3.1物種敏感度分布法和評(píng)價(jià)因子法水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)是指水環(huán)境中的污染物對(duì)水生生物不產(chǎn)生長(zhǎng)期和短期不良或有害效應(yīng)的最大允許濃度.國(guó)際上兩類具有代表性的水質(zhì)基準(zhǔn)體系分別是美國(guó)和歐盟.美國(guó)的水質(zhì)基準(zhǔn)指南采用的是毒性百分?jǐn)?shù)排序法,是雙值基準(zhǔn)體系,使用該方法得出的基準(zhǔn)值包括基準(zhǔn)最大濃度(CriteriaMaximumConcentration,CMC)和基準(zhǔn)連續(xù)濃度(CriteriaContinuousConcentration,CCC).該指南指出用于推導(dǎo)CMC的急性毒性數(shù)據(jù)至少涉及3個(gè)門、8個(gè)科的動(dòng)物,要為大多數(shù)生物物種(95%以上)提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù).歐盟通過(guò)推導(dǎo)預(yù)測(cè)的無(wú)效應(yīng)濃度(PredictedNoEffectConcentration,PNEC),來(lái)最終確定水質(zhì)基準(zhǔn).指出要用8種不同的生物、至少10個(gè)慢性毒性值來(lái)獲得最終的PNEC值.對(duì)于基準(zhǔn)的計(jì)算,則推薦使用物種敏感度分布(SpeciesSensitivityDistribution,SSD)和評(píng)價(jià)因子兩種方法.通過(guò)SSD最終獲得保護(hù)95%以上物種的慢性基準(zhǔn)值,即HC5(圖1).物種敏感度分布法最初是由Kooijman提出,后來(lái)很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)[38~42].它是利用已知污染物的所有毒性數(shù)據(jù)來(lái)擬合物種的敏感度分布曲線,進(jìn)而外推獲得基準(zhǔn)值.基準(zhǔn)值即曲線上指定百分點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的濃度值,通常用HC5表示,即5%物種受到危險(xiǎn)的濃度.除了美國(guó)、歐盟兩大主流水質(zhì)基準(zhǔn)體系之外,荷蘭、加拿大、澳大利亞和新西蘭等國(guó)家也分別制定了各自的水質(zhì)基準(zhǔn)的綱領(lǐng)性文件.在基準(zhǔn)推導(dǎo)方法上基本上是采用了評(píng)估因子法和統(tǒng)計(jì)外推的方法進(jìn)行基準(zhǔn)的推導(dǎo).區(qū)別在于水質(zhì)基準(zhǔn)值的描述上,不同國(guó)家對(duì)水質(zhì)基準(zhǔn)有不同的描述和分級(jí).主要代表國(guó)家的水質(zhì)基準(zhǔn)數(shù)值型描述如表1所示.評(píng)價(jià)因子法、毒性百分?jǐn)?shù)排序法和物種敏感度分布法是目前國(guó)際上推導(dǎo)水生生物基準(zhǔn)常用的方法,這3種方法的理論方法學(xué)不同,有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍.評(píng)價(jià)因子法的優(yōu)點(diǎn)在于它所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)少、計(jì)算方法簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是該法屬于經(jīng)驗(yàn)法,依賴于敏感生物的毒性值,不確定性很高;另外,評(píng)價(jià)因子法也沒(méi)有考慮物種之間的相互關(guān)系以及污染物的生物富集效應(yīng).因此只有在數(shù)據(jù)很難獲得或者進(jìn)行比較驗(yàn)證時(shí)采用.毒性百分?jǐn)?shù)排序法的優(yōu)點(diǎn)是將污染物的急性和慢性毒性效應(yīng)分開(kāi)考慮,并且考慮了污染物在生物體內(nèi)的富集效應(yīng);缺點(diǎn)是用于計(jì)算基準(zhǔn)的只是累積概率接近0.05的4個(gè)屬的相應(yīng)數(shù)據(jù),存在一定的不確定性;該法也沒(méi)有考慮物種之間的相互關(guān)系.目前除了美國(guó)之外,我們也可以借鑒這種方法進(jìn)行基準(zhǔn)的相關(guān)研究.物種敏感度分布法的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用了獲得的所有物種的毒性數(shù)據(jù),并且假定有限的物種是從生態(tài)系統(tǒng)中隨機(jī)取樣的,可以代表整個(gè)生態(tài)系統(tǒng).缺點(diǎn)就是由模型差異造成的最終基準(zhǔn)值的差異很大,而且該法沒(méi)有考慮污染物在生物體內(nèi)的富集效應(yīng).在使用范圍上,當(dāng)污染物的急/慢性毒性數(shù)據(jù)均較充分時(shí),可以用這種方法進(jìn)行基準(zhǔn)的推導(dǎo).目前澳大利亞、新西蘭以及歐盟均采用了這種方法.這也是未來(lái)一段時(shí)間水質(zhì)基準(zhǔn)研究的主要方法.綜合來(lái)看,幾類方法都沒(méi)有系統(tǒng)考慮現(xiàn)場(chǎng)基質(zhì)對(duì)基準(zhǔn)的影響,而且除了美國(guó)的方法中涉及了生物富集之外,其他幾類研究方法都沒(méi)有涉及生物累積與生物放大,這也為今后水質(zhì)基準(zhǔn)的研究指明了方向.3.2非致死風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)是保護(hù)人體避免受到環(huán)境水體中污染物造成的有害影響的某一水體濃度值.美國(guó)環(huán)保局在2000年頒布了人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)指南,并形成了人體健康基準(zhǔn)基本的理論與方法.針對(duì)不同污染物,分別設(shè)定了致癌和非致癌兩類毒性效應(yīng)終點(diǎn).對(duì)于可疑的或已經(jīng)證實(shí)的致癌物,人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)是指人體暴露于特定污染物時(shí)可能增加10-6個(gè)體終生致癌風(fēng)險(xiǎn)的水體濃度,而不考慮其他特定來(lái)源暴露引起的額外終生致癌風(fēng)險(xiǎn);對(duì)于非致癌物,則估算不對(duì)人體健康產(chǎn)生有害影響的水體濃度.人體健康水質(zhì)基準(zhǔn)主要通過(guò)劑量效應(yīng)關(guān)系的無(wú)觀察有害作用水平(NoObservedAdverseEffectLevel,NOAEL)以及最低觀察有害作用水平(LowestObservedAdverseEffectLevel,LOAEL)等相關(guān)參數(shù),最終計(jì)算人體健康基準(zhǔn)值.圖2列出了人體健康基準(zhǔn)推導(dǎo)過(guò)程示意圖.4水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的研究4.1環(huán)境和生物有效性近年來(lái)國(guó)際上水質(zhì)基準(zhǔn)的研究取得了較大的進(jìn)展.首先,從污染物的角度來(lái)看,不同類型的污染物,其水質(zhì)基準(zhǔn)研究中考慮的因素也不同.有機(jī)物對(duì)生物的毒性效應(yīng)相對(duì)復(fù)雜,因此在基準(zhǔn)的研究中需要明確有機(jī)污染物對(duì)生物造成的毒性效應(yīng)終點(diǎn),進(jìn)而進(jìn)行基準(zhǔn)的推導(dǎo);無(wú)機(jī)物(主要是重金屬)的毒性效應(yīng)受環(huán)境因子的影響較大,因此在研究這類污染物的基準(zhǔn)時(shí),需要重點(diǎn)考慮水環(huán)境因子對(duì)其生物有效性的影響.在有機(jī)污染物的基準(zhǔn)研究方面,部分學(xué)者(或組織)已經(jīng)對(duì)一些有機(jī)污染物展開(kāi)了水質(zhì)基準(zhǔn)的相關(guān)研究.如USEPA鑒于地表水和地下水中甲基叔丁基醚(MTBE)的大量檢出及其對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)不良效應(yīng)的日趨嚴(yán)重,開(kāi)展了水生生態(tài)毒性以及MTBE水質(zhì)基準(zhǔn)研究,包括魚(yú)類、無(wú)脊椎動(dòng)物和藻類對(duì)MTBE的濃度反應(yīng)、海洋生物對(duì)MTBE的急性毒性等,最終得出MTBE的水質(zhì)基準(zhǔn)為26mgL-1Hohreiter等對(duì)甲醛的水生生物基準(zhǔn)進(jìn)行了研究收集了有關(guān)甲醛對(duì)魚(yú)類和水生無(wú)脊椎動(dòng)物急性毒性的資料,最終求得其CMC為4.58mgL-1,CCC為1.61mgL-1.Yin等根據(jù)美國(guó)的基準(zhǔn)指南,選用9種代表性的水生動(dòng)物和1種藻類開(kāi)展水生生物毒性實(shí)驗(yàn),最終獲得了2,4,6-三氯酚的CMC為1.01mgL-1CCC為0.23mgL-1.在重金屬的基準(zhǔn)研究方面,由于重金屬的毒性作用受水環(huán)境條件影響較大,如溫度、溶解性有機(jī)質(zhì)、硬度等,因此在基準(zhǔn)研究中應(yīng)該充分考慮水環(huán)境條件(如硬度、溫度)對(duì)重金屬生物有效性的影響.USEPA新修訂的銅的水質(zhì)基準(zhǔn)中,已經(jīng)開(kāi)始使用生物配體模型(BioticLigandModel,BLM)來(lái)推導(dǎo)銅的水質(zhì)基準(zhǔn),考慮了各種水質(zhì)參數(shù)以及不同形態(tài)銅的生物有效性對(duì)水生生物毒性的影響.這對(duì)于開(kāi)展重金屬的水質(zhì)基準(zhǔn)研究具有重要的參考意義不同類型的污染物,其水質(zhì)基準(zhǔn)研究需要考慮的關(guān)鍵要素也存在差異.對(duì)于一些常規(guī)的污染物,在研究水質(zhì)基準(zhǔn)時(shí),通常選用的毒性終點(diǎn)一般為致死效應(yīng)或生長(zhǎng)抑制等效應(yīng)數(shù)據(jù);而對(duì)于一些有特定效應(yīng)終點(diǎn)的新型污染物及內(nèi)分泌干擾物(如雌激素類物質(zhì))雖然也可對(duì)生物產(chǎn)生致死效應(yīng),但是污染物在未對(duì)生物體造成致死效應(yīng)之前,可能已經(jīng)對(duì)其生殖和發(fā)育等產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的毒性效應(yīng)影響,所以在毒性終點(diǎn)的選擇上也略有不同.在這類污染物的基準(zhǔn)研究方面,Caldwell等在研究人工合成雌激素17α-乙炔基雌二醇(EE2)時(shí),選用了繁殖毒性作為毒性終點(diǎn)在廣泛收集EE2繁殖毒性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,最終推導(dǎo)出EE2的PNEC為0.35ngL-1.其次,從水質(zhì)基準(zhǔn)類型來(lái)看,不同類型的水質(zhì)基準(zhǔn)其推算方法可能完全不同.考慮到傳統(tǒng)的水生態(tài)毒性僅靠環(huán)境介質(zhì)的濃度間接反映污染物對(duì)生物體本身的危害缺乏科學(xué)性,因此就有了組織殘留濃度的出現(xiàn).組織殘留濃度反映了化學(xué)物質(zhì)的生物有效性、吸收、代謝效率以及多種暴露途徑,所以被認(rèn)為是外部濃度的更好的替代方法,因此也就產(chǎn)生了組織殘留基準(zhǔn)的研究方法,它是一種簡(jiǎn)單的使用組織濃度描述毒性反應(yīng)的方法.美國(guó)和加拿大都提出了組織殘留基準(zhǔn)的概念,組織殘留基準(zhǔn)是指用于保護(hù)以水生生物為食的野生生物(主要是鳥(niǎo)類和哺乳類)的一種化學(xué)物質(zhì)在水生生物組織中的最大濃度,這個(gè)概念是針對(duì)保護(hù)野生生物的,此外還有保護(hù)人體健康和水生生物的組織殘留基準(zhǔn),其最終的表達(dá)方式都是以水生生物組織殘留濃度表示.使用組織殘留濃度可以提供化學(xué)物質(zhì)確切吸收量的證據(jù),避開(kāi)了一些環(huán)境影響因素,并且直接將生物累積量與毒性反應(yīng)聯(lián)系了起來(lái),降低了由于物種和環(huán)境因素差異導(dǎo)致的不確定性.基于組織殘留基準(zhǔn)的理論,Steevens等使用SSD法推導(dǎo)了2,3,7,8-四氯二苯并二噁英(2,3,7,8-TCDD)的魚(yú)類組織殘留基準(zhǔn),最終得出魚(yú)類的組織殘留基準(zhǔn)濃度范圍為0.057~0.699ngg-1,分別對(duì)應(yīng)保護(hù)99%和90%魚(yú)類不受污染物危害作用.Beckvar等使用了不同方法分別研究了汞和DDT的魚(yú)類組織殘留基準(zhǔn),得出汞和DDT的魚(yú)類組織殘留基準(zhǔn)分別為0.2和0.6mgkg-1.再次,從水質(zhì)基準(zhǔn)的研究方法上來(lái)看,不同的方法其原理也存在差異.如污染物的復(fù)合污染以及聯(lián)合毒性作用在環(huán)境中比較常見(jiàn),因此在水質(zhì)基準(zhǔn)的研究中,如果存在污染物的復(fù)合污染或聯(lián)合毒性作用,也應(yīng)該加以考慮.如Chèvren等對(duì)農(nóng)藥的基準(zhǔn)進(jìn)行研究時(shí)建立了具有類似作用模式的農(nóng)藥污染物混合體的一致和類似的水質(zhì)基準(zhǔn)方法.并將這一方法應(yīng)用于6種有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑、3種醫(yī)藥品和其他類似化合物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究.結(jié)果表明,有2種有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑和2種醫(yī)藥品符合物種敏感度曲線平行規(guī)律,可應(yīng)用于污染物復(fù)合污染條件下水質(zhì)基準(zhǔn)的賦值.另外,在水質(zhì)基準(zhǔn)研究方法上,運(yùn)用模型進(jìn)行預(yù)測(cè)的方式也越來(lái)越受到人們的重視.考慮到動(dòng)物保護(hù)組織對(duì)動(dòng)物的保護(hù)要求,為了盡量避免毒性實(shí)驗(yàn)中大量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的消耗,近年來(lái)在基準(zhǔn)的研究方法上,USEPA發(fā)展了一種采用種間關(guān)系預(yù)測(cè)(InterspeciesCorrelationEstimates,ICE)模型的方法對(duì)基準(zhǔn)展開(kāi)研究,使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的毒性數(shù)據(jù),對(duì)未知物種的毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),從而避免了對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的傷害.如Dyer等采用了ICE模型,選用替代物種對(duì)55種污染物的基準(zhǔn)值進(jìn)行預(yù)測(cè),將預(yù)測(cè)值和實(shí)際毒性數(shù)據(jù)得出的基準(zhǔn)進(jìn)行了比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者并無(wú)數(shù)量級(jí)的差距,在可接受范圍之內(nèi).因此,當(dāng)污染物的毒性數(shù)據(jù)相對(duì)較少時(shí),用ICE模型預(yù)測(cè)未知物種的毒性數(shù)據(jù),進(jìn)而推導(dǎo)污染物的水質(zhì)基準(zhǔn)也是一種比較理想的方法,在未來(lái)水質(zhì)基準(zhǔn)的研究中可能會(huì)被廣泛使用.4.2定型化基質(zhì)的篩選相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō),我國(guó)的水質(zhì)基準(zhǔn)研究工作才剛剛起步.其根本原因在于我國(guó)在水質(zhì)基準(zhǔn)方面的研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱,缺乏具有可操作性的水質(zhì)基準(zhǔn)方法學(xué),因而導(dǎo)致現(xiàn)有水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也只能參照發(fā)達(dá)國(guó)家的基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)制定,科學(xué)依據(jù)不充分,容易對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)產(chǎn)生潛在的“過(guò)保護(hù)”或“欠保護(hù)”現(xiàn)象.[60~62],缺乏其他物種的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法和慢性毒性測(cè)試方法,因此也只能參照其他國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選.水質(zhì)基準(zhǔn)的方法學(xué)正在不斷地補(bǔ)充和完善.如吳豐昌等以湖泊為例,系統(tǒng)地總結(jié)了水質(zhì)基準(zhǔn)的理論和方法學(xué);同時(shí),根據(jù)中國(guó)生物區(qū)系特征,對(duì)幾種典型有機(jī)污染物以及重金屬的水生生物基準(zhǔn)進(jìn)行了推導(dǎo)[63~66],在國(guó)內(nèi)較早地開(kāi)展了水質(zhì)基準(zhǔn)系統(tǒng)的研究工作,并且形成了較為系統(tǒng)的理論和方法學(xué)體系.其次,在污染物水質(zhì)基準(zhǔn)的研究方面,借鑒國(guó)外的研究方法,部分學(xué)者也陸續(xù)開(kāi)展了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的水質(zhì)基準(zhǔn)研究工作.最初關(guān)于污染物水質(zhì)基準(zhǔn)研究基本上都是參考美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件展開(kāi)的,如丙烯腈、硫氰酸鈉和乙腈以及氯酚類污染物基準(zhǔn)[67~70].隨著基準(zhǔn)研究的不斷深入,一些學(xué)者開(kāi)始借鑒其他國(guó)家的研究方法,采用國(guó)際上普遍認(rèn)可的SSD方法對(duì)污染物展開(kāi)系列研究,進(jìn)而推導(dǎo)出污染物的水質(zhì)基準(zhǔn)值.另外,沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)是水質(zhì)基準(zhǔn)的重要組成部分,近年來(lái)也開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)展研究,如祝凌燕等基于相平衡分配法,初步探討了天津某水體4種重金屬和2種有機(jī)氯農(nóng)藥的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn).表2總結(jié)概括了近些年來(lái)我國(guó)關(guān)于水質(zhì)基準(zhǔn)的研究工作.這些基準(zhǔn)案例的研究對(duì)我國(guó)水質(zhì)基準(zhǔn)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用.通過(guò)跟美國(guó)的相應(yīng)污染物水質(zhì)基準(zhǔn)比較,發(fā)現(xiàn)兩國(guó)基準(zhǔn)值在數(shù)值上存在一定差異,這種差異性,主要是由兩國(guó)生物區(qū)系存在差異引起的.5基準(zhǔn)推導(dǎo)和不確定性分析水質(zhì)基準(zhǔn)研究要涉及到很多環(huán)節(jié),綜合來(lái)看,影響水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)的主要因素包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性和統(tǒng)計(jì)分析方法的科學(xué)性.比如數(shù)據(jù)的篩選、物種敏感度分布特征分析、毒性終點(diǎn)的選擇等,這些要素在水質(zhì)基準(zhǔn)的研究中都起著非常關(guān)鍵的作用.(i)數(shù)據(jù)獲取與篩選.u3000數(shù)據(jù)的獲取和篩選是水質(zhì)基準(zhǔn)研究中最關(guān)鍵的要素之一.主要包括測(cè)試物種的選擇、毒性測(cè)試方法的篩選等.在物種選擇方面,需要根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)和生物區(qū)系的差異選擇所需物種.不同國(guó)家對(duì)物種的選擇數(shù)量要求都有所界定.如USEPA用于基準(zhǔn)推導(dǎo)的動(dòng)物至少涵蓋3門8科;歐盟使用統(tǒng)計(jì)外推法時(shí)需要至少8種不同類群生物的至少10個(gè)NOECs;加拿大水質(zhì)基準(zhǔn)文件中要求至少6個(gè)物種,包括北美地區(qū)常見(jiàn)的水生生物物種;而澳大利亞和新西蘭根據(jù)所推導(dǎo)觸發(fā)值的不同可靠性,需要的毒性數(shù)據(jù)量也不同.在毒性測(cè)試方法方面,水質(zhì)基準(zhǔn)研究需要有標(biāo)準(zhǔn)化的毒性測(cè)試方法體系做支撐.而這種標(biāo)準(zhǔn)化體系的構(gòu)建也需要不斷地驗(yàn)證才能獲得.目前我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法只有發(fā)光菌、大型蚤、斑馬魚(yú)和柵藻,還需要在標(biāo)準(zhǔn)方法構(gòu)建方面進(jìn)行補(bǔ)充.另外,獲得數(shù)據(jù)之后,數(shù)據(jù)的篩選也是很重要的環(huán)節(jié).所獲得數(shù)據(jù)質(zhì)量也要根據(jù)數(shù)據(jù)的可靠性和相關(guān)性等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià).如歐盟依據(jù)可靠性和相關(guān)性原則來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,英國(guó)、荷蘭、加拿大、澳大利亞和新西蘭采用類似原則.Klimisch等將毒性數(shù)據(jù)按照可靠性、相關(guān)性和適當(dāng)性分為4個(gè)等級(jí),通常情況下篩選第1級(jí)和第2級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)研究.另外,在基準(zhǔn)的推導(dǎo)過(guò)程中,還要對(duì)其不確定性進(jìn)行分析.目前,用于不確定性分析方法主要有:基于概率理論的方法,如使用蒙特卡羅抽樣(MonteCaroSampling,MCS);區(qū)間分析;基于模糊理論的方法.在統(tǒng)計(jì)方法的選擇上,選用合適的概率評(píng)估方法得出符合要求的基準(zhǔn)值也是基準(zhǔn)研究考慮的重點(diǎn),比如傳統(tǒng)的置信區(qū)間統(tǒng)計(jì)方法以及貝葉斯定理等.(ii)物種敏感度分布.u3000物種敏感度分布特征是基準(zhǔn)研究的核心和關(guān)鍵.基準(zhǔn)的推導(dǎo)主要是基于敏感物種進(jìn)行的,最終得出的基準(zhǔn)值很大程度上依賴于敏感物種的毒性數(shù)據(jù)大小.同一物種對(duì)不同污染物的敏感性存在差異,不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物對(duì)同一污染物的敏感性也存在差異,從而最終導(dǎo)致了基準(zhǔn)值的差異.如物種對(duì)鋅的敏感度分布研究中發(fā)現(xiàn),甲殼類對(duì)鋅最為敏感,而魚(yú)類次之.而對(duì)五氯酚的物種敏感度分析發(fā)現(xiàn),魚(yú)類對(duì)五氯酚最敏感,甲殼類等無(wú)脊椎動(dòng)物次之.可見(jiàn),針對(duì)不同污染物,物種敏感度分布也是存在差異的,從而導(dǎo)致最終基準(zhǔn)的差異性.(iii)毒性終點(diǎn)判斷.u3000水質(zhì)基準(zhǔn)研究是基于污染物毒性數(shù)據(jù)展開(kāi)的.不同的毒性效應(yīng)終點(diǎn)獲得的毒性數(shù)據(jù)數(shù)值往往差別很大.以雌二醇(E2)對(duì)日本青鳉的毒性效應(yīng)為例,以青鳉體長(zhǎng)變化為效應(yīng)終點(diǎn)的LOEC為1000ngL-1,而以子代性別比率和卵黃蛋白原(VTG)誘導(dǎo)效應(yīng)為終點(diǎn)的LOEC分別為8.66和0.94ngL-1,差距近3個(gè)數(shù)量級(jí).另外,用常規(guī)方法將斑馬魚(yú)胚胎暴露于雙氯芬酸得出的LC50為480μgL-1,而采用組織形態(tài)學(xué)和細(xì)胞形態(tài)學(xué)方法觀察到的雙氯芬酸在1~5μgL-1下即可引起魚(yú)的肝腎組織及細(xì)胞形態(tài)的變化.對(duì)EE2的研究發(fā)現(xiàn),它在納克級(jí)每升的水平就會(huì)對(duì)魚(yú)等脊椎動(dòng)物的生殖產(chǎn)生不可恢復(fù)的毒性效應(yīng),但在毫克級(jí)每升的水平才會(huì)導(dǎo)致這些生物的死亡.可見(jiàn),在水質(zhì)基準(zhǔn)研究中,應(yīng)針對(duì)污染物的毒性效應(yīng),選取恰當(dāng)?shù)亩拘越K點(diǎn)進(jìn)行研究.對(duì)一些常規(guī)污染物,一般要獲得其生長(zhǎng)抑制、呼吸抑制、運(yùn)動(dòng)抑制、致死等毒性終點(diǎn)的毒性數(shù)據(jù);而對(duì)一些內(nèi)分泌干擾物(如雌激素),僅考慮其致死效應(yīng),可能得出的基準(zhǔn)值會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的基準(zhǔn)保護(hù)限值,不足以保護(hù)生物免受污染物的毒害作用.需要將不同的毒性終點(diǎn)區(qū)別對(duì)待,選取更敏感的遺傳毒性、芳烴受體效應(yīng)和內(nèi)分泌干擾效應(yīng)等毒性終點(diǎn)進(jìn)行基準(zhǔn)的推導(dǎo).(iv)污染物類型.u3000污染物的選擇也是環(huán)境基準(zhǔn)需要考慮的因素.環(huán)境中的污染物種類繁多,性質(zhì)也存在很大差異,包括有毒有機(jī)污染物、重金屬、營(yíng)養(yǎng)元素等.不同類別的污染物其環(huán)境濃度、危害程度和污染程度不同,作用位點(diǎn)和作用機(jī)制也存在差異.部分國(guó)外沒(méi)有關(guān)注的污染物,中國(guó)可能需要特別加強(qiáng)研究,而其他國(guó)家關(guān)注的污染物,在中國(guó)不一定最受關(guān)注.因此在污染物的選取方面,應(yīng)該綜合考慮污染物類型及其毒性作用大小,同時(shí)也應(yīng)該考慮流域水體污染物的污染情況,是否為該流域的優(yōu)先控制污染物等,同時(shí)也要結(jié)合參照官方發(fā)布的污染物名單進(jìn)行選取.同時(shí),針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)污染物,也應(yīng)該建立一套標(biāo)準(zhǔn)的污染物篩選方法,如商值法等.(v)模型選擇.u3000模型的選擇在水質(zhì)基準(zhǔn)研究中也起著非常關(guān)鍵的作用,直接關(guān)系到基準(zhǔn)值的確定.在選擇模型之前,應(yīng)該首先分析毒性數(shù)據(jù)的分布,然后根據(jù)數(shù)據(jù)分布規(guī)律找到最適合基準(zhǔn)推導(dǎo)的模型.數(shù)據(jù)的選擇和模型的差異均會(huì)造成基準(zhǔn)值的差異.在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,應(yīng)該根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)參數(shù)綜合考慮模型的適用性,如擬合相關(guān)系數(shù)(R2)、殘差分布以及均方差等.統(tǒng)計(jì)分析方法方面也要盡量避免使用點(diǎn)評(píng)估,而要采用概率評(píng)估等.對(duì)于一些受環(huán)境條件影響較大的重金屬類物質(zhì),采用BLM模型綜合考慮污染物的生物有效性,也是基準(zhǔn)研究需要考慮的方面.目前國(guó)際上關(guān)于鋅、銅、鎳等金屬的基準(zhǔn)已經(jīng)開(kāi)始使用BLM模型進(jìn)行預(yù)測(cè)[90~92].當(dāng)污染物之間的聯(lián)合作用不容忽視時(shí),采用聯(lián)合毒作用模型來(lái)綜合考慮多種污染物共同作用對(duì)生物產(chǎn)生的影響,