摘要
重金属是近海广泛分布的持久性污染物，具有生物毒性强、难生物降解以及易在生物体内累积等性质，在微量水平上就能对多种海洋生物产生毒性效应。因此，开展重金属对近岸海域的生态风险评价对于环境管理和决策具有重要意义。生态风险评价主要包括效应评价和暴露评价，风险表征的方法包括简单的单点估计和复杂的概率估计，目前通用的效应评价方法是利用污染物对生物个体水平的毒理学指标(如个体的生存、生长发育和繁殖)构建物种敏感性曲线(SSD)，估算其环境安全浓度。然而在许多情况下，这些传统的毒理学指标并不能够提供充足的毒理信息，如对于多数污染物，分子水平的指标可能更敏感，对于具有内分泌干扰效应的污染物，其生殖指标可能更敏感。此外由于本地生物毒性数据的不足(尤其是对于特定区域的慢性毒性数据)，通常情况下采用本地种+非本地种的毒性数据构建SSD，采用这种方法推算也可能会低估或高估环境阈值，其方法尚需完善。为此，本研究在收集As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb和Zn对海洋生物基因、细胞、器官、生化、个体和种群水平毒性数据的基础上，构建了不同毒理指标的SSDs曲线，探讨了不同毒理指标的敏感性。同时调查了某电厂排污口附近海域的生物资源，根据当地生物种类，探讨了采用本地种补充非本地种构建具有生物区系特点SSD的可行性。并利用具有不同污染特点的近岸海域海水和沉积物中重金属的监测数据，采用简单风险商法(HQ)与概率法相结合，进行了2个地区海水中重金属的生态风险评价，同时采用MonteCarlo模拟与传统的沉积物质量基准法(SQGs)和潜在生态危害指数法(PERI)相结合的方法，进行了沉积物中重金属的生态风险评价。主要研究结果如下： (1)不同毒理指标敏感性差异研究结果显示：从双样本K-S检验结果来看，个体急性指标对于Cd、Cu和Hg的敏感性显著低于其它层次指标。生化和个体慢性指标对Pb和Zn的敏感性显著高于个体急性和种群指标。个体急性和种群指标对As和Cr的敏感性有显著差异，其中As在低值区域个体急性指标较为敏感，而随着浓度的升高种群指标又变得比较敏感，Cr与As的规律正好相反。从重金属对不同毒理指标HC5(SSDs曲线的5%分位数)的差异来看，海洋生物个体水平慢性指标对As、Cr、Hg和Pb最敏感，基因层次指标对Cu最敏感、生化指标对Cd和Zn最敏感。表明在制定或修改重金属水质基准(主要用到HC5)时，应重点考虑Cu对海洋生物基因指标的毒性、Cd和Zn对海洋生物的生化指标毒性。 (2)本地种与本地种+非本地种SSDs比较结果显示：Cd、Cu和Hg关于本地种+非本地种与本地种的慢性HC5值无差异(差异倍数范围0.66-1.64)，As、Pb和Zn有一定差异(差异倍数分别为4.09、2.03和2.74)，Cr有较大差异(差异倍数为19.33)。因此，对于As、Cr、Pb和Zn来说，如果采用慢性毒性数据建立环境保护阈值时不考虑本地种情况，可能会存在“欠保护”的风险。双样本K-S检验结果显示，7种重金属本地种与本地种+非本地种SSDs曲线没有显著性差异，表明在环境污染应急管理或紧急情况时，可以采用非本地种毒性数据补充本地种毒性数据来进行环境基准的建立和生态风险评价。 (3)针对青岛某燃煤电厂脱硫废水中重金属含量小、排水量大的特点，本研究在该电厂脱硫海水工艺运行10年后，连续3年监测了排污口附近海域重金属含量，基于本地种的生态风险评价结果表明As、Cd、Hg和Pb对电厂排污口附近海域的生态风险可以接受，Cr、Cu和Zn不可接受，其风险大小顺序为Crgt;Cu≈Zngt;Asgt;Cd≈Pbgt;Hg，其中Cr由于选择了两个特别敏感的物种的毒性数据，其结果存在“过保护”倾向；基于评估因子法，As、Cu、Pb和Zn对本地优势种中肋骨条藻的平均生态风险不可接受，Cu和Zn对本地优势种克氏纺锤水蚤的生态风险不可接受；MonteCarlo+SQGs的结果显示电厂排污口附近海域沉积物中Cu、Cd和Pb污染程度相对较大，而MonteCarlo+PERI结果显示Hg的污染程度相对较大。但两种方法均显示该海域沉积物中重金属污染程度为轻微，其中夏季污染程度要略高于冬季。 (4)针对锌厂排放的工业废水中重金属含量大、污染严重的特点，采用分层概率方法对其生态风险进行了细化，As、Cu、Hg和Pb对锌厂排污口附近海域的生态风险可接受，Cd和Zn不可接受，其风险大小顺序为Zngt;Cdgt;Asgt;Cugt;Pbgt;Hg。基于不同毒理指标的生态风险评价结果显示，锌厂排污口附近海域水体中Hg和Zn对海洋生物生化和个体慢性指标风险最大，Pb对个体慢性和种群指标风险最大，As、Cd和Cu分别对个体慢性、生化和基因指标风险最大。As(个体慢性)、Cd(生化和个体慢性)和Zn(生化、个体慢性、个体急性和种群指标)对葫芦岛锌厂排污口附近海域的生态风险不可接受。 综上，本文首次探讨了海洋生物基因、细胞、器官、生化、个体和种群水平指标对重金属的敏感性差异，提出了采用本地种补充非本地种毒性数据构建SSD曲线的可行方法，并进行了两个不同重金属污染类型海域的生态风险评价，为其它具有类似污染特点海域的生态风险评价提供了方法学借鉴。
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