我国淡水水生生物对硝基酚基准研究

石美霞，邢立群，史小雪，卜丹丹，王德兴

1.江苏省灌南县环境监测站，江苏 灌南 222500

2.南京大学盐城环保技术与工程研究院，江苏 盐城 224000

水质基准在环境管理和污染控制中起着至关重要的作用，在国外发达国家已有自己较完善的水质基准推导体系[1-4]。我国也已建立了自己的水质标准体系，但我国的水质标准主要是参照或照搬国外发达国家的基准或标准建立的，并不能完全适合我国的水质特征、经济发展特征及水生生物区系特征[5-6]。因此，研究适合我国水生生物区系特征的水质基准迫在眉睫[6-7]。

硝基苯酚化合物是合成有机磷农药、偶氮染料和医药产品的重要中间体[8]。因其广泛的应用，可以通过工业废水排放、农药降解等多种途径进入水环境中。其中，对硝基酚(p-nitrophenol, CAS 100-02-7)是硝基苯酚中应用较广和毒性较强的一种典型污染物，具有基因毒性和致癌作用[9]，是我国68种优先控制污染物之一[10]，也是EPA 129种重点控制的污染物之一[11]。研究发现，淮河江苏段对硝基酚的检出率为100％，平均质量浓度为5.05 μg/L[12]；钱塘江中对硝基酚最大检出质量浓度为4.550 μg/L[13]；辽河流域浑河沈阳段地表水中质量浓度为8.929 μg/L，是我国重点控制有机污染物之一[14]。

目前，对硝基酚的毒性效应已有较为深入的研究，但我国淡水水生生物的对硝基酚基准研究还未见报道。因此，该研究选取我国淡水水体的代表物种，应用国际上普遍采用的物种敏感度分布曲线法对我国淡水水生生物对硝基酚基准进行研究，以期为我国水环境管理和水质标准的制定提供科学依据。

1　实验部分

1.1数据收集和筛选

对硝基酚的毒性数据主要来源于EPA ECOTOX水生生物毒性数据库和CNKI系列数据库，包括藻类、软体动物、甲壳动物、鱼类等不同营养级的生物。数据的筛选主要参照美国水质推导指南中的原则[4]：有生态分布或广泛养殖；明确的测试终点、测试时间；急性毒性终点为LC50或EC50，慢性终点为无观察效应浓度(NOEC)；对于同一个物种有多个毒性值可用时使用几何平均值。对于收集到的毒性数据(表1、表2)，分别用Shapiro-Wilk和Kolmogorov-Smirnov 2种方法对其进行正态性检验，若原始数据不符合正态分布，则对其进行转换，使其符合正态分布。

表1　对硝基酚对淡水水生生物的急性毒性

表2　对硝基酚对淡水水生生物的慢性毒性

1.2水质基准推导过程

物种敏感度分布曲线法是假设所获得的毒性数据从整个生态系统中随机选取，并符合某个概率分布[35]。现在采用的数学概率方法很多，该文采用3种常用的方法进行推导，包括对数正态分布(Log-normal)、逻辑斯蒂分布(log-logistic)和三参数Burr分布(Burr type Ⅲ)[1,3,36-37]。

参照美国及加拿大的水质基准[2, 4]，基准包括基准最大浓度(或短期基准)和基准连续浓度(或长期基准)：基准最大浓度是根据水生生物的急性毒性推导而来，通过物种敏感度曲线分布法求得保护95％水生生物的浓度值(即HC5)，然后除以一个评估因子得到；基准连续浓度则是根据水生生物的慢性毒性数据推导而来，当数据较少时，则采用急慢性比值进行推导。

1.3数据统计与分析

所有的数据统计，包括正态性检验和物种敏感性分布曲线的拟合均采用R语言统计软件(http://www.r-project.org/)进行。

2　结果与讨论

2.1对硝基酚的生态毒性

对硝基酚对水生生物的毒性数据见表1和表2。对硝基酚对淡水水生生物的急性毒性包括15个属18个物种的33个数据，满足美国三门八科的最低数据要求[4]。毒性范围为695.6～1 112 000.0 μg/L，几何平均值为7 250.3 μg/L，对数转换后符合正态分布。其中最敏感的生物为藻类(Chlorococcumsp.,Nitzschiapalea,Scenedesmusquadricauda)的生长抑制效应，急性毒性值为695.6 μg/L，最不敏感的物种是鱼类中的大鳞副泥鳅(Paramisgurnusdabryanus)的致死效应，急性值为1 112 000.0 μg/L。它们之间相差约1 500倍，可见不同物种对对硝基酚的敏感性相差较大。由于慢性数据的实验周期较长、耗资较大、操作困难等原因，对硝基酚对淡水水生生物的慢性毒性数据非常有限，其对大型溞(Daphniamagna)和虹鳟鱼(Oncorhynchusmykiss)的NOEC分别为1 300.0 μg/L和804.9 μg/L。

2.2水质基准推导结果

应用物种敏感度分布曲线方法(3种数学概率模型)对急性毒性数据进行拟合，见图1。由图1可以看出，Log-normal、log-logistic和Burr type Ⅲ 3种模型均能对毒性数据进行较好的拟合，推导得出的HC5分别为189.7、254.9、536.2 μg/L，为进一步减少单个方法可能带来的误差，3种方法推导结果的平均值作为最终的结果[38]，即326.9 μg/L，由此除以因子2[3-4]得出基准最大浓度为163.5 μg/L。

图1　不同模型的对硝基酚急性物种敏感度分布曲线

由于慢性毒性数据较少，无法满足物种敏感度曲线分布法的数据要求，因此采用急慢性比值(ACR)进行转化。其中对硝基酚对大型溞(Daphniamagna)和虹鳟鱼(Oncorhynchusmykiss)的急慢性比值分别为6.7和11.8。根据美国推导方法[4]，要求至少包括3种物种，故该文中采用经验因子10[39]作为第3种物种的急慢性比值估计值，最终急慢性比值(FACR)采用3种物种的几何平均值9.1。因此根据急性毒性的结果HC5除以FACR得到基准连续浓度为36.0 μg/L。

从推导结果来看，地表水河流中的检测浓度值均低于该基准值[12-14]，说明就现阶段的污染状况而言，对硝基酚对水生生物的潜在风险较小，一般不会对中国水生生态系统造成危害。

2.3基准推导结果的不确定性分析

化合物的生物毒性一般受暴露水体的水质化学因子(如温度、硬度和pH等)影响。研究表明，水体pH和温度对对硝基酚的毒性有一定影响，一般随着pH的升高，毒性有所降低[22,40]。但目前研究还非常有限，得不出毒性关于pH或温度的定量关系。因此，该文在基准推导过程中没有考虑，在今后的研究中需要进一步加强和完善。同时，我们所采用的经验ACR因子10以及后面基准连续浓度的推导都有一定的不确定性，基准值应根据研究的不断发展而不断更新和完善。此外，该文所推导的基准值是基于实验室下的实验值，实验所用的水质和实际环境存在一定的差别，基准值转化为实际管理应用的标准还有待于进一步研究。

3　结论

分析了我国淡水水生生物对硝基酚的33个急性毒性数据和大型溞(Daphniamagna)与虹鳟鱼(Oncorhynchusmykiss)的NOEC数据，研究了淡水水生生物的对硝基酚毒性效应。应用物种敏感度分布曲线方法，推导出中国淡水水生生物的基准最大浓度和基准连续浓度分别为163.5 μg/L和36.0 μg/L，目前地表水中对硝基酚的浓度尚不足以引起水生生态系统的潜在风险。研究结果可以为我国对硝基酚的水质基准的制定和环境管理提供一定的参考价值。

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