鐘文玨，張瑜，韓雨薇，祝凌燕

天津城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教育部環(huán)境污染過(guò)程與基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津300071

沉積物中五氯酚對(duì)底棲生物的急慢性毒性效應(yīng)

鐘文玨，張瑜，韓雨薇，祝凌燕*

天津城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教育部環(huán)境污染過(guò)程與基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津300071

以淡水底棲動(dòng)物花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓為研究對(duì)象，研究了沉積物中五氯酚對(duì)底棲生物的急慢性毒性效應(yīng)。五氯酚對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)96 h及10 d的半數(shù)致死濃度(LC50)分別為20.6 mg·kg-1和12.5 mg·kg-1，28 d羽化半數(shù)抑制濃度(EC50)為0.79 mg·kg-1。沉積物中五氯酚對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的羽化具有延滯作用，而且對(duì)雌性搖蚊羽化的延滯作用大于雄性，最終導(dǎo)致羽化搖蚊的性別失衡。淡水單孔蚓對(duì)五氯酚的耐受力較搖蚊幼蟲(chóng)強(qiáng)。五氯酚對(duì)淡水單孔蚓的96 h及14 d的LC50分別為37.6 mg·kg-1和20.2 mg·kg-1，對(duì)淡水單孔蚓21 d生長(zhǎng)抑制的EC50為1.39 mg·kg-1。研究結(jié)果對(duì)推導(dǎo)五氯酚沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)和進(jìn)行沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

五氯酚；底棲生物；急性毒性；慢性毒性；沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)

五氯酚(pentachlorophenol, PCP)被公認(rèn)為環(huán)境中重要的持久性有機(jī)污染物。2001年5月23日的斯德哥爾摩公約上，PCP被列為首批優(yōu)先控制持久性有機(jī)污染物之一[1]。許多國(guó)家早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)禁止了PCP的生產(chǎn)和使用，但是在我國(guó)，PCP曾被廣泛應(yīng)用于滅釘螺、防腐、殺菌消毒等，長(zhǎng)江中下游多個(gè)省市地區(qū)持續(xù)使用PCP數(shù)十年之久[2]。雖然我國(guó)也已于2001年禁止投資生產(chǎn)PCP，但是由于其降解緩慢，在水體環(huán)境中仍然廣泛存在。Gao等[3]研究發(fā)現(xiàn)PCP在我國(guó)水體中普遍存在，并且長(zhǎng)江流域地表水中PCP的含量遠(yuǎn)高于其他流域，最高濃度可達(dá)到594 ng·L-1。PCP具有較高的辛醇/水分配系數(shù)(logKow=5.04)，進(jìn)入水體后極易吸附到沉積物中并長(zhǎng)期存在。國(guó)內(nèi)外水體沉積物中均有PCP檢出。例如，巴西圣保羅沿海平原地區(qū)沉積物中PCP的濃度范圍為21～135 μg·kg-1[4]。德國(guó)和荷蘭內(nèi)陸河流沉積物中PCP的濃度分別為11.25～29 μg·kg-1和4.48 μg·kg-1[5]。與國(guó)外沉積物中PCP殘留量相比，我國(guó)水體沉積物中PCP殘留量相對(duì)較高，有些區(qū)域的殘留量已超過(guò)國(guó)外水平的上千倍。例如，海河流域沉積物中PCP含量最高達(dá)到13.7 mg·kg-1[6]，而洞庭湖流域沉積物中PCP的含量高達(dá)48.3 mg·kg-1[7]。PCP在生物體內(nèi)很難降解代謝，底棲生物長(zhǎng)期暴露于含有PCP的沉積物當(dāng)中，很容易產(chǎn)生生物富集。蓄積于沉積物中的PCP可能對(duì)底棲生物造成危害，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體健康產(chǎn)生較大的危害。應(yīng)該重視水體沉積物中殘留的PCP可能引起的環(huán)境問(wèn)題。目前關(guān)于PCP毒性的研究多集中在上覆水水中PCP對(duì)水生生物毒性方面，例如，Zha等[8]研究發(fā)現(xiàn)，PCP影響青鳉體內(nèi)的雌激素受體活性、芳烴受體活性和繁殖行為，在200 μg·L-1以下濃度暴露2周后雌魚(yú)的產(chǎn)卵量明顯降低。然而關(guān)于沉積物中PCP對(duì)底棲生物的危害研究非常少，即使有一些關(guān)于底棲生物的研究，也都是針對(duì)水中PCP進(jìn)行的，而不是考慮沉積物的直接暴露。例如，潘建林等[9]研究了PCP對(duì)克氏原螯蝦的毒性，結(jié)果顯示，PCP對(duì)小蝦的24 h和48 h的半數(shù)致死濃度(LC50)分別為80 mg·L-1和67.5 mg·L-1，對(duì)大蝦的24 h和48 h的LC50分別為750 mg·L-1和500 mg·L-1。金小偉等[10]研究了PCP對(duì)河蜆的急性毒性，獲得PCP對(duì)河蜆的24 h、48 h、72 h和96 h的LC50分別為0.98、0.52、0.23、0.23 mg·L-1。因此，本文主要針對(duì)沉積物中PCP對(duì)淡水底棲生物急慢性毒性開(kāi)展研究，為淡水沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)制定和進(jìn)行沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有重要意義。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 沉積物

本研究采用Pasteris等[11]推薦的方法，采集天津周邊地區(qū)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)相對(duì)潔凈的沉積物進(jìn)行加標(biāo)染毒。沉積物經(jīng)自然風(fēng)干后，過(guò)40目篩去除粗顆粒，室溫保存。潔凈沉積物中未檢出PCP，其他理化性質(zhì)如下：pH值為7.67；有機(jī)質(zhì)含量為4.11%；陽(yáng)離子交換量為38.47 cmol(+)·kg-1；含水率為1.03%；機(jī)械組成為64%的粉砂、12%的沙子和24%的黏土。

1.2 試劑

PCP試劑(98%純度)，購(gòu)自美國(guó)ALDRTCH公司。甲醇、正己烷、乙腈、丙酮、二氯甲烷均為色譜純級(jí)別，并購(gòu)自天津市康科德科技有限公司。

1.3 受試生物

花翅羽搖蚊(Chironomus kiiensis)幼蟲(chóng)，屬于搖蚊科、雙翅目長(zhǎng)角亞目(Diptera: Nematocera)。搖蚊科的幼蟲(chóng)生物量約占底棲生物量的70%～80%，是種類(lèi)多、分布廣、生物量大的淡水底棲動(dòng)物類(lèi)群之一[12]。同時(shí)搖蚊幼蟲(chóng)也是美國(guó)環(huán)保局(US EPA)和歐盟推薦的生物毒性測(cè)試物種[13]。淡水單孔蚓(Monopylephorus limosus)，屬單孔蚓屬，顫蚓科，是淡水底棲動(dòng)物常見(jiàn)物種，在我國(guó)廣泛分布于陜西、江蘇、浙江、江西、湖北等省及長(zhǎng)江流域[14]，對(duì)沉積物污染具有良好的指示作用。因此本文選取花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓為受試生物。

1.4 沉積物染毒

將溶于甲醇的PCP儲(chǔ)備液加到少許潔凈沉積物中，機(jī)械混勻10 min，然后將染毒沉積物放置在黑暗處揮發(fā)48 h。將剩余沉積物分多次逐步加入到染毒的沉積物中混勻，重復(fù)此過(guò)程直至所有的沉積物都混勻，沉積物總量為50 g干重?；靹蚝蠹尤?00 mL曝氣水?dāng)嚢?，室溫下避光平?4 d，使泥水達(dá)到平衡。平衡后，測(cè)定沉積物中PCP的實(shí)際濃度(方法回收率為85%～90%)。PCP對(duì)底棲生物急性、亞慢性和慢性毒性的實(shí)際染毒濃度如表1所示。每組實(shí)驗(yàn)的每個(gè)濃度均設(shè)置5個(gè)平行，同時(shí)設(shè)置試劑空白組(沉積物中加入與儲(chǔ)備液體積相同的甲醇溶劑及等量曝氣水)和空白對(duì)照組(沉積物中只加入等量曝氣水)。

1.5 花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)毒性實(shí)驗(yàn)

花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)取自沈陽(yáng)化工研究院安全評(píng)價(jià)中心。馴養(yǎng)條件如下：花翅搖蚊培養(yǎng)在23 cm×43 cm×20 cm帶有紗網(wǎng)罩的玻璃缸中，密度為3 000～5 000只/缸，培養(yǎng)液為48 h曝氣除氯處理的自來(lái)水，培養(yǎng)液pH (7.5±0.3)，溶解氧>6 mg·L-1，電導(dǎo)率900～1 100 μS·cm-1，水溫控制在(23±1)℃，光暗比時(shí)間控制為16 h∶8 h，每隔3天喂食1～2 g魚(yú)食，每天測(cè)試培養(yǎng)液水質(zhì)情況，水質(zhì)情況異常時(shí)及時(shí)更換培養(yǎng)液。實(shí)驗(yàn)用搖蚊幼蟲(chóng)，選用卵孵化后10 d左右、體長(zhǎng)約為0.5 cm的二齡搖蚊幼蟲(chóng)進(jìn)行暴露實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中保證溫度、pH、上覆水硬度等參數(shù)以及喂食次數(shù)與馴養(yǎng)期間環(huán)境條件一致，試劑空白與空白對(duì)照組的平均存活率均大于80%。

根據(jù)US EPA的底棲生物標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法[15-16]，進(jìn)行96 h、10 d及28 d搖蚊幼蟲(chóng)毒性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中保證溫度、pH、上覆水硬度等參數(shù)以及喂食次數(shù)與馴養(yǎng)期間環(huán)境條件一致，試劑空白組與空白對(duì)照組的平均存活率均大于80%。對(duì)于96 h和10 d實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)期間每天觀(guān)察記錄幼蟲(chóng)行為及形態(tài)變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后過(guò)篩，記錄存活數(shù)、個(gè)體體重及羽化個(gè)體，失蹤個(gè)體計(jì)為死亡數(shù)。對(duì)于28 d實(shí)驗(yàn)，一周后將燒杯口用紗布罩住，每天定期觀(guān)察，記錄搖蚊幼蟲(chóng)活動(dòng)行為、死亡和羽化情況，死亡搖蚊個(gè)體算作未羽化個(gè)體。當(dāng)有羽化蚊子出現(xiàn)時(shí)，將蚊子移出并分辨其性別。28 d實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，記錄存活幼蟲(chóng)數(shù)量，并計(jì)算其存活率、羽化率、20%羽化時(shí)間(EMt20)和50%羽化時(shí)間(EMt50)。

1.6 淡水單孔蚓毒性實(shí)驗(yàn)

淡水單孔蚓為本課題組從下水管道中自行提取，并長(zhǎng)期馴養(yǎng)。淡水單孔蚓馴養(yǎng)條件如下：淡水單孔蚓培養(yǎng)在無(wú)菌的衛(wèi)生脫脂棉為基質(zhì)的曝氣水中，培養(yǎng)液的pH為6.80～7.30，溶解氧>4 mg·L-1，總硬度為10～250 mg·L-1(以CaCO3計(jì))，電導(dǎo)率900～1 100 μS·cm-1，水溫控制在(23.0±1.0) ℃，采用16 h：8 h自然光照，每周喂食2～4 g玉米面。實(shí)驗(yàn)用淡水單孔蚓，選用5 cm左右、健康敏捷且大小一致的淡水單孔蚓進(jìn)行暴露實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中保證溫度、pH、上覆水硬度等參數(shù)以及喂食次數(shù)與馴養(yǎng)期間環(huán)境條件一致，試劑空白與空白對(duì)照組的平均存活率均大于80%。

對(duì)淡水單孔蚓分別進(jìn)行96 h、14 d和21 d毒性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將沉積物過(guò)篩，記錄淡水單孔蚓死亡率和生長(zhǎng)抑制情況。

1.7 PCP的分析檢測(cè)

沉積物樣品冷凍干燥24 h后，取1 g于50 mL離心管中，加入20 mL正己烷，將離心管在搖床上振蕩30 min，超聲萃取1 h，然后以10 000 r·min-1轉(zhuǎn)速下高速離心20 min，取10 mL上清液氮吹，用乙腈復(fù)溶，待測(cè)。

樣品分析在配置有紫外檢測(cè)器的高效液相色譜儀(HPLC 1206，安捷倫)上進(jìn)行，色譜柱為C-18柱。流動(dòng)相：11 mmol·L-1H3PO4(30%)和乙腈(70%)，檢測(cè)波長(zhǎng)219 nm，流速1 mL·min-1，進(jìn)樣量50 μL。外標(biāo)法進(jìn)行定量分析。

1.8 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果半數(shù)致死濃度(LC50)及半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)均采用SPSS19統(tǒng)計(jì)軟件的概率回歸法計(jì)算得出，運(yùn)用SigmaPlot軟件及Origin軟件作圖。

2 結(jié)果與討論(Results and discussion)

2.1 PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的毒性效應(yīng)

2.1.1 PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的急性和亞慢性毒性效應(yīng)

在96 h急性毒性實(shí)驗(yàn)中，搖蚊幼蟲(chóng)死亡率隨暴露濃度的增加而增加，并呈現(xiàn)較好的相關(guān)性(圖1A，

表1 沉積物中五氯酚(PCP)的實(shí)際加標(biāo)濃度(mg·kg-1干重)

R2=0.94)。當(dāng)PCP暴露濃度從12 mg·kg-1上升到60 mg·kg-1時(shí)，花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的死亡率從20%上升到100%。觀(guān)察發(fā)現(xiàn)：高濃度PCP使沉積物中搖蚊幼蟲(chóng)產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，身軀呈“C”字型棲息在水體-沉積物界面處，并且不停的翻動(dòng)，顯示出對(duì)生存環(huán)境的極大抗拒。48 h后沉積物表面開(kāi)始出現(xiàn)僵硬的對(duì)機(jī)械刺激毫無(wú)反應(yīng)的搖蚊幼蟲(chóng)軀體，死亡的搖蚊個(gè)體一般會(huì)在死亡48 h內(nèi)發(fā)生解體自溶現(xiàn)象。未解體死亡個(gè)體的軀體由紅慢慢變白，體表未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)損傷。 在10 d亞慢性毒性實(shí)驗(yàn)中，搖蚊幼蟲(chóng)的死亡率與PCP濃度同樣呈現(xiàn)良好的正相關(guān)性(圖1B，R2=0.96)。當(dāng)搖蚊幼蟲(chóng)暴露于較高濃度組(28 mg·kg-1)時(shí)，

圖1 PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)96 h和10 d毒性實(shí)驗(yàn)果注：A圖為96 h毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中搖蚊幼蟲(chóng)死亡率隨PCP濃度變化的相關(guān)系數(shù)為R2=0.94；B圖為10 d毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中搖蚊幼蟲(chóng)死亡率隨PCP濃度變化的相關(guān)系數(shù)為R2=0.96。Fig. 1 The toxic effect of PCP to Chironomus kiiensis in 96 h-test and 10 d-testNote: A is the results for 96 h-test. Correlation coefficient between the concentration of PCP and mortality rate of Chironomus kiiensis is R2=0.94. B is the results for 10 d-test. Correlation coefficient between the concentration of PCP and mortality rate of Chironomus kiiensis is R2=0.96.

在第3天便出現(xiàn)毒性反應(yīng)，鉆出沉積物表面并且不停扭動(dòng)身體；第6天開(kāi)始在沉積物表層發(fā)現(xiàn)死亡搖蚊幼蟲(chóng)個(gè)體。當(dāng)搖蚊幼蟲(chóng)暴露于低濃度組(5 mg·kg-1)時(shí)，第8天才開(kāi)始呈現(xiàn)死亡現(xiàn)象。

用概率回歸法計(jì)算PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的96 h和10 d的LC50及95%置信區(qū)間如表2所示。

2.1.2 PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的慢性毒性效應(yīng)

羽化時(shí)間是搖蚊幼蟲(chóng)生命周期實(shí)驗(yàn)中常用的指示終點(diǎn)[17-20]，通常羽化時(shí)間比生長(zhǎng)終點(diǎn)要敏感[21]，這可能是由于羽化涉及3個(gè)齡期和復(fù)雜的羽化過(guò)程。因此，在28 d暴露實(shí)驗(yàn)中，除了存活率之外，還對(duì)羽化率和羽化時(shí)間等進(jìn)行了觀(guān)測(cè)。對(duì)照空白及試劑空白組中搖蚊均在15 d內(nèi)達(dá)到100%羽化，說(shuō)明背景污染及溶劑效應(yīng)對(duì)花翅搖蚊的羽化率無(wú)顯著性影響，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合毒性實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。28 d暴露實(shí)驗(yàn)中的花翅搖蚊幼蟲(chóng)的存活率、羽化率、50%羽化時(shí)間和20%羽化時(shí)間的結(jié)果如表3所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)花翅羽搖蚊的羽化率隨著沉積物中PCP濃度的增加顯著降低(R2=0.75)。根據(jù)存活率和羽化率結(jié)果，利用概率回歸法獲得PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的28 d-LC20和羽化抑制EC50如表4所示。

表2 PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的96 h-LC50和10 d-LC50及其95%置信區(qū)間(mg·kg-1)

表3 28 d實(shí)驗(yàn)中PCP對(duì)搖蚊存活率和羽化時(shí)間的影響

注：數(shù)據(jù)=平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差；0 mg·kg-1代表試劑空白對(duì)照組；*代表暴露過(guò)程中羽化個(gè)體未達(dá)50%或20%；EMt50和EMt20分別表示50%羽化時(shí)間和20%羽化時(shí)間。Note: Data=mean±standard deviation; 0 mg·kg-1represent blank control; * represent emergence ratio did not reach 50% or 20%; EMt50and EMt20represent 50% emergence time and 20% emergence time.

表4 28 d慢性毒性實(shí)驗(yàn)中PCP對(duì)搖蚊的LC20、羽化抑制的EC50值及95%置信區(qū)間(mg·kg-1)

除羽化率之外，本研究還對(duì)不同濃度PCP對(duì)搖蚊羽化時(shí)間的影響進(jìn)行了觀(guān)察。EMt20和EMt50分別指20%和50%的花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)羽化的時(shí)間。試劑空白組、0.5 mg·kg-1和1 mg·kg-1濃度組搖蚊幼蟲(chóng)的EMt50分別為15 d、21 d和24 d；試劑空白組、0.5 mg·kg-1、1 mg·kg-1和1.5 mg·kg-1濃度組搖蚊的EMt20分別為11 d、17 d、19 d和25 d。由此可見(jiàn)，PCP在一定程度上抑制了搖蚊幼蟲(chóng)的羽化，使羽化時(shí)間有了不同程度的延滯。這一結(jié)果與之前一些關(guān)于其他污染物對(duì)搖蚊幼蟲(chóng)的慢性毒性研究相一致。有研究表明重金屬(Pb、Cd)、多環(huán)芳烴、林丹、毒死蜱和氯氰菊酯等都可導(dǎo)致?lián)u蚊幼蟲(chóng)羽化時(shí)間延遲[17,20,22,23]。但是值得注意的一點(diǎn)是，根據(jù)Ristola等[21]的研究，當(dāng)搖蚊幼蟲(chóng)暴露于較高濃度的、與PCP具有相似結(jié)構(gòu)且同樣具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的2,4,5-三氯酚時(shí)，卻會(huì)加速搖蚊羽化，使平均羽化時(shí)間縮短。影響搖蚊幼蟲(chóng)羽化時(shí)間的因素很多，除不同的污染物通過(guò)促進(jìn)或者抑制搖蚊幼蟲(chóng)體內(nèi)的激素分泌影響搖蚊幼蟲(chóng)的羽化時(shí)間之外，不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量、不同的飼料、不同的攝食習(xí)慣、不同的外部環(huán)境都可影響搖蚊幼蟲(chóng)的羽化時(shí)間[21,24-25]。因此，還需要進(jìn)一步深入的研究。

在記錄羽化時(shí)間和羽化率的同時(shí)，還記錄了PCP對(duì)羽化花翅羽搖蚊性別比的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)照組及低濃度組(0.5 mg·kg-1)羽化的搖蚊個(gè)體的性別比例幾乎為1∶1，而當(dāng)PCP濃度達(dá)到1 mg·kg-1時(shí)，雌雄性別比例為1∶1.5；PCP濃度為1.5 mg·kg-1時(shí)，雌雄性比為1∶2；當(dāng)PCP濃度增至2.1 mg·kg-1時(shí)，羽化的搖蚊幼蟲(chóng)均為雄性個(gè)體。也就是說(shuō)PCP對(duì)雌性搖蚊的羽化抑制作用要顯著大于雄性搖蚊，同時(shí)這種延滯作用隨著PCP濃度的增加而增強(qiáng)。之前也有一些關(guān)于污染物對(duì)羽化搖蚊性別比影響的研究，但是結(jié)果各不相同。比如，Lee等[26]曾研究了八氯苯乙烯對(duì)搖蚊幼蟲(chóng)(Chironomus tentans)羽化性別比的影響，發(fā)現(xiàn)八氯苯乙烯使得羽化搖蚊雄性數(shù)量明顯減少。而Watts等[27]發(fā)現(xiàn)17α-乙炔雌二醇對(duì)羽化搖蚊的性別比有嚴(yán)重影響，但是其影響沒(méi)有規(guī)律可循。由此可見(jiàn)，污染物對(duì)羽化搖蚊性別比影響的機(jī)制還需要更深入探討。

2.2 PCP對(duì)淡水單孔蚓的毒性效應(yīng)

2.2.1 PCP對(duì)淡水單孔蚓的急性和亞慢性毒性效應(yīng) 圖2顯示了96 h急性毒性實(shí)驗(yàn)和14 d亞慢性毒性實(shí)驗(yàn)中淡水單孔蚓的死亡率與PCP濃度的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，淡水單孔蚓的死亡率與PCP的濃度具有良好的相關(guān)性。其中96 h急性毒性實(shí)驗(yàn)和14 d亞慢性毒性實(shí)驗(yàn)中，淡水單孔蚓死亡率與PCP濃度的相關(guān)系數(shù)分別為R2=0.99(圖2A)和R2=0.94(圖2B)。比較圖2A和圖2B發(fā)現(xiàn)，淡水單孔蚓暴露于26 mg·kg-1和42 mg·kg-1的PCP中96 h死亡率分別為10%和60%；而暴露于24 mg·kg-1和40 mg·kg-1PCP中14 d死亡率就高達(dá)50%和90%。由此可以看出隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，PCP對(duì)淡水單孔蚓的毒性效應(yīng)是顯著增加的。PCP對(duì)淡水單孔蚓的96 h及14 d的LC50及95%置信區(qū)間如表5所示。

圖2 PCP對(duì)淡水單孔蚓的96 h和14 d毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果注：A圖為96 h毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中淡水單孔蚓死亡率隨PCP濃度變化的相關(guān)系數(shù)為R2=0.99；B圖為14 d毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中淡水單孔蚓死亡率隨PCP濃度變化的相關(guān)系數(shù)為R2=0.94。Fig. 1 The toxic effect of PCP to Monopylephorus limosus in 96 h-test and 14 d-testNote: A is the results for 96 h-test. Correlation coefficient between the concentration of PCP and mortality rate of Monopylephorus limosus is R2=0.99. B is the results for 14 d-test. Correlation coefficient between the concentration of PCP and mortality rate of Monopylephorus limosus is R2=0.94.

2.2.2 PCP對(duì)淡水單孔蚓的慢性毒性效應(yīng)

本研究在淡水單孔蚓慢性毒性實(shí)驗(yàn)中記錄了暴露21 d后淡水單孔蚓的存活情況及生長(zhǎng)受抑制情況(表6)，生長(zhǎng)抑制率的計(jì)算方法如公式(1)所示。

生長(zhǎng)抑制率%=(空白組體重增長(zhǎng)-實(shí)驗(yàn)組體重增長(zhǎng))/空白組體重增長(zhǎng)×100%

(1)

表6 21 d實(shí)驗(yàn)中PCP對(duì)淡水單孔蚓的存活及生長(zhǎng)抑制情況

暴露21 d后，當(dāng)PCP暴露濃度小于1.1 mg·kg-1時(shí)，淡水單孔蚓幾乎全部存活；即使PCP濃度達(dá)到2.5 mg·kg-1時(shí)也只造成淡水單孔蚓10%左右的死亡率。

從表6可以看出雖然PCP對(duì)淡水單孔蚓的致死毒性效應(yīng)較弱，但卻可以不同程度地影響其生長(zhǎng)發(fā)育，而且隨著暴露濃度的增加，PCP對(duì)淡水單孔蚓的生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象較為明顯。當(dāng)PCP濃度達(dá)到2.5 mg·kg-1時(shí)，對(duì)淡水單孔蚓的生長(zhǎng)抑制率可高達(dá)90%。21 d暴露實(shí)驗(yàn)中PCP對(duì)淡水單孔蚓生長(zhǎng)抑制效應(yīng)的EC50為1.39 mg·kg-1。

2.3 沉積物中PCP的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)估

表7列出了我國(guó)多個(gè)地區(qū)沉積物中PCP的含量，濃度范圍在0.00042～48.3 mg·kg-1之間，其中污染最嚴(yán)重的區(qū)域是洞庭湖，該區(qū)域PCP的最高含量可達(dá)其他區(qū)域的上千倍。這可能是洞庭湖曾長(zhǎng)期大量使用五氯酚鈉消滅血吸蟲(chóng)中間宿主釘螺造成的[7]。將表7中各區(qū)域沉積物中PCP含量與本研究獲得毒性數(shù)據(jù)相比發(fā)現(xiàn)，洞庭湖污染較嚴(yán)重樣本中PCP含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓的96 h-LC50值，說(shuō)明這些地區(qū)的PCP污染已經(jīng)可對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓產(chǎn)生很強(qiáng)的急性毒性效應(yīng)，可能對(duì)該區(qū)域的底棲生態(tài)環(huán)境造成較嚴(yán)重的破壞。對(duì)于海河流域，雖然大部分地區(qū)沉積物中的PCP含量不足以對(duì)搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓造成很強(qiáng)的急性毒性，但是也有個(gè)別樣點(diǎn)的PCP含量超出了花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的10 d-LC50值，對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)產(chǎn)生了較強(qiáng)的亞慢性致死效應(yīng)。其他調(diào)查區(qū)域沉積物中PCP的含量均沒(méi)有超過(guò)本研究推算出的急慢性毒性效應(yīng)閾值，說(shuō)明這些區(qū)域沉積物中的PCP對(duì)于花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓2種底棲生物暫時(shí)是安全的。但是由于沉積物中PCP難以降解，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，因此這些區(qū)域沉積物中的PCP污染同樣不容忽視。

表7 我國(guó)各地區(qū)沉積物中PCP含量(mg·kg-1)

本文以淡水底棲生物花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓為研究對(duì)象，研究了沉積物中PCP對(duì)底棲生物的急慢性毒性效應(yīng)，分別計(jì)算了PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的96 h和10 d的LC50、28 d羽化抑制效應(yīng)的EC50，以及PCP對(duì)淡水單孔蚓的96 h和10 d的LC50、21 d生長(zhǎng)抑制效應(yīng)的EC50。比較PCP對(duì)2種生物的毒性發(fā)現(xiàn)，淡水單孔蚓對(duì)PCP的耐受力較搖蚊幼蟲(chóng)強(qiáng)。PCP對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)的羽化具有延滯作用，而且對(duì)雌性搖蚊羽化時(shí)間的延滯作用大于雄性個(gè)體，導(dǎo)致羽化后性別失衡，最終可能導(dǎo)致種群的減少。對(duì)我國(guó)各區(qū)域沉積物中PCP進(jìn)行初步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)現(xiàn)，洞庭湖區(qū)域沉積物中的PCP含量可對(duì)花翅羽搖蚊幼蟲(chóng)和淡水單孔蚓造成較強(qiáng)的急性毒性效應(yīng)，嚴(yán)重影響了底棲生物的生存環(huán)境，。本文研究結(jié)果為推導(dǎo)PCP沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)和進(jìn)行沉積物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)，為全面保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。

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◆

Acute and Chronic Toxic Effects of Pentachlorophenol on the Benthic Organisms in Sediments

Zhong Wenjue, Zhang Yu, Han Yuwei, Zhu lingyan*

Tianjin Key Laboratory of Remediation & Pollution Control for Urban Ecological Environment, Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria of Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China

27 May 2014 accepted 12 August 2014

This study was designed to assess the acute and chronic toxic effects of pentachlorophenol (PCP) on Chironomus kiiensis and Monopylephorus limosus in sediment. For Chironomus kiiensis, the median lethal concentrations (LC50) in 96 h and 10 d tests were 20.6 mg kg-1and 12.5 mg kg-1, and the median effect concentration (EC50) of emergence in 28 d test was 0.79 mg kg-1. PCP could delay the emergence time of Chironomus kiiensis, especially for female. Meanwhile, PCP could affect the sex ratio of the newly born Chironomus kiiensis. Compared with Chironomus kiiensis, PCP displayed lower toxicity to Monopylephorus limosus. The LC50of PCP on Monopylephorus limosus in 96 h and 14 d test were 37.6 mg kg-1and 20.2 mg kg-1, respectively. The EC50of growth inhibition in 21 d test was 1.39 mg kg-1. The results of this study would provide a basis for deriving the sediment quality criteria and assessing ecological risk of PCP.

pentachlorophenol; benthic organisms; acute toxicity; chronic toxicity; sediment criteria

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX07501-003-04)；教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(IRT 13024)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金(新教師類(lèi))(20130031120018)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助

鐘文玨(1979-)，女，博士，研究方向?yàn)樗h(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，E-mail: wenjue07@126.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: zhuly@nankai.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20140528001

2014-05-28 錄用日期：2014-08-12

1673-5897(2015)1-297-08

X171.5

A

祝凌燕(1969—)，女，博士后，南開(kāi)大學(xué)特聘教授，主要研究方向有持久性有機(jī)污染物的環(huán)境污染過(guò)程及生物有效性、新型高效修復(fù)材料制備及水體污染控制效應(yīng)機(jī)理、水體沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)等，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表高水平論文100余篇，其中SCI論文70篇。

鐘文玨, 張瑜, 韓雨薇, 等. 沉積物中五氯酚對(duì)底棲生物的急慢性毒性效應(yīng)[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2015, 10(1): 297-304

Zhong W J, Zhang Y, Han Y W, et al. Acute and chronic toxic effects of pentachlorophenol on the benthic organisms in sediments [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(1): 297-304 (in Chinese)