趙芊淵，侯俊, ，王超，王沛芳，苗令占，呂博文，顧起豪

1. 河海大學(xué) 教育部淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098 2. 河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，南京 210098 3. 華北水利水電大學(xué)，鄭州 450011

應(yīng)用概率物種敏感度分布法研究太湖重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)

趙芊淵1, 2，侯俊1, 2,，王超1, 2，王沛芳1, 2，苗令占1, 2，呂博文1, 2，顧起豪3

1. 河海大學(xué) 教育部淺水湖泊綜合治理與資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098 2. 河海大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，南京 210098 3. 華北水利水電大學(xué)，鄭州 450011

目前廣泛使用的水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)方法—物種敏感度分布法存在曲線擬合模型不確定、曲線擬合效果不佳、種內(nèi)差異欠考慮、基準(zhǔn)值不準(zhǔn)確等諸多問(wèn)題，概率物種敏感度分布法可有效解決上述問(wèn)題。應(yīng)用概率物種敏感度分布法構(gòu)建了太湖水體中5種重金屬Ag、Pb、Cd、Hg和Zn的概率物種敏感度分布曲線，在此基礎(chǔ)上得到了保護(hù)水生生物的急性水質(zhì)基準(zhǔn)分別為1.079 μg·L-1、637.973 μg·L-1、19.465 μg·L-1、8.729 μg·L-1和105.506 μg·L-1，慢性水質(zhì)基準(zhǔn)分別為0.108 μg·L-1、63.797 μg·L-1、1.947 μg·L-1、2.340 μg·L-1和52.753 μg·L-1；不同類群間生物對(duì)重金屬的敏感度存在差異，不同重金屬對(duì)同一類群生物的毒性也存在差異；通過(guò)與國(guó)內(nèi)外已有的重金屬水質(zhì)基準(zhǔn)值比較，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)基準(zhǔn)具有明顯的區(qū)域性，目前基于國(guó)外水質(zhì)基準(zhǔn)或我國(guó)整體水域特點(diǎn)來(lái)制定的太湖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，往往造成對(duì)太湖水生生物欠保護(hù)或過(guò)保護(hù)的狀況。

概率物種敏感度分布；水生生物；水質(zhì)基準(zhǔn)；重金屬；太湖

重金屬污染具有來(lái)源廣、殘毒時(shí)間長(zhǎng)、易蓄積、污染后不易被發(fā)現(xiàn)并且難于恢復(fù)等特性[1-3]。為保護(hù)水體中水生生物，許多國(guó)家和地區(qū)都積極開(kāi)展了重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)的研究，如美國(guó)、加拿大、澳大利亞和新西蘭等[4-8]。我國(guó)水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)研究比較滯后，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要是參照國(guó)外水質(zhì)基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)制定的[9-13]。近年來(lái)，我國(guó)重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)的研究主要針對(duì)國(guó)家尺度水域[14-17]，而對(duì)于區(qū)域尺度水域研究很少。我國(guó)湖泊種類繁多，分布廣泛，不同區(qū)域水生生物種群和數(shù)量不同，關(guān)注的敏感生物不同，水環(huán)境生態(tài)特征和環(huán)境容量等也存在差異。僅制定國(guó)家尺度水質(zhì)基準(zhǔn)，將國(guó)家尺度水質(zhì)基準(zhǔn)直接應(yīng)用于區(qū)域水域，必定無(wú)法對(duì)特定區(qū)域水域的生物提供合理保護(hù)，根據(jù)特定區(qū)域環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征制定區(qū)域尺度水質(zhì)基準(zhǔn)具有必要性[15]。

物種敏感度分布法(species sensitivity distribution, SSD)是國(guó)際上廣泛使用的水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)方法，但該方法也存在諸多問(wèn)題[18-21]：該方法的核心是曲線擬合模型的選擇，但目前對(duì)于模型的選擇還沒(méi)有定論，選擇不同的模型，得到的基準(zhǔn)值不同，甚至存在數(shù)量級(jí)的差異；擬合模型以參數(shù)法為多，受限于統(tǒng)計(jì)知識(shí)，用于擬合的分布形式有限，擬合效果不佳；研究表明物種毒理數(shù)據(jù)存在明顯的種內(nèi)差異(同一物種不同條件下的不同毒性效應(yīng))，而SSD法通常計(jì)算幾何均值，這種處理方式降低了數(shù)據(jù)信息的豐富度，如何處理種內(nèi)差異，目前尚無(wú)定論。針對(duì)傳統(tǒng)物種敏感度分布法的上述不足，Gottschalk和Nowack[22]提出了概率物種敏感度分布法(probabilistic species sensitivity distribution, PSSD)，該方法將確定的毒性值轉(zhuǎn)化為概率信息，基于概率信息處理數(shù)據(jù)，采用概率密度函數(shù)以均等的概率來(lái)考慮種內(nèi)差異，采用非參數(shù)PSSD法擬合毒理數(shù)據(jù)，得到的基準(zhǔn)值能給予生物更全面合理的保護(hù)。PSSD法已逐步成為國(guó)外推導(dǎo)水質(zhì)基準(zhǔn)的新方法，但國(guó)內(nèi)還沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)研究[23]。

太湖是我國(guó)第三大淡水湖，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，近年來(lái)大量生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)直接或間接排入太湖，造成湖區(qū)水體重金屬含量不斷增加，重金屬污染對(duì)太湖水生生物的毒性效應(yīng)引起了人們的廣泛關(guān)注[24-26]。目前已有學(xué)者研究了太湖重金屬水質(zhì)基準(zhǔn)，研究的主要是鎘和銅，其他幾種重金屬基準(zhǔn)還未見(jiàn)報(bào)道，采用的方法主要是毒性百分?jǐn)?shù)排序法和物種敏感度分布法[24,26]。本研究擬采用概率物種敏感度分布法PSSD，選取太湖水體中代表性水生生物，推導(dǎo)太湖水體中5種重金屬(Ag、Pb、Cd、Hg和Zn)的水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)，以期為太湖重金屬污染監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)和防控治理提供參考，也為我國(guó)水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)方法的完善提供參考。

1　研究方法(Methodology)

1.1毒理數(shù)據(jù)獲取及數(shù)據(jù)處理

毒理數(shù)據(jù)主要來(lái)自美國(guó)環(huán)保局ECOTOX數(shù)據(jù)庫(kù)(http://cfpub.epa.gov /ecotox /)和中國(guó)知網(wǎng)(http://www. cnki. net /)收錄的文獻(xiàn)，以及Elsevier、Wiley Online Library、SpringerLink、IWA(International Water Association)等上發(fā)表的文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)收集截止到2013年12月[9-13]。

毒理數(shù)據(jù)篩選原則：盡量選擇太湖物種(江浙地區(qū)以及長(zhǎng)江廣泛分布的物種均可視作太湖物種)；毒性試驗(yàn)方法與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法一致(如經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織或美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)等發(fā)布的毒性試驗(yàn)方法)；水生生物急性毒性試驗(yàn)選擇24～96 h的LC50(半數(shù)致死濃度，50% lethal concentration)或EC50(半數(shù)效應(yīng)濃度，50% effective concentration)，慢性毒性試驗(yàn)選擇LOEC(最低觀察效應(yīng)濃度，lowest observed effect concentration)或NOEC(無(wú)觀察效應(yīng)濃度，no observed effect concentration)[9-13]。

為了從生態(tài)系統(tǒng)不同層次研究，將物種按照以下3種情況分類處理：①不對(duì)物種分類，整體分析不同重金屬對(duì)全部物種的影響；②全部物種分為脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物和植物；③脊椎動(dòng)物分為魚類和兩棲類，無(wú)脊椎動(dòng)物分為甲殼類、昆蟲類和其他無(wú)脊椎動(dòng)物，植物分為藻類和水生植物。經(jīng)過(guò)篩選，獲得5種重金屬(Ag、Pb、Cd、Hg和Zn)符合要求的物種數(shù)分別為：45、27、35、28和32。魚類中較多的是鯉科魚；甲殼類中較多的是溞科；昆蟲類中較多的是搖蚊科；其他無(wú)脊椎動(dòng)物中較多的是臂尾輪蟲科；藻類中較多的是藍(lán)藻、綠藻和硅藻，物種組成符合太湖生態(tài)區(qū)系特征[27-29]。

1.2PSSD曲線擬合

PSSD曲線以毒理數(shù)據(jù)為橫軸，經(jīng)驗(yàn)累積概率為縱軸。首先根據(jù)單個(gè)物種的毒理數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)確定該物種敏感度的概率密度分布形式(如一個(gè)毒性值確定為三角形分布，兩個(gè)毒性值確定為梯形分布)，然后基于蒙特卡羅算法隨機(jī)抽樣得到該物種的敏感度，最后應(yīng)用蒙特卡羅算法由這些單個(gè)物種的敏感度得到所要研究的生態(tài)系統(tǒng)的概率物種敏感度分布。用R語(yǔ)言(R development core team 2008)構(gòu)建模型來(lái)處理數(shù)據(jù)[22-23]。

1.3HC5和水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)

PSSD曲線上累積概率為5%對(duì)應(yīng)的毒性值即為HC5(5%危害濃度，hazardous concentration for 5% of the species)，編寫相應(yīng)的R代碼，由軟件直接輸出HC5。水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)以5%危害濃度表示，數(shù)值上等于HC5。理論上該水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)能保護(hù)95%的水生生物，但是這并不意味著5%的生物會(huì)受到危害。由于生態(tài)系統(tǒng)中多種因素相互作用，重金屬對(duì)水生生物危害小于實(shí)驗(yàn)室條件下的危害，該基準(zhǔn)至少能保護(hù)95%的水生生物。用急性毒性數(shù)據(jù)推導(dǎo)短期危害濃度(short term hazardous concentration, STHC5)，用慢性毒性數(shù)據(jù)推導(dǎo)長(zhǎng)期危害濃度(long term hazardous concentration, LTHC5)[9-13]。

通常情況，慢性毒性數(shù)據(jù)不足以構(gòu)建物種敏感度分布曲線，可以由以下公式計(jì)算長(zhǎng)期危害濃度：

LTHC5=HC5,急性/FACR

式中，F(xiàn)ACR(final acute chronic ratio)為最終急慢性比率，即所獲各物種急慢性比率幾何均值，計(jì)算FACR需獲得至少3個(gè)科的水生生物ACR(急慢性比率，acute chronic ratio)，其中至少有一種是魚類，至少有一種是無(wú)脊椎動(dòng)物，至少有一種是急性敏感淡水物種。由于未獲得相應(yīng)慢性數(shù)據(jù)，取美國(guó)環(huán)保局推薦Hg和Zn的FACR分別為3.731和2，Ag、Pb和Cd的FACR取默認(rèn)值10[4-5]。

2　結(jié)果與討論(Results and discussion)

2.1太湖重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)

采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)對(duì)5種重金屬(Ag、Pb、Cd、Hg和Zn)急性毒性數(shù)據(jù)(對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，得顯著性水平P分別為0.2737、0.1937、0.381、0.8405和0.05898，數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布(P>0.05)。擬合全部物種的PSSD曲線(圖1)，得到5種重金屬的HC5值，具體見(jiàn)表1。計(jì)算相應(yīng)的STHE5分別為1.079 μg·L-1、637.973 μg·L-1、19.465 μg·L-1、8.729 μg·L-1和105.506 μg·L-1。由于沒(méi)有獲得足夠的慢性毒理數(shù)據(jù)，無(wú)法構(gòu)建相應(yīng)的PSSD曲線，因此基于急性數(shù)據(jù)推導(dǎo)慢性水質(zhì)基準(zhǔn)，得到LTHE5分別為0.108 μg·L-1、63.797 μg·L-1、1.947 μg·L-1、2.340 μg·L-1和52.753 μg·L-1。

圖1　5種重金屬的全部物種的PSSD曲線Fig. 1　Probabilistic species sensitivity distribution curves of total species for five heavy metals

筆者分別采用PSSD法和SSD法構(gòu)建了太湖Cu物種敏感度分布曲線，對(duì)相應(yīng)的HC5值進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)PSSD法得到的基準(zhǔn)值更合理準(zhǔn)確[23]。

表1　5種重金屬對(duì)不同類群物種的HC5值(μg·L-1)

2.2不同類群生物對(duì)重金屬的敏感度

圖2擬合了5種重金屬不同類群生物PSSD曲線。由圖2可知，魚類、甲殼類、脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)Ag的敏感度順序?yàn)椋杭讱ゎ?無(wú)脊椎動(dòng)物>魚類>脊椎動(dòng)物；Cd、Hg、Pb和Zn甲殼類物種較少，未擬合甲殼類PSSD曲線，魚類、脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)Cd、Hg、Pb和Zn的敏感度順序均為：無(wú)脊椎動(dòng)物>魚類>脊椎動(dòng)物。觀察表1中5種重金屬的脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物HC5值，發(fā)現(xiàn)Cd的脊椎動(dòng)物HC5略小于無(wú)脊椎動(dòng)物，而Ag的脊椎動(dòng)物HC5值是無(wú)脊椎動(dòng)物的6倍，Hg的脊椎動(dòng)物HC5值是無(wú)脊椎動(dòng)物的7倍多，Pb的脊椎動(dòng)物HC5值是無(wú)脊椎動(dòng)物的1倍多，Zn的脊椎動(dòng)物HC5值是無(wú)脊椎動(dòng)物的100倍多。綜上所述，脊椎動(dòng)物對(duì)重金屬的敏感度小于無(wú)脊椎動(dòng)物。一方面，脊椎動(dòng)物相對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物，所處營(yíng)養(yǎng)等級(jí)更高，生理構(gòu)造更復(fù)雜，體內(nèi)解毒機(jī)制更完善，對(duì)重金屬的耐受性更強(qiáng)；另一方面，脊椎動(dòng)物個(gè)體較無(wú)脊椎動(dòng)物大，能積累更多重金屬離子；此外，無(wú)脊椎動(dòng)物毒性暴露試驗(yàn)大多選用齡期小于24 h的幼體，而早期生命階段對(duì)于化學(xué)物質(zhì)更加敏感，均使得脊椎動(dòng)物敏感度低于無(wú)脊椎動(dòng)物[5,9,16-17]。

圖2　5種重金屬的不同類群物種的PSSD曲線Fig. 2　Probabilistic species sensitivity distribution curves of different taxonomic groups for five heavy metals

圖3　不同物種類別的PSSD曲線Fig. 3　Probabilistic species sensitivity distribution curves for different taxonomic groups

2.3不同重金屬對(duì)相同類群生物毒性

圖3擬合了魚類、脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物PSSD曲線，由圖3(a)和(b)可知Ag、Cd、Hg和Zn對(duì)魚類和脊椎動(dòng)物毒性順序均為：Ag>Hg>Cd>Zn；由圖3(c)和圖1可知Ag、Cd、Hg、Pb和Zn對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物和全部物種毒性順序均為：Ag>Hg>Cd>Zn>Pb。表1橫向比較不同重金屬HC5值，HC5值越大，生物對(duì)該重金屬的敏感度越小，從而可知魚類對(duì)5種重金屬敏感度順序?yàn)椋篈g>Cd>Hg>Zn>Pb；脊椎動(dòng)物對(duì)5種重金屬敏感度順序?yàn)椋篈g>Cd>Hg>Pb>Zn；無(wú)脊椎動(dòng)物和全部物種對(duì)5種重金屬敏感度順序均為：Ag>Hg>Cd>Zn>Pb。由此可知，Ag對(duì)水生生物的危害最大，Hg和Cd次之，Zn和Pb最小。

由PSSD曲線可發(fā)現(xiàn)，重金屬毒性順序在不同濃度范圍內(nèi)存在差異，圖3(a)和(b)中金屬濃度為150～22 000 μg·L-1(對(duì)數(shù)濃度為5～10 μg·L-1)時(shí)，Pb毒性大于Zn，濃度大于22 000 μg·L-1(對(duì)數(shù)濃度10 μg·L-1)時(shí)，Pb毒性小于Zn；同濃度的不同重金屬對(duì)生物的危害程度存在差異，例如重金屬濃度均為150 μg·L-1時(shí)，100%的脊椎動(dòng)物受到Ag的危害，大約60%的脊椎動(dòng)物受到Hg的影響，大約10%的脊椎動(dòng)物受到Cd的影響，脊椎動(dòng)物幾乎未受到Zn和Pb的影響，至少60%的無(wú)脊椎動(dòng)物受到Hg和Ag的影響，至多20%的無(wú)脊椎動(dòng)物受到Zn、Cd和Pb的影響。

2.4國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果比較

將本研究結(jié)果與國(guó)內(nèi)外淡水重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)進(jìn)行比較和分析，具體見(jiàn)表2。目前Ag的水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)研究比較少，美國(guó)淡水水體Ag基準(zhǔn)最大濃度為3.2 μg·L-1[4]，本文得到的太湖Ag急性和慢性基準(zhǔn)分別為1.079 μg·L-1和0.108 μg·L-1，稍小于美國(guó)基準(zhǔn)值。太湖Pb急性基準(zhǔn)為637.973 μg·L-1，慢性基準(zhǔn)為63.797 μg·L-1，美國(guó)淡水水體Pb基準(zhǔn)最大濃度和基準(zhǔn)連續(xù)濃度分別為65 μg·L-1和2.5 μg·L-1[4]，太湖Pb基準(zhǔn)值大約是美國(guó)基準(zhǔn)值的10倍。一方面太湖生物區(qū)系和美國(guó)淡水水域生物區(qū)系存在較大差異，太湖魚類多是溫水魚類，以鯉科魚為主，美國(guó)淡水魚類兼有溫水魚類和冷水魚類，以冷水魚類為多，鮭科魚和鯉科魚為主體，更以鮭科占優(yōu)勢(shì)，太湖和美國(guó)淡水水域共有魚類較少，太湖浮游植物種類和其他各類水生生物相當(dāng)，美國(guó)淡水水域浮游植物種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他類水生生物；另一方面，推導(dǎo)基準(zhǔn)的方法不同，美國(guó)采用的是毒性百分?jǐn)?shù)排序法，本文推導(dǎo)基準(zhǔn)采用的是概率物種敏感度分布法[9-10,13-14]。本文所得到的太湖Zn水質(zhì)基準(zhǔn)高于吳豐昌等[17]對(duì)我國(guó)全國(guó)淡水水體相應(yīng)研究結(jié)果，太湖Ag水質(zhì)基準(zhǔn)高于馬燕等[30]對(duì)我國(guó)全國(guó)淡水水體相應(yīng)研究結(jié)果，太湖生物區(qū)系和我國(guó)整體淡水水域生物區(qū)系也存在差異，太湖物種數(shù)量和物種豐富度均小于我國(guó)整體水域，共有物種占的比例也不同；另外，推導(dǎo)基準(zhǔn)的方法不同，吳豐昌等采用的是傳統(tǒng)的物種敏感度分布法，馬燕等采用的是毒性百分?jǐn)?shù)排序法，本文采用的是概率物種敏感度分布法。Hg的水質(zhì)基準(zhǔn)高于國(guó)內(nèi)外相應(yīng)基準(zhǔn)[4,16,33]，Cd的水質(zhì)基準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)外相應(yīng)基準(zhǔn)也存在一定差異[4,31-33]。除了生物區(qū)系和推導(dǎo)基準(zhǔn)的方法不同外，水質(zhì)和氣候等環(huán)境條件也會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，水質(zhì)條件影響金屬的生物可利用性，如鎘的毒性受硬度影響較大[9-10,13-14]。

目前，太湖水環(huán)境管理執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參考我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB-3838-2002)[34]，該標(biāo)準(zhǔn)中Zn的Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為50 μg·L-1，Ⅱ和Ⅲ類為1 000 μg·L-1，Ⅳ和Ⅴ類為2 000 μg·L-1，Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和本研究所得到的太湖Zn慢性基準(zhǔn)較接近，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均遠(yuǎn)高于太湖水質(zhì)基準(zhǔn)，采用該標(biāo)準(zhǔn)必定對(duì)太湖水生生物造成欠保護(hù)；而將Hg的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到太湖很有可能造成過(guò)保護(hù)。此外，該標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)考慮污染物的長(zhǎng)期和短期危害，因此急需對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂。

綜上所述，可知：

1)應(yīng)用概率物種敏感度分布法得到太湖5種重金屬Ag、Pb、Cd、Hg和Zn的急性水質(zhì)基準(zhǔn)分別為1.079 μg·L-1、637.973 μg·L-1、19.465 μg·L-1、8.729 μg·L-1和105.506 μg·L-1，慢性水質(zhì)基準(zhǔn)分別為0.108 μg·L-1、63.797 μg·L-1、1.947 μg·L-1、2.340 μg·L-1和52.753 μg·L-1。

2)比較了不同類群生物對(duì)重金屬的敏感度，發(fā)現(xiàn)無(wú)脊椎動(dòng)物的敏感度大于脊椎動(dòng)物；不同重金屬對(duì)同一類群生物的毒性存在較大差異，且在不同濃度范圍，毒性大小順序也存在差異。

表2-1　太湖重金屬水質(zhì)基準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)外類似研究結(jié)果比較

表2-2　太湖重金屬水質(zhì)基準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)外類似研究結(jié)果比較

注：AF表示評(píng)價(jià)因子法；TPR表示毒性百分?jǐn)?shù)排序法；STHC5表示短期危害濃度；LTHC5表示長(zhǎng)期危害濃度；CMC表示基準(zhǔn)最大濃度；CCC表示基準(zhǔn)連續(xù)濃度。

Note: AF stands for assessment factor; TPR stands for toxicity percentage rank; STHC5stands for short term hazardous concentration; LTHC5stands for long term hazardous concentration; CMC stands for criteria maximum concentration; CCC stands for criteria continuous concentration.

3)由于不同區(qū)域的生物區(qū)系不同，推導(dǎo)基準(zhǔn)的方法不同，水質(zhì)和氣候等環(huán)境條件不同，本研究所得到的太湖重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果存在差異。由此可見(jiàn)，基于國(guó)外水質(zhì)基準(zhǔn)和我國(guó)整體水域特點(diǎn)制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)對(duì)太湖水生生物造成欠保護(hù)或過(guò)保護(hù)。

通訊作者簡(jiǎn)介：侯俊(1979-)，男，博士，副研究員，主要研究方向水環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)，發(fā)表論文60余篇。

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◆

Deriving Aquatic Water Quality Criteria for Heavy Metals in Taihu Lake by Probabilistic Species Sensitivity Distribution

Zhao Qianyuan1, 2, Hou Jun1, 2, *, Wang Chao1, 2, Wang Peifang1, 2, Miao Lingzhan1, 2, Lv Bowen1, 2, Gu Qihao3

1. Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource Development on Shallow Lakes, Ministry of Education,Hohai University, Nanjing 210098, China 2. College of Environment, Hohai University, Nanjing 210098, China 3. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450011, China

27 January 2015accepted 13 May 2015

The widely used method of species sensitivity distribution has a number of disadvantages, such as the uncertainty of statistical models, the undesirable effectiveness of fitted curve, the deficient consideration for intraspecies variation and the inaccuracy of water quality criteria. The method of probabilistic species sensitivity distribution (PSSD) can solve these problems effectively. Probabilistic species sensitivity distribution curves and water quality criteria for 5 heavy metals (Ag, Pb, Cd, Hg and Zn) in Taihu Lake were achieved by the method of PSSD. The derived acute criteria for 5 heavy metals were 1.079 μg·L-1, 637.973 μg·L-1, 19.465 μg·L-1, 8.729 μg·L-1and 105.506 μg·L-1, respectively. The corresponding chronic criteria were 0.108 μg·L-1, 63.797 μg·L-1, 1.947 μg·L-1, 2.340 μg·L-1and 52.753 μg·L-1, respectively. In this study, sensitivities of different taxa to heavy metals and toxicities of different heavy metals to same taxa were compared and analyzed. Finally, the results were compared with other existing values and distinct regional differences in water quality criteria were discovered. The present water quality standards of Taihu Lake based on the existing water quality criteria might cause aquatic organisms under protection or overprotection.

probabilistic species sensitivity distribution; aquatic life; water quality criteria; heavy metal; Taihu Lake

國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目(51421006)；國(guó)家杰出青年基金項(xiàng)目(51225901)；國(guó)家自然科學(xué)基金(41430751,51479047,51479065)；國(guó)家十二五水專項(xiàng)課題(2012ZX07101-008)；教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT13061)；中國(guó)水利學(xué)會(huì)“青年人才助力計(jì)劃”項(xiàng)目；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

趙芊淵(1989-)，女，碩士，研究方向?yàn)樗h(huán)境保護(hù)與生態(tài)修復(fù)，E-mail: 997167124@qq.com

Corresponding author)， E-mail: hhuhjyhj@126.com

10.7524/AJE.1673-5897.20150127002

2015-01-27 錄用日期：2015-05-13

1673-5897(2015)6-121-08

X171.5

A

趙芊淵, 侯俊, 王超, 等. 應(yīng)用概率物種敏感度分布法研究太湖重金屬水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2015, 10(6): 121-128

Zhao Q Y, Hou J, Wang C, et al. Deriving aquatic water quality criteria for heavy metals in Taihu Lake by probabilistic species sensitivity distribution [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(6): 121-128 (in Chinese)