君政基金研究报告 - 北京大学教务部.doc
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1、 Series of Selected Papers from Chun-Tsung Scholars,Peking University(2003)146天津地区土壤中萘的生态风险分析天津地区土壤中萘的生态风险分析杨宇,石璇,徐福留,陶澍(北京大学环境学院,地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京 100871)摘要摘要: :以天津地区表土 188 个样点的实测萘浓度以及萘对 10 种代表性土壤生物的半致死浓度为基础资料,尝试用三种方式评价了该地区土壤中萘的生态风险。并进行了方法学比较。研究结果发现,暴露浓度和毒性效应概率密度函数的重叠面积为 6.4%,联合概率曲线非常贴近左、下两轴,准确计
2、算的暴露浓度超过 LC50 的概率仅为 1.67。这些结果均说明该地区土壤萘的生态风险极低,仅严重污染的局部地区可能发生最敏感生物种受害。用于进行风险评价的三种方法各有利弊,从不同角度反映了上述事实。关键词:关键词:生态风险;概率风险评价;土壤;萘Risk analysis of naphthalene in Tianjin terrestrial ecosystemYang Yu, Shi Xuan, Xu Fuliu, Tao Shu (College of Environmental Sciences, ,Laboratory for Earth Surface Processes, P
3、eking University, Beijing 100871,China)Abstract: Three approaches were applied and evaluated for probabilistic risk assessment of naphthalene in a terrestrial ecosystem in Tianjin, China, based on the observed naphthalene concentration of 188 top soil samples from the area and LC50s of naphthalene t
4、o ten typical soil species from the literature. It was found that the overlapping area of the two probability density functions of concentration and LC50 was 6.4%, the joint probability curve bend towards and very close to the bottom and left axis, and the calculated probability that exposure concen
5、tration exceeds LC50 of various species was as low as 1.67, all indicating a very much acceptable risk of naphthalene to the terrestrial ecosystem and only very sensitive species or individual animals are threaten by localized extremely high concentration. The three approaches revealed similar resul
6、ts from different viewpoints.Key words: ecological risk;probability;risk assessment ;soil;naphthalene1. 前言前言作为多环芳烃中迁移活性最强的化合物,萘是天津地区影响范围最大的持久性有机污染物之一。近年监测结果发现该地区表土中萘含量高达 275276 g/kg 1。与其他多环芳烃相似,其主要来源包括化石燃料燃烧和污水灌溉2。虽然目前并未发现萘具有致癌作用,但其对生态系统的影响早有定论,对多种生物具有毒性3。风险分析是定量研究有毒污染物生态危害的重要手段,因而受到各国环境研究者和决策者的高度重视
7、。目前用于风险分析的方法很多,既有简单的阈值比较4,也有具有概率意义的风险分析5-6。尽管前者在风险管理中使用方便,但由于忽视了污染物在环境中浓度的大幅度变异以及不同生物种耐受能力的极大差别,简单的阈值很难在生态系统水平对污染的生态风险做出合理的判断,被推荐在生态风险评价的筛选阶段使用7-8.概率风险分析的方法同时考虑生物耐受性和污 染物浓度两方面的变异,可以对污染的生态风 险做出整体评价。对生态风险进行有概率意义 的评估可以采用不同方法。最常见的是将表征 化合物基金项目基金项目:北京大学政基金,国家自然科学基 金(40031010,40024101)Series of Selected Pa
8、pers from Chun-Tsung Scholars,Peking University(2003)147作者简介作者简介:杨宇(1984-) ,男,汉族,本科生暴露浓度和毒性参数的概率密度曲线置于同一 坐标系下,据此考察两个密度函数的重叠,并 计算其重叠部分面积表述生物受不利影响的概率9-10。这样的做法实际上基于浓度分布中心趋势在数值上低于毒性参数分布的隐含假设,当 事实上毒性参数分布中心低于浓度分布中心时, 浓度分布正移,重叠面积反而减小,简单根据 重叠面积的判断已失去原有意义。方法的缺陷 显而易见。联合概率曲线则以毒性响应累积概 率(横标)和暴露浓度超过相应影响边界浓度 的概率(
9、纵标)作图表征特定化合物生态风险11。由此得到的曲线在二维平面上的位置反映了风险水平的高低,曲线越靠近坐标轴,风险 相应越小。虽然联合概率曲线比简单计算分布 重叠面积要合理得多,但仍然缺乏非常确切的概率意义8。从理论上说,精确计算整个浓度响应分布区间风险系数的概率密度函数是比 较合理的概率风险分析。这样的计算可以通过 蒙特卡罗模拟手段实现12。可以利用这一概念计算暴露浓度超过特定耐受水平的概率,并据此进行评价12。本研究旨在根据天津地区萘的土壤含量实测数据和文献中报道的萘对土壤生物的毒性资料,分别用上述三种方法表征萘对该地区土壤生态系统的风险,着重对三种方法进行方法学比较,为更深入地研究本地区
10、多环芳烃和其他持久性有机污染物毒性建立必要手段。2. 研究方法土壤萘含量资料来自对取自天津地区的188 个表土样品的分析。采样点大致均匀分布于天津地区,平均采样密度约为 1/60km2。所有样品均作平行测定。样品中多环芳烃含量均用加速溶剂仪(Dionex ASE-300)提取,以 1:1 二氯甲烷丙酮为提取液。提取温度 140C,压强 1500 psi,预热min,静态提取min。提取液用硅胶层析柱净化。样品多环芳烃(PAH16)用 GC-MS(安捷伦 6890GC/5973MSD) 以外标定量法测定。详细分析方法及仪器条件设置参见相关文献13。从美国环保署毒性数据库中收集萘对土壤生物的毒性资
11、料,主要为土壤动物 7-8d 暴露的半致死浓度。涉及生物、实验条件和 LC50值列于表 1。尽管能收集到的毒性参数不可能包括全部土壤生物,而且采用生物并非来自研究地区,但这些资料涉及到多数代表性物种,且一般而言,不同区域同一物种的耐毒差异远低于不同物种间差异,这些资料可以用于本项研究。表 1 土壤动物毒性参数拉丁名称汉译14土壤生物拉丁实验周期 (d)LC50 (ug/g)螨属亚纲acari816节腹亚目arthropleona814节足动物arthropoda811弹尾目collembola815爱胜蚓Eisenia feida24670跳虫spider812莴苣lactuca7100中气门
12、亚目mesostigmata813甲螨亚目Oribatida815前气门亚目prostigmata817根据上述资料分别求得区域暴露浓度和生物耐受水平的两个概率密度函数,用 Matlab 计算两函数曲线重叠部分的面积和暴露浓度超过生物耐受水平的概率,并得到联合概率曲线。3结果与讨论3.1 天津地区土壤萘含量及土壤动物对萘毒性耐受水平分布特征图 1 分别为天津表层土壤中萘含量(左)和土壤动物对萘毒性耐受水平的统计分布(右)。两者分别表现了天津地区土壤中萘的含量和对土壤生物毒性的分布特征。Series of Selected Papers from Chun-Tsung Scholars,Peki
13、ng University(2003)148天津地区表土中萘的平均含量为 0.275 g/g,标准差为 0.176 g/g。经分布检验(Kolmogorov-Smirnov)后,土壤萘含量服从典型的对数正态分布。土壤生物对萘的耐受水平的数据量较小,即便作正态检验,结论的可靠性也不高,故直接作对数正态假定11。根据实际观测结果得到的两个变量的概率密度函数为: 311352. 071999. 0lg1210ln011113. 1)( Cnap eCnapCnapf 329996. 1483671. 1lg505022 5010ln489215. 0)( LC eLCLCf式中 Cnap 为土壤萘浓
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