（环境科学专业论文）ddt对太湖鱼类优势种群危害的生态风险研究.pdf

中山大学硕士学位论文 ( 4 ) 在分析陈氏短吻银鱼、刀鲚和大银鱼d d t 累积量和剂量一反应关系的基 础上得到：鱼体内d d t 含量超过国家农药残留标准的概率分别为1 5 1 、2 5 5 和2 4 1 ；d d t 对种群规模的影响较小。最后提出了关于太湖d d t 污染的风险 管理措施建议。 关键词：生态风险d d t 太湖鱼种群管理 l i a b s t r a c t a b s t r a c t f r o m19 4 0 ss e d o a se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sh a v eb e e nc a u s e db yp e r s i s t e n t o r g a n i cp o l l u t a n t s ( p o p s ) w h i c ha r eu s e dl a r g e l ya n dd i s c h a r g e dr a n d o m l y p o p sa l e w i d e s p r e a di na l le n v i r o n m e n t a lm e d i ab yg e o c h e m i c a lc i r c u l a t i o n 1 r h e yc a ne n t e r i n t oo r g a n i s mo rr e s i d u eo nt h es u r f a c et h r o u g hw a t e r , a i ra n ds o i l ，a n dc u m u l a t ew i t h f o o dc h a i n s e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t ( e r a ) r o s ei nt h en i n e t i e so f t h e2 0 t hc e n t u r y a n di t st h e o r ya n dm e t h o da r ei m p r o v e dc o n t i n u a l l y e r ap l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei n a s s e s s m e n to f t h eh a z a r dt oe c o s y s t e ma n dm a n a g e m e n to f p o l l u t a n t s i nt h i sp a p e r , ab i o a c c u m u l a t i o nm o d e lf o rd d tw a su s e dt o s t u d yt h e b i o a c c u m u l a t i o np r o c e s so f s a l a n g i c h t h y st a n g k a h k e i i , c o i l i an 础l l sa n dp r o t o s a l a n x h y a l o e r a n i u s i nt a i h ul a k e d o s e - r e s p o n s er e l a t i o n s h i pa n dl e s l i e m a t r i eo f d e m o g r a p h i cm o d e lw e r ea p p l i e ds e p a r a t e l yt od e t e r m i n et h eh a z a r dt oi n d i v i d u a lf i s h a n df i s hp o p u l a t i o n a tl a s tm e a s u r e so fe c o l o g i c a lr i s km a n a g e m e n tf o rd d tw e r e g i v e n t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r es u m m e du pa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n c e n t r a t i o no f d d ti nt a i h ul a k ea n dt h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f s a l a n g i c h t h y st a n g k a h k e i i , c o i l i an a $ u sa n dp r o t o s a l a n xh y a l o e r a n i u sw e r ea n a l y z e d g i l lu p t a k e ，g i l le l i m i n a t i o n ，d i e t a r yu p t a k e ，d e c a le g e s t i o n ，m e t a b o l i ct r a n s f o r m a t i o n ， g r o w t hd i l u t i o na n do t h e rf a c t o r sw e r ec o n s i d e r e dt os t u d yt h eb i o a c c u m u l a t i o n p r o c e s so f t h et h r e ek i n d so f f i s h t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea c c u m u l a t i o nr a n g e so f s a l c m g i c h t h y st a n g k a h k e i i , c o i l i al , l a $ u $ a n dp r o t o s a l a n xh y a l o c r a n i u sa r e6 9 n g g 7 1 l n g g 、9 9n g g 2 5 4 0 n g g a n d1 5 0 n g g 1 5 5 0 n g g ( 2 ) t h eu n c e r t a i n t yf a c t o r so fw a t e rt e m p e r a t u r e ，d d tc o n c e n t r a t i o n ， o c t a n o l - w a t e rp a r t i t i o nc o e f f i c i e n tf o rd d ta n dn u t r i e n t sc o m p o s i t i o no fd i e t a r i e s w e r ea n a l y z e d a c c u m u l a t i o n so fs a l a n g i c h t h y st a n g k a h k e i i , c o i l i ai , l a s u $ a n d p r o t o s a l a n xh y a l o c r a n i u sw e r eo b t a i n e du s i n gt h em e t h o do fm o n t e c a r l o s t a t i s t i c a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ea v e r a g ea c c u m u a l a t i n sf o rs a l a n g i e h t h y st a n g k a h k e i i , c o i l i a n a s u $ o f o + 5 + a g e sa n dp r o t o s a l a n xh y a l o c r a n i u sw e r e3 9 8n g g 、4 1 9n g g 、5 9 5 1 1 1 中山大学硕士学位论文 n g g 、7 7 4n g g 、8 8 2n g g 、9 6 4n g g 、i 0 2 8 n g ga n d 7 0 8n g g ( 3 ) l c s of o ro n c o r h y n c h u sk i s u t c hw a su s e dt og e tt h el c 5 0f o rs a l a n g i c h t h y s t a n g k a h k e i i , c o i l i a i , l a s u sa n dp r o t o s a l a n xh y a l o c r a n i u sw i t ht h et o x i c o l o g i c a l e x t r a p o l a t i o nm e t h o d t h ea p p l i c a t i o no f d o s e r e s p o n s er e l a t i o n s h i pa n d l e s l i em a t r i c o f d e m o g r a p h i cm o d e lg a v et h er e s u l t so f t h ep o p u l a t i o nd e c r e a s i n gp e r c e n t a g ei no n e y e a rf o rs a l a n g i c h t h y st a n g k a h k e i i ，c o i l i an n s l l 8a n dp r o t o s a l a n xh y a l o c r a n i u s ： 0 1 7 5 、0 0 2 1 a n d0 0 1 4 ( 4 ) p r o b a b i l i t i e so fd d tc o n t e n t si nf i s hb o d ye x c e e d i n gt h en a t i o n a ls t a n d a r d f o rs a l a n g i c h t h y st a n g k a h k e i i c o i l i ar l a s l k qa n dp r o t o s a l a n xh y a l o c r a n i u sa r e15 1 、 2 5 5 a n d2 4 1 i m p a c t so nf i s hp o p u l m i o na l el i t t l e m e a s u r e so fe c o l o g i c a lr i s k m a n a g e m e n tf o rd d tw e r ea d v a n c e di nt h ee n d k e yw o r d s ：e c o l o g i c a lr i s k , d d t , t a i h ul a k e ，f i s h ，p o p u l m i o n ，m a n a g e m e n t i v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 生态风险评价研究概述 生态风险评价( e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t , e r a ) 指受体受到一个或多个环 境胁迫因子的影响时，对- 已经产生的或将会产生的负面生态效应的评价过程【i 】。 它以化学、生物学、生态学、毒理学等学科为理论基础，综合运用数学和计算机 等科学技术来预测、分析和评价具有不确定性的灾害或事件对生态系统及其组分 可能造成的损伤【2 】。生态风险评价的概念最早是在1 9 9 0 年美国国家环保署( u s e p a ) 关于风险评价的专题讨论会上提出来的。人类活动对生态系统产生了诸多 负面效应，生态风险评价的目的就是对这些负面效应给予科学合理的评估，从而 提出更加合理有效的保护生态系统的管理措旋。环境中，受体往往受到多个风险 因素的作用，生态风险评价将风险因素综合定量化，并从中找出风险值最大的因 素【3 】o 基于生态风险评价，管理者可以在所有风险因素、风险允许值及与降低风 险所需成本之间做出权衡，提出适合的管理措施【4 】。 与健康风险评价相比瞄1 ，生态风险评价面对的是一个更为复杂的系统，必须 综合物理、化学、生态学过程及各种关系，由于生态系统的复杂性，直接和间接 的生态效应( 例如种群规模、繁殖力和群落结构等) 也会产生很大的不同。s u t e 等第一次尝试将人体健康风险评价框架改编成生态风险评价框架1 6 】。1 9 9 2 年， u se p a 发表了生态风险评价工作框架( f r a m e w o r kf o re c o l o g i c a lr i s k a s s e s s m e n t ) t 7 l 。1 9 9 8 年，u se p a 出版的关于生态风险评价的指导方针( g u i d e l i n e s f o re c o l o g i c a lr i s k a s s e s s m e n t ) ，对1 9 9 2 年所提出的生态风险评价框架进行了完 善和改进，提出了生态风险评价的四个主要步骤，包括问题提出、暴露及效应评 价、风险表征和风险管理，具体工作流程如图! - 1 所示。 中山大学硕士学位论文 图1 - 1 生态风险评价框架 - 2 - 第l 章绪论 1 2 生态风险评价研究进展 风险评价经过2 0 多年的发展【8 】经历了2 0 世纪8 0 年代以前的萌芽阶段、 2 0 世纪8 0 年代的健康风险评价阶段、2 0 世纪9 0 年代的生态风险评价阶段和2 0 世纪9 0 年代末以后的区域生态风险评价阶段。第一时期的风险评价以分析意外 事故发生的可能性为主，没有明确的暴露评价和风险表征，整个评价过程以简单 的定性分析为主。健康风险评价阶段时期的风险评价得到了较大的发展，评价方 法已由定性分析转向定量评价；提出了风险评价的四个步骤【9 】，即危害识别、剂 量一效应关系、暴露评价和风险表征。生态风险评价时期，风险的暴露因子也从 单一的化学因子扩展到多种因子及可能造成生态风险的事件。生态风险评价作为 风险管理和政策决策的支持功能已经突显出来。评价方法主要采用了污染物的扩 散模型及生态学模型等。区域生态风险评价是建立在流域或更大尺度范围上的。 早期的区域生态风险研究包括了对美国田纳西州c l i n c hr i v e r 流域i l o j 和俄亥俄州， b i gd a r b yr i v e r 流域【l i j 的生态风险研究等。 1 2 1 国外生态风险评价研究进展 国外生态风险研究主要集中在重金属及有机污染物的生态风险评价，也有部 分研究涉及生态入侵【1 2 1 ，气候变化等因素导致的生态风险。生态风险研究技m 术方法较为成熟，重视毒理学和不确定性分析在风险研究中的应用，生态模型的 研究和运用也较为成熟，并且有成功的实例研究。 早期，以实验为重点的生态风险评价从安全浓度的角度对污染物的生态风险 给予了定性的评价。b a r b e r 等【1 4 l 研究了由于燃烧而产的污染物通过各种途径进入 水环境后所产生的事故性生态风险，通过实验室和野外实验分析得到，燃烧所产 生的氰化物进入水体后的浓度均超过了虹鳟鱼( r a i n b o wt r o u t ) 的急性半致死剂 浓度。l i a n g 等检测了香港米埔湿地的沉积物中和水生生物体内的p c b 含量， 对比e p a 有关标准对p c b 的生态风险进行定性的判断。f e r n a n d e z 等【l6 】则以毒 理学实验为基础，研究了土壤中金属及有机污染物对微生物、植物及藻类等生物 的生态风险。 运用商值法对风险值进行度量，提高了风险评价的定量化程度。商值法运用 中山大学硕士学位论文 污染物在环境中的浓度( p r e d i c t e d - e n v i r o n m e n t - c o n c e n t r a t i o n ，p e c ) 与污染物的 无危害浓度( p r e d i c t e d n o - e f f e c t - c o n c e n t r a t i o n 。p n e c ) 的比值定义风险值，方法 简单，得到了较为广泛的应用。c h e n 等7 l 通过毒理学实验研究了垃圾填埋渗滤 液中铅和镉对水生生物的无害剂量，然后结合商值法确定铅和镉的风险值。p e k e y 等【1 s 】测试了i z m i t 湾沉积物中砷、镉、铬等金属元素含量，与e p a 沉积物质量 导则( s e d i m e n t q u a i l t yg u i d e l i n e s ，s q g ) 规定标准相比后加和，比较分析了不同 地点重金属污染的风险值。商值法能简要的解释风险，在规模较小的项目风险评 价中较为适用。其缺点是仅回答了风险的有无，不能确定风险等级和危害概率。 模型的引入则大大提高了生态风险评价的定量化程度。生态风险评价中运用 的模型散包括暴露模型和生态模型两类。暴露模型主要描述了污染物在生物所 乍存的环境中的分布和迁移转化。s a d i q 等9 1 运用s t e a d ys t a t e a q u i v a l e n c e - b a s e d f a t e 模型研究了底泥孔隙水巾重金属的暴露浓度。e f r o y m s o n 等t 2 0 】运用生态暴露 模型t r i m f a t e 研究了大气污染物在多环境介质中的暴露浓度。生态模型将暴 露模型所得到的结果作为其输入值，模拟得到生态系统的损失值。m a t s i n o s 等【5 】 运用个体导向模型( 1 n d u v i d u a l o r i e n t e dm o d e l ) 定量研究p c b s 慢性暴露过程中 对苍鹭( a r d e a h e r o d i a $ ) 捕食、飞翔等行为特征的影响。早期的商值法作为个体 风险的终点存在一定的局限性，尤其是针对种群、生态系统及景观的生态风险评 价，而生态模型则将风险评价的终点放在了种群、生态系统和景观的层次上，同 时更有利于风险管理措施的制定【2 ”。 随着生态风险研究的细化，部分研究开始将目光放在了风险研究中某一个具 体的环节上，结合各个学科已有的理论方法进行更加深入的研究。f i s h e r 等【2 2 1 以绿泥石为对象，研究了其急性生态风险标准；w a n g 等1 2 3 1 针对种群数量统计的 不确定性，研究了商值法评估风险值的准确性：与目前生态毒理学中应用较多的 无危害剂量( p n e c ) 不同，c h a p m a n l 2 4 】研究了毒物兴奋效应( h o r m e s i s ) 在生态 毒理学中的重要价值；t a n a k a l 2 5 】运用种群随机动力学理论( s t o c h a s t i cp o p u l a t i o n d y n a m i c st h e o r y ) ，以物种的灭绝为生态风险终点，研究了农用化学品及表面活 性剂对浮游动物的生态风险。 生态风险评价在生态风险管理中的作用也日益突显。o l a u g h l i n 等 2 6 1 运用概 念模型对比野外火灾和减少危险燃料燃烧两者所带来的风险，研究结果可为风险 第1 章绪论 参与者、风险管理者及风险评价者制定风险管理措施提供依据。m c d a n i e l s 等2 7 】 从理论上探讨制定生态风险评价目标的重要性，并为风险评价者和风险管理者共 同制定生态风险评价日标提供了准则。 早期的生态风险评价研究多为确定性生态风险评价研究，即所有参数被当作 已知的恒定值，其中许多参数值是用平均值、最人值或最小值代替。事实上，污 染物在环境中的迁移转化及生态系统自身是具有高度的不确定性的。概率风险方 法则解释和度量了风险研究过程中的不确定性。m u k h t a s o r 等【2 8 1 比较应用了确定 性评价方法和概率评价方法研究了烟尘沉降在波斯湾( p e r s i a ng u l f ) 所产生的生 态风险。蒙特卡罗( m o n t ec a r l o ) 方法引入生态风险评价，在其不确定性分析方 面发挥了重要作用。 从国外牛态风险研究进展来看，由于生态系统的复杂性，目前尚无一个合适 的可以准确度量生态系统危害程度的统一指标。因此，加强生态毒理学研究，建 立群落、生态系统及区域层次上的生态风险评价标准，发展各种定量评价方法和 技术是今后生态风险评价研究的发展趋势。 1 2 2 国内生态风险评价研究进展 我国生态风险评价起步较晚，目前还没有国家权威机构发布的诸如生态风险 评价技术导则等技术性文件 2 9 1 。理论研究方面，自2 0 世纪9 0 年代以来，我国学 者介绍和引入了国外生态风险评价的大量成果。沈桂英【划、谢春庆 3 i j 、韩丽 3 2 】 及李国旗【3 3 】等一批学者对生态风险评价的相关方法、内容和现状等进行了介绍； 寇俊卿卅及朱琳口5 1 等则对生态风险管理给予了介绍；殷浩文郾】和程燕等则针 对水环境介绍了其生态风险评价程序和方法。生态风险研究实例主要包括以下三 个方面：水体沉积物中污染物质的生态风险评价p 8 删：这类风险评价针对的 污染物以重金属为主，也有部分有机物，水体包括河口、河流及湖泊。区域 生态风险评价1 4 5 ，删：区域的生态风险评价分析了自然灾害和人为灾害两大类风险 源，利用生态指数( 包括生物指数、多样性指数和物种重要性指数) 、灾害指数 和毒性污染指数( 包括重金属类毒性污染指数和氮磷毒性污染指数) 及脆弱度指 数等指标来表示区域生态系统的风险度。其他类型的生态风险评价，诸如士 壤中污染物生态风险评价f 4 7 删和景观生态风险评价1 5 0 ，5 1 1 等。 中山大学硕士学位论文 我国生态风险评价的方法不成熟，尚处于介绍国外评价方法为主的阶段，缺 乏针对性研究。基础毒理学研究薄弱，没能建立起完善的实验室毒理学数据库， 野外毒理学研究则更加薄弱。生态风险实例研究所采用的方法相对较为简单，一 般只考虑了单一的暴露途径，并且多以分析污染物在环境介质中的浓度为主，较 少涉及生态毒理学方面的研究。另外，不确定性分析未能广泛引入生态风险评价 中。我国生态风险评价研究与国外研究有相当的差距，应在评价方法、生态毒理 学及不确定性研究等多个方由同时加强，以发挥生态风险评价结果对风险管理的 指导意义。 1 2 3 国外水生生态风险评价研究进展 国外水生生态风险起步于2 0 世纪8 0 年代，至今，在方法和技术等方面已经 积累了大量的经验，进入9 0 年代，欧美等国出版了一系列技术规范及指南，将 风险评价作为环境保护的“预防战略”加以推广 5 2 1 。水生生态风险评价研究作为 生态风险研究的一部分，也经历了定性研究、半定量研究到定量化程度较高的模 型研究三个阶段。c a r d w e l l 等 5 3 1 人运用三丁酸甘油酯( t b t ) 的监测资料、急性 毒性闽值和慢性毒性阈值，定性地分析了t b t 在不同年份、不同污染源及由于 不同风险源所产生的风险的大小。h a l l 等i s 4 运用商值法研究了溶解性铜在欧洲各 港口、河口及开阔海域中的生态风险，所采用的无危害效应剂量( p n e c ) 由植 物、底栖生物、浮游动物和鱼类等6 5 种海水生物的急性毒性数据共同确定。 c h e r t ”】同样运用商值法，对台湾基隆河中的鱼类、昆虫幼虫和大型底栖无脊椎 动物进行生态风险评估，研究基隆河存在风险的污染物质，包括锌、铜、d d t 及p c b s 等，并从中筛选出风险值最大的污染物质。水生生态毒理学研究方面， p e r r o d i n 等【s 6 l 研究了由于垃圾在岸边堆放，对地表水、地下水及沉积物造成污染 所产生的生态风险，研究分成简单生态风险评价，即基于污染物浓度的检测的研 究和较为完整的生态风险评价，即基于生物毒性的测试的研究。h a n s o n 掣”j 结 合实验室和野外毒理学研究，综合商值法和概率方法，分析了卤代乙酸对大型水 生植物的生态风险。 水生生态风险评价中所应用的模型，有直接从生态学中引入的模型，如 b a r t e l l 等【5 町运用种群动态模型l e s l i e 矩阵，研究了敌草快( d i q u a td i b r o m i d e ) 对 第1 章绪论 翻车鱼( b l u e g i l ls u n f i s h ) 所产生的生态风险。专门运用于水生生态风险分析的 模型，如水生生态系统模型c a s m ( c o m p r e h e n s i v ea q u a t i cs y s t e m sm o d e l ) ，b a r t e l l 等【5 9 1 运用c a s m 模拟了污染物五氯苯酚、铜、汞和敌草快对加拿大魁北克地区 河流、湖泊及水库的生态系统生物量的影响，进而对污染物在生态系统中的富集 所产生的风险进行了定量化。n a i t o 等【观6 1 1 将c a s m 模型运用于日本诹访湖( l a k e s u w a ) ，分析了直链烷基苯磺酸盐( l a s ) 等1 0 余种污染物对生态系统中浮游生 物、底栖生物和鱼类的生态风险。 水生生态风险评价是生态风险评价取得丰富成果的一重要领域，其评价方法 研究、毒理学研究及模型应用都较为成熟。今后的研究方向应会集中在生态风险 终点确定、野外毒理学研究及风险度量标准确定等方面。 1 2 4 国内水生生态风险评价研究进展 在我国，水生生态风险评价还处于起步阶段，理论研究和实例研究都需要犬 踏步前进。理论研究上，殷浩文【地兜介绍了国外水生生态风险评价的评价程序并 强调了生态毒理学在评价中价值及通过立法建立污水毒性指标的常规监测体系。 水环境生态风险评价的程序基本分为5 个部分：源分析、受体评价、暴露评价、 危害评价和风险表征，其中危害评价是水环境生态风险评价的核心，重点是建立 污染物与生物效应之问的关联。实例研究方面，王子健等1 6 2 l 测定了1 3 种取代苯 类污染物、阿特拉津和乙草胺在淮河水体、沉积物和鲤鱼中的浓度，然后通过生 物富集因子( b a f ) 来评价水体中上述污染物的生态风险。石璇等【6 3 】分析了天津 地区地袭水中8 种多环芳烃的生态风险，根据浮游生物、底栖生物及鱼类等水生 生物的急性毒理数据，运用概率风险评价方法对单一多环芳烃和几种多环芳烃的 风险进行了度量。丘耀文等1 6 4 对大亚湾西南海域的水体及鱼类、甲壳类和软体动 物类体内的h g 、c d 、p b 、c u 、z n 和c r 重金属元素进行了测试，然后利用重金 属的生物富集系数及美国国家海洋与大气管理局推荐的海水重金属生物急性和 慢性安全浓度基准，对大亚湾海域重金属进行了风险值的定性评价。 从我国的生态风险评价研究现状来看，理论研究取得了一定的成果，对水生 生态风险评价程序进行了探讨，但没有建立适合我国国情的统一的评价程序和技 术指南。应用研究以分析水环境中污染物浓度为主，处在定性分析的阶段。今后 中山大学硕士学位论文 还应在以下几方面加强研究工作：完善各种风险源的监测系统，提供更为可靠和 全面的基础数据；完善水生生态毒理学数据库，尤其是加强野外毒理学实验研究： 引入不确定性分析，提高生态风险评价结果的可信度。同时，针对种群和生态系 统层次开展水生生态风险研究，为各种水体的生态风险管理提供依据。 1 3 研究内容及意义 1 3 1 研究内容 本文以d d t 为持久性有机污染物( p o p s ) 的代表，研究其对湖泊生态系统 中的鱼类所造成的危害。 1 9 6 2 年美国作家蕾切尔卡逊描绘的寂静的春天强烈震撼了国际社会， 使人们开始关注有机氯等持久性有机污染物( p o p s ) 污染问题。p o p s 凼具有长 期残留性、生物蓄积性、半挥发性以及高毒性，对水生生态环境造成了重大危害。 湖泊相对河流、河口等水生生态系统而言，是一个封闭的环境，水体污染状 况及生态系统中的生物存在状态相对稳定，有利于研究的开展。太湖是我国著名 的五大淡水湖泊之一，对其研究历史悠久，在水质状况和鱼类资源研究方面积累 了丰富的资料，所以本文选取了太湖为研究对象。 在水生生态系统中，鱼类被认为是最适合用做污染监测的有机生物体，这是 因为：每个水生生态系统中都有鱼类的足迹；鱼类在水生生态系统中处于 一个将能量从较低营养级带向较高营养级的地位。陈氏短吻银鱼、刀鲚和大银鱼 是太湖中三种主要的经济鱼类，研究d d t 对其造成的危害具有一定的经济意义； 同时三种鱼的生长特性、繁殖特性及在生态系统中的营养级别各不相同，这就达 到了比较分析d d t 对不同鱼类的危害程度的目的。 论文具体研究内容分为四个主要部分( 第二章第五章) ：第二章分析了太 湖水体中d d t 的污染状况和陈氏短吻银鱼、刀鲚和大银鱼三种鱼类受体的生物 学特性。第三章研究了鱼体累积d d t 的过程。运用鱼体累积d d t 的定量化模型， 得到陈氏短吻银鱼、刀鲚和大银鱼的d d t 累积量。最后运用蒙特卡罗方法对累 积过程中的不确定性因素进行分析，得到鱼体d d t 累积量的概率分布。第四章 研究了d d t 累积对鱼类个体及种群的危害。根据毒理学外推关系，得到陈氏短 第1 章绪论 吻银鱼、刀鲚和大银鱼的剂量一反应关系，再根据剂量一反应关系分析d d t 累 积对鱼类个体造成的危害。最后利用种群动态模型l e s l i e 矩阵，以种群规模作为 生态风险终点，对d d t 的生态风险进行分析。第五章则根据生态风险分析的结 果，结合现有的湖泊管理措施，提出了太湖d d t 的生态风险管理措施。 1 3 2 研究意义 自二十世纪中期以来，以d d t 为代表的持久性有机污染物( p o p s ) 的大量 使用和无意识排放，导致了严重的p o p s 污染问题，同时引起了各国政府、公众 以及学术界的广泛观注。针对p o p s 的斯德哥尔摩公约于2 0 0 i 在瑞典首都 斯德哥尔摩签署，并于2 0 0 4 年5 月正式生效，使p o p s 成为一个全球关注的环 境问题。p o p s 具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性以及高毒性，对生态环 境及人类健康造成了重大危害。p o p s 进入环境后，通过系列复杂的物理、化 学和生物过程分配到大气、水体、土壤和沉积物等环境介质中；由于p o p s 性质 稳定，从而能在各环境介质中长时间存在。p o p s 因为其低水溶性、高脂溶性， 所以易于在脂肪中富集，并且在食物链中传递和积累，对处于较高营养级的生物 造成严重的负面影响。p o p s 的高毒性也不容忽视，如1 9 6 8 年日本米糠油事件 ( p c b s ) 、1 9 7 6 年意大利塞韦索二嚼英中毒事件等。 p o p s 进入生态系统后，从整体上看，降低了生态系统的环境质量，对其珊 能和结构造成负面影响【6 5 】。p o p s 存在的水生生态系统中，水生生物是最直接的 受害者。p o p s 对水生生物的影响可以表现在分子、器官、组织、个体、种群及 群落等不同水平上。多数情况下，水生生物暴露在较低浓度( 亚致死) 农药下， 不论长期或是短期都会产生影响：短期影响如成体生物的干重下降、繁殖率降低 等 6 6 1 ；而长期暴露于艾氏剂等污染物中，水生生物则会发生生理和生化的变化， 如酶活性降低、蛋白质和糖原合成降低以及呼吸率增加等反应 6 7 1 。 我国的环境污染尤其是有毒有害有机污染物臼趋严重，但由于历史原因，大 多数有毒有害有机污染物尚未被纳入环保法规的控制中，也未纳入我国的环境监 测体系之中，有而有关p o p s 的监测资料较少。我国作为一个工业大国，存在多 种p o p s 的生产、使用和废弃库存。长期以来由于环境管理方面的缺陷，造成了 p o p s 清单方面的底数不清1 6 8 j 。这种情况下，我国p o p s 管理工作形势严峻，需 中山大学硕士学位论文 要从经济和环境两疔面的利益出发，对正在使用的p o p s 及潜在的p o p s 污染物 提出科学合理的管理措施。 虽然我国已经在1 9 8 3 禁止使用d d t ，但d d t 作为三氯杀螨醇的生产原料 仍然在生产中。19 9 5 年后d d t 原粉生产量大体维持在每年5 0 0 0 6 0 0 0 吨删， 并且j 氯杀螨醇中d d t 残留不符合国际标准。所以，由于d d t 自身的持久性、 难降解件以及人为原因等因素，许多环境介质中仍然存在d d t 残留。其中，沉 积物作为有机氯农药环境迁移和转化的一个主要归宿，积累的残留浓度很高，因 此，沉秋物又成为水体重要的d d t 污染源。从澳门水域1 7 0 1 、珠江千流河口【7 ”、 福建兴化湾1 7 2 1 等水体的d d t 监测结果来看，水体中d d t 浓度最高达到了 2 9 7 6 n g l 。在受污染水体中，生物体内d d t 含量也有相关的研究。第二松花江 中1 - 5 鱼龄的鲤鱼、鲫鱼和白鲢的检测中，d d t 的检出率为1 0 0 t 7 3 1 。对上海市 第_ 水源取水口附近的底栖生物调查发现，d d t 在无齿相守蟹体内的含量，达 到了8 8 n g k g 7 4 。 当p o p s 问题的严重性和紧迫性h 渐突显时，生态风险评价引起了人们的广 泛关注。对p o p s 进行生态风险评价的研究，可以正确评估其进入环境后对生态 系统和人类健康所产生的危害。本文以湖泊水生生态系统为研究对象，以d d t 为典型污染物，分析鱼类累积d d t 而导致的生态风险，为p o p s 的管理工作提 供可靠依据。 1 3 3 创新点 ( j ) 以太湖中三种主要经济鱼类为核心建立食物链关系，综合考虑鱼体累积d d t 的各种因素，模拟了鱼体累积d d t 的过程。 ( 2 ) 国内生态风险研究实例中，首次以种群规模作为生态风险评价的终点，研究 了湖泊生态系统的生态风险。 第2 章水体d d t 浓度及受体分析 第2 章水体d d t 浓度及受体分析 2 1 太湖水环境特点 太湖位于长江三角洲的南缘，是我国著名的五大淡水湖泊之_ ，位于北纬 3 0 。5 5 4 0 ”3 l 。3 2 5 8 ”和东经1 1 9 。5 2 7 3 2 ”1 2 0 。3 6 1 0 ”之间，地 跨苏、浙两省，北l 临湖州，西接宜兴、长兴，东近苏州、吴江。太湖总体呈椭圆 形( 如图2 1 ) ，面积2 4 2 7 8 1 0 4 h m 2 ，湖岸全线3 9 3 2 k m ，平均水深i 2 9 m 。最大 水深2 6 0 m ，是个典型的浅水型湖泊【7 5 】。太湖是一个积水洼地，四周来水向洼 地汇聚紧接又向周边扩散，因而构成一个复杂的纵横交错的水文系统，河道纵横， 水网稠密，大小洼地湖荡棋布。太湖多年平均入湖水量5 2 5 1 0 8 m 3 ，湖泊总蓄 水量4 4 3x1 0 8 m 3 ，水量交换十分缓慢，对水体自净和富营养化问题都带来不利 的影响【。 研究表明，目前太湖流域水环境污染兼有水污染三个阶段的特征：即第一阶 段以b o d 、重金属污染为特征，第二阶段由n 、p 引发水体富营养化为特征， 第三阶段以微量有毒有害有机物为特征。太湖流域河流湖泊总体水质为、v 类 水，劣v 类水质占检测总数的三分之一多【”。1 9 9 8 年太湖流域污染调查显示， 工业排污、生活污染、农田面源、水土流失、畜禽养殖、水产养殖，湖滨旅游、 湖面降水、湖面降尘和船舶污染是c o d 、氮和磷的污染来源。其中，农田面源 是c o d 和总氮污染的主要来源，生活污染是总磷污染的主要来源。从河道入湖、 水土流失和湖面降水等营养盐入湖的途径来看，河道携入是各种营养盐的最主要 的入湖途径。工业和城市化发展、农业生产方式和土地利用方式及渔业养殖等因 素是太湖水环境恶化的主要原因i 。 目前，对太湖的研究主要集中在富营养化问题上，而微量有毒有害有机物没 有引起人们足够的重视。尤其是太湖流域农业经济发达，农药使用量大。历史上 太湖地区的土地以养桑、养鱼和种稻为主，改革开放以来，随着工农业生产的发 展，特别是乡镇工业异军突起。本地区土地利用结构发生了很大变化，农业用地 中山大学硕士学位论文 大量转化为工业用地，地市规模也急刷扩展，人地矛盾进一步恶化。在大量耕地 流失的同时，为保证农业( 粮食) 的总产出在总量上的相对稳定，不得不借助于 农业投入的增加和科技进步，其中化肥和农药的投入为粮食增产做出了巨大的贡 献口“。而所使用的农药的利用率非常有限，根据统计我国每年使用农药约有8 0 直接进入环境中l ”l 。进入环境的这8 0 的农药绝人部分经生物圈物质循环后汇 集到水体中，从而降低了水生生态环境质量，打破水生生态系统的平衡。 图2 - i 太湖地区图 第2 章水体d d t 浓度及受体分析 2 2 太湖水体d d t 浓度 d d t 化学名称为二氯二苯三氯乙烷，分子式c 1 4 h 9 c 1 5 ，无色晶体或白色粉 末状。d d t 熔点1 0 9 c ，沸点2 6 0 c ，相对密度( 水) 1 5 ，辛醇一水分配系数对 数值6 3 7 。d d t 为人工制各生产，主要用作农药，曾是一种广泛使用的农业杀 虫剂。环境中的d d t 受一系列较为复杂的生物化学作用，主要是脱氢生成2 ，2 双一( 对氯苯基) 1 二氯乙烯( d d e ) 。d d e 对昆虫和高等动物的毒件较低，几乎不 为环境所降解。在生物系统中，d d t 也可以被还原脱氢生成2 , 2 双( 对氯苯基) 1 二氯乙烷( d d d ) ，d d d 不如d d t 或d d e 稳定，是d d t 在自然环境中降解的 第一步。d d t 及其相关化合物的持久性强、水溶性低和半挥发性决定了其能在 环境中做远程迁移。事实上所有的有机氯监测计划都已经发现d d t ，d d t 在地 球环境中无处不在 7 9 j 。除个别场合发生d d t 急性中毒，鱼贝迅速死亡外，慢性 中毒的危害是主要的。研究指出：低浓度d d t 可使水生生物行为异常，不利币 生存竞争：d d t 积存于鱼卵黄内，可使鱼苗成活率急降，对资源破坏很大( 舯1 。 由于太湖水体中d d t 浓度实测资料的缺乏，本文尝试根据沉积物中d d t 的浓度对水体中d d t 浓度进行推导。有机物在水体和沉积物之问的分配，取决 于有机物自身的理化性质和沉积物本身的组成和特性，通常用吸附系数如来代 表有机物被吸附的趋势】。k 可以看作沉积物中单位质量有机碳所吸附的有机 物的量与有机物在单位体积溶液中的量达到平衡时的比值； k = 丢 ( 2 一1 ) 式中：j r 。一吸附系数 s 一沉积物中单位质量有机碳所吸附的化学品量( n g g ) c 一化学品在单位体积溶液中的量达到平衡时的比值( n g m l ) 由于实验分析中得到的沉积物中d d t 含量并非单位质量有机碳所吸附d d t 含量，所以还需要根据沉积物中有机碳含量对公式( 2 1 ) 进行变换： 拈丢 式中：一沉积物中单位质量有机碳所吸附的化学品量( n g g ) 血，一沉积物中有机碳百分含量 中山大学硕士学位论文 由公式( 2 一1 ) 和( 2 2 ) 得到水体q b d d t 浓度计算式( 2 3 ) ： c 。意( 2 - 3 ) k w j 袁旭音等”】于2 0 0 0 年分析了太湖沉积物中d d t 的残留情况，沉积物样品 采自春夏两季，主要采样点遍及太湖北部、湖心，西部、南部、东部和东太湖。 结果显示，d d t 的检出率为1 0 0 ，沉积物中d d t 浓度的最大值、最小值和平 均值分别为：1 3 8 2 0 n g g 、0 7 6 2 n g g 和3 2 7 1 n g g 。吸附系数引自l y m a n 等1 8 3 1 主 编的 h a n d b o o ko f c h e m i c a lp r o p e r t ye s t i m a t i o nm e t h o d s - e n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r o fo r g a n i cc o m p o u n d s ) ) ，即2 4 3 0 0 0 。沉积物有机碳百分含量采用了陈华林等【蚓 研究太湖沉积物对菲的吸附特性时所用的值0 8 7 1 。 根据以上参数及公式( 2 3 ) 计算得到人湖水体中d d t 浓度最大值、最小值和平 均值为：6 5 3 0 n g l 、o 3 6 0 n g l 和i 5 4 6 n g l 。 2 3 受体分析 2 3 1 鱼体生长特性及繁殖特性 鱼类生态学研究中，常用数学方程来描述鱼类的生长过程。其中最有代表性 的是v o nb e r t a l a n f f y 方程【s 5 】： = l h 。 ( 2 - 4 ) 式中：k 一生长系数 t 一鱼龄( d ) f o 一假定的理论生长起点年龄( d ) 厶一体长( r a m ) l 一体长的生长渐近值( r a m ) 虽然鱼体的生长有时表现为体长的生长，有时表现为体重的增长，但一般情 况下，体重的增长和体长是相关的，并且存在如下关系： w=彬(2-5) 第2 章水体d d t 浓度及受体分折 式中：a 、b 一常数 一体重( g ) 三一体长( f d m ) 一尾雌鱼产卵前卵巢所怀成熟卵粒数，称为个体绝对繁殖力( f ) ，它代表 了整个繁殖季节的繁殖力。一般情况下，繁殖力的大小同体长相关，可以用下式 来表示【8 5 】： f = 以? ( 2 6 ) 式中：f 一