我國(guó)水生生物的二甲苯基準(zhǔn)閾值探討及其在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的初步應(yīng)用

劉婷婷，鄭欣，閆振廣，劉征濤

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家環(huán)境保護(hù)化學(xué)品生態(tài)效應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

我國(guó)水生生物的二甲苯基準(zhǔn)閾值探討及其在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的初步應(yīng)用

劉婷婷，鄭欣，閆振廣*，劉征濤

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國(guó)家環(huán)境保護(hù)化學(xué)品生態(tài)效應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

搜集篩選了二甲苯對(duì)我國(guó)淡水生物的急、慢性毒性數(shù)據(jù)。物種涵蓋了昆蟲類、甲殼動(dòng)物類、魚類、兩棲動(dòng)物類、環(huán)節(jié)動(dòng)物類、軟體動(dòng)物類、輪蟲類和浮游植物類。數(shù)據(jù)分析表明，甲殼類生物對(duì)二甲苯最為敏感。采用美國(guó)水生生物基準(zhǔn)技術(shù)對(duì)二甲苯水質(zhì)基準(zhǔn)進(jìn)行推算，得出保護(hù)我國(guó)淡水生物的二甲苯急性基準(zhǔn)域值為1.41 mg·L-1，慢性基準(zhǔn)為0.57 mg·L-1。基于獲得的二甲苯基準(zhǔn)值對(duì)我國(guó)部分流域二甲苯的暴露生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)估，結(jié)果表明二甲苯并未對(duì)這些水體中的水生生物造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。本研究將為二甲苯水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和流域水環(huán)境管理提供技術(shù)支持。

水生態(tài)系統(tǒng)；水質(zhì)基準(zhǔn)；物種敏感度分布；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；二甲苯

二甲苯(xylene)為無(wú)色透明、有芳香氣味的揮發(fā)性液體，具有3種同分異構(gòu)體：鄰-二甲苯、間-二甲苯和對(duì)-二甲苯。由于3種異構(gòu)體的毒性差異不明顯，因此國(guó)際上常用“(總)二甲苯”進(jìn)行該物質(zhì)環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)的研究。參照國(guó)際慣例，本文中的二甲苯指總二甲苯。

二甲苯是重要的石油化工產(chǎn)品，存在于汽油和航空燃料中；也是一種重要的溶劑，廣泛應(yīng)用于涂料、油漆、染料等產(chǎn)業(yè)。由于二甲苯具有揮發(fā)性，在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中容易釋放到環(huán)境中造成污染。二甲苯的污染主要來(lái)自于原油泄露、填埋場(chǎng)滲透、農(nóng)藥和化工行業(yè)的廢物排放及汽車尾氣排放等。釋放到環(huán)境中的二甲苯，不僅對(duì)自然環(huán)境造成污染，也對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成危害，已被列入我國(guó)水環(huán)境優(yōu)先控制污染物黑名單[1]。研究顯示人類急性暴露于二甲苯中會(huì)引發(fā)頭暈、頭痛、意識(shí)模糊、肝腎功能受損等癥狀[2]。孕鼠的經(jīng)口染毒實(shí)驗(yàn)表明，二甲苯可造成妊娠小鼠外周血有核細(xì)胞DNA的損傷并導(dǎo)致流產(chǎn)，可對(duì)胚胎產(chǎn)生毒性和致畸性[3-4]。二甲苯的水生生物生態(tài)毒理研究較少，Verschueren[5]研究得到其對(duì)大型溞的LC50為100 mg·L-1；Ferrando和Andreu-Moliner[6]研究發(fā)現(xiàn)二甲苯對(duì)2種輪蟲(Braclubnus calyciflorusa, Braclubnus plicatilis)可產(chǎn)生毒性效應(yīng)，其24 h-LC50分別為252.7 mg·L-1和552.6 mg·L-1；范亞維等[7-8]研究顯示二甲苯可對(duì)斑馬魚、大型溞和霍普水絲蚓產(chǎn)生較大的毒性效應(yīng)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)水體中二甲苯的安全濃度為5.0 mg·L-1。周彤[9]檢測(cè)了3種苯系物(BTEX)對(duì)中華新米蝦、青鳉和食蚊魚的生物毒性，發(fā)現(xiàn)二甲苯的毒性高于甲苯。

鑒于二甲苯的毒性，許多國(guó)家對(duì)其水環(huán)境安全含量做了規(guī)定，如世界衛(wèi)生組織(WHO)在飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定二甲苯基于人類健康保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5 mg·L-1及基于人類感官(嗅覺)的標(biāo)準(zhǔn)限值為0.02 mg·L-1[10]。我國(guó)現(xiàn)行地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參照了WHO公布的標(biāo)準(zhǔn)值，規(guī)定集中式生活飲用水源地的二甲苯標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5 mg·L-1[11]。上述限值主要是基于對(duì)人體健康的保護(hù)，而對(duì)基于水生生物保護(hù)的二甲苯基準(zhǔn)研究較少。目前我國(guó)鄰二甲苯(PX)化工項(xiàng)目設(shè)立較多，部分工程甚至引發(fā)了社會(huì)穩(wěn)定問題，如廈門、大連和寧波的PX事件[12-13]。因此，根據(jù)我國(guó)水環(huán)境特征探討二甲苯的水生生物基準(zhǔn)，對(duì)于全面保護(hù)我國(guó)水生態(tài)系統(tǒng)，科學(xué)評(píng)估PX工程項(xiàng)目的設(shè)立和實(shí)施都具有參考價(jià)值。

對(duì)于水質(zhì)基準(zhǔn)的研究，歐美的一些國(guó)家擁有比較完善的技術(shù)體系和理論研究方法[14-16]。近年來(lái)，我國(guó)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的水質(zhì)基準(zhǔn)技術(shù)方法探討了適用于我國(guó)水域環(huán)境的水質(zhì)基準(zhǔn)方法，并取得了一些進(jìn)展[17-19]。一些學(xué)者也相繼推導(dǎo)出了我國(guó)部分污染物的水質(zhì)基準(zhǔn)閾值，如Yin[20-21]等推導(dǎo)了2,4-二氯苯酚和2,4,6-三氯苯酚的基準(zhǔn)，吳豐昌等[22-26]對(duì)我國(guó)鎘、鋅、銅、鉻(VI)、苯和硝基苯等污染物的水質(zhì)基準(zhǔn)進(jìn)行了研究。目前，國(guó)際上推算水質(zhì)基準(zhǔn)的主流方法為物種敏感度分布法(species sensitivity distribution, SSD)。發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)指南中推薦使用的SSD方法模型主要有3種：對(duì)數(shù)-三角函數(shù)分布模型、對(duì)數(shù)-正態(tài)分布模型和對(duì)數(shù)-邏輯斯蒂函數(shù)分布模型。3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中，美國(guó)的SSD方法以對(duì)數(shù)-三角函數(shù)分布模型為基礎(chǔ)，并且加入了非參數(shù)計(jì)算方法，又稱為物種敏感度排序法(species sensitivity rank, SSR)[27]。SSR是由美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(1985)提出的水質(zhì)基準(zhǔn)制定方法，即基于SSD原理，結(jié)合暴露時(shí)間和暴露頻率，對(duì)具體的目標(biāo)物質(zhì)(污染物)經(jīng)SSD排序數(shù)理推導(dǎo)，可制定2個(gè)值：基準(zhǔn)最大濃度(criteria maximum concentration, CMC)和基準(zhǔn)連續(xù)濃度(criteria continuous concentration, CCC)，為充分考慮生物多樣性，用于推導(dǎo)CMC和CCC的急慢性毒性數(shù)據(jù)至少涉及3個(gè)門、6～8個(gè)科的生物，需有較好的代表性，即要為大多數(shù)(95%以上)生物提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。該方法主要關(guān)注低值的敏感物種，在基準(zhǔn)推算過程中可以降低高值區(qū)間擬合背離產(chǎn)生的誤差[28]，并且將基準(zhǔn)分為急性基準(zhǔn)CMC和慢性基準(zhǔn)CCC，分別應(yīng)對(duì)了突發(fā)性污染事故和長(zhǎng)期暴露污染，比較適合我國(guó)的國(guó)情。

本研究基于二甲苯對(duì)水生生物的急、慢性毒性數(shù)據(jù)的分析，識(shí)別了對(duì)二甲苯最敏感的生物類別；依據(jù)美國(guó)SSR基準(zhǔn)技術(shù)方法，推算得到保護(hù)水生生物的二甲苯急性和慢性基準(zhǔn)閾值，并對(duì)我國(guó)一些流域水環(huán)境二甲苯暴露的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步評(píng)估。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 毒性數(shù)據(jù)收集篩選與SSR分析

搜集二甲苯對(duì)我國(guó)淡水水生生物的急、慢性毒性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源為美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(US EPA)毒性數(shù)據(jù)庫(kù)ECOTOX(http://cfpub.epa.gov/ecotox/)、公開發(fā)表的中、英文文獻(xiàn)以及科研項(xiàng)目研究報(bào)告等，具體可見下文。參照美國(guó)水生生物基準(zhǔn)毒性數(shù)據(jù)篩選原則，對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，原則如下：1)所選擇的物種在我國(guó)境內(nèi)有分布、棲息或較大范圍內(nèi)養(yǎng)殖；所選物種要求基本覆蓋我國(guó)的水生態(tài)系統(tǒng)，代表不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)、生物類群、營(yíng)養(yǎng)類型和生命形式；2)針對(duì)同一種受試生物的多組毒性值，采用這些數(shù)據(jù)的幾何平均值，即種平均急性值(species mean acute values, SMAVs)作為該生物的毒性值；3)針對(duì)同一受試生物在不同生命階段的多組毒性值，采用相對(duì)敏感期的毒性數(shù)據(jù)；4)針對(duì)苯系物這類易揮發(fā)的污染物，以流水式試驗(yàn)為宜，但考慮到實(shí)驗(yàn)的可操作性和數(shù)據(jù)量積累過少，因此本文也搜集了符合試驗(yàn)要求的半靜止和靜止試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)搜集與篩選完成后，對(duì)于同屬生物可計(jì)算其屬平均急性值(genus mean acute values, GMAVs)作為該屬的毒性值。計(jì)算出SMAV或GMAV后，按照數(shù)值大小對(duì)物種敏感性進(jìn)行排序及分析。

1.2 水生生物基準(zhǔn)推導(dǎo)方法

采用SSR方法進(jìn)行二甲苯的水生生物基準(zhǔn)推算，大致步驟如下：

1)將GMAV從低到高排序，并按公式(1)計(jì)算生物屬的累積概率(P)。

P=R/(N+1)

(1)

式中，R為不同GMAV的分配等級(jí)，最小值的等級(jí)為1；N為屬的個(gè)數(shù)。

2)計(jì)算最終急性毒性值FAV(final acute value)：選取4個(gè)累積概率接近0.05的GMAV按照公式(2)～(5)計(jì)算FAV。

(2)

(3)

(4)

FAV=eA

(5)

式中，S、L、A分別為計(jì)算過程中采用的符號(hào)，沒有特殊的含義。

3)計(jì)算最終慢性毒性值FCV(final chronic value)：若可以獲得3門8科物種的慢性毒性數(shù)據(jù)，F(xiàn)CV可以參考FAV的計(jì)算方法推算；數(shù)據(jù)不充足時(shí)，利用公式(6)計(jì)算：

FCV= FAV/FACR

(6)

式中FACR為最終急性慢性毒性比(final acute/chronic ratio)。

4)計(jì)算最終植物值FPV(final plant value)：FPV等于水生植物毒性試驗(yàn)(通常是用藻類所做的96 h試驗(yàn)或者是用水生維管束植物所做的慢性試驗(yàn))結(jié)果中的最小值。

5)最終殘留值FRV(final residue value)：計(jì)算最終殘留值需要獲得該物質(zhì)的最大允許組織濃度(它是有關(guān)部門對(duì)魚油、魚類和貝類的可食用部分的管理水平)和生物富集系數(shù)(通常采用獲得數(shù)據(jù)中的最大值)，然后按式(7)計(jì)算：

FRV=MPTC/BCF

(7)

式中，MPTC為最大允許組織濃度，mg·kg-1；BCF為生物富集系數(shù)，L·kg-1。

6)計(jì)算CMC和CCC:

CMC=FAV/2

(8)

CCC=MIN (FCV, FPV,FRV)

(9)

1.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

搜集二甲苯在不同地表水體中的暴露濃度數(shù)據(jù)，利用風(fēng)險(xiǎn)商值法(RQ, risk quotient)對(duì)其暴露風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行初步評(píng)估，將二甲苯暴露濃度除以獲得的二甲苯水生生物基準(zhǔn)值得到風(fēng)險(xiǎn)商值RQ，若RQ>l，則具有高風(fēng)險(xiǎn)，RQ<1則判斷基本沒有風(fēng)險(xiǎn)[29]。

2 結(jié)果(Results)

2.1 二甲苯的急性基準(zhǔn)閾值CMC

搜集篩選二甲苯對(duì)水生生物的毒性數(shù)據(jù)(表1)，水生生物包含24屬24種，涉及昆蟲類(2種)、甲殼動(dòng)物類(7種)、魚類(10種)、兩棲動(dòng)物類(1種)、環(huán)節(jié)動(dòng)物類(1種)、軟體動(dòng)物類(2種)和輪蟲類(1種)，基本覆蓋了水生態(tài)系統(tǒng)的各生物群落，代表了不同的營(yíng)養(yǎng)級(jí)、營(yíng)養(yǎng)類型和生命形態(tài)。計(jì)算物種的SMAV和GMAV，并根據(jù)GMAV從低到高排序。由表1可見，對(duì)二甲苯最敏感的物種為模糊網(wǎng)紋溞(Ceriodaphnia dubia)，最不敏感的物種為櫛水虱(Asellus aquaticus)，兩者的GMAV相差近600倍。

根據(jù)1.2的計(jì)算方法，將對(duì)二甲苯最敏感的4種生物(模糊網(wǎng)紋溞、細(xì)足米蝦、虹鱒和大型溞)的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(2)～(5)，得出二甲苯的水生生物最終急性毒性值FAV為2.81 mg·L-1，根據(jù)公式(8)得出二甲苯的急性基準(zhǔn)閾值(CMC)為1.41 mg·L-1。

2.2 二甲苯的慢性基準(zhǔn)閾值CCC

二甲苯的水生生物慢性毒性數(shù)據(jù)較少，滿足條件的只有4個(gè)物種(表2)，不符合基準(zhǔn)推算的毒性數(shù)據(jù)要求，因此利用FACR法計(jì)算最終慢性毒性值FCV。根據(jù)物種的急慢性毒性值可分別求得其急慢性比率ACR(表2)，計(jì)算得出鯽魚、斑馬魚和霍普水絲蚓3種生物ACR的幾何平均值為4.9，以該值做為二甲苯的FACR。通過公式(6)計(jì)算得出二甲苯的FCV值為0.57 mg·L-1。

表1 二甲苯的水生生物的急性毒性數(shù)據(jù)

注：SMAVs為種平均急性值，GMAVs為屬平均急性值。

Note: SMAVs stands for species mean acute values; GMAVs stands for genus mean acute values.

最終植物值FPV是植物毒性試驗(yàn)結(jié)果中的最小值。篩選得到的植物毒性數(shù)據(jù)如表3所示，其中羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)的毒性值最小，可將其做為二甲苯的最終植物值，F(xiàn)PV= 4.17 mg·L-1。

很多研究表明，有機(jī)物的生物累積效應(yīng)與其辛醇-水分配系數(shù)Kow密切相關(guān)，Kow越大，有機(jī)物的生物富集效應(yīng)就越顯著。二甲苯的辛醇-水分配系數(shù)較低，其3種異構(gòu)體的logKow分別為3.12、3.20和3.15，說明二甲苯在生物體內(nèi)殘留較小。已有研究顯示，二甲苯在鰻魚體內(nèi)的BCFs為21.4～23.6，在金魚體內(nèi)的BCFs為14.1～14.8，在蝦體內(nèi)的BCF為9，表明二甲苯的生物富集效應(yīng)較低[34-36]。此外，我國(guó)相關(guān)部門并沒有制定二甲苯在水產(chǎn)品中的標(biāo)準(zhǔn)限值，因此在推導(dǎo)最終慢性值時(shí)不考慮最終殘留值FRV。綜上，二甲苯的最終慢性基準(zhǔn)閾值取FCV值，為0.57 mg·L-1。

2.3 流域水體中二甲苯暴露生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析

共搜集到6個(gè)水域的二甲苯暴露濃度數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(表4)，結(jié)果顯示6個(gè)水域中二甲苯暴露濃度均小于其水生生物基準(zhǔn)值，風(fēng)險(xiǎn)商值均小于1，表明所選流域均無(wú)明顯的二甲苯的暴露風(fēng)險(xiǎn)。

表2 二甲苯的最終急性慢性毒性比率

表3 二甲苯的最終植物值

表4 不同流域地表水中二甲苯的暴露濃度及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3 討論(Discussion)

根據(jù)水質(zhì)基準(zhǔn)技術(shù)慣例[43-44]，能保護(hù)95%生物的污染物濃度為水質(zhì)基準(zhǔn)值，因此如果生物的敏感性排序小于5%，可將該生物界定為非常敏感。已有研究顯示，當(dāng)受脅迫的生物分別超過15%和30%時(shí)，污染物引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)可定義為具有明顯風(fēng)險(xiǎn)和一定風(fēng)險(xiǎn)，因此可將物種敏感性排序達(dá)到此限值的生物分類為敏感和較敏感[45]。對(duì)二甲苯敏感(P<30%)的水生生物有7種，其中4種為甲殼類生物，包括水生餌料生物和蝦類(表1)，說明二甲苯對(duì)水生甲殼類毒性較大，需注意防范二甲苯對(duì)蝦蟹養(yǎng)殖業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。一般認(rèn)為水生植物對(duì)于污染物的敏感性要低于水生動(dòng)物，以水生植物的為材料進(jìn)行的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)較少，導(dǎo)致其毒理學(xué)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)少于水生動(dòng)物。羊角月牙藻是淡水水體中常見的綠藻，因其對(duì)水環(huán)境污染的敏感性，被選為環(huán)境毒理試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)藻種[46]。本研究中，羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)的毒性數(shù)據(jù)較低，其對(duì)二甲苯的敏感性僅低于模糊網(wǎng)紋溞(Ceriodaphnia dubia)，但高于所有其他水生動(dòng)植物。以羊角月牙藻為材料進(jìn)行的生態(tài)毒理研究已有較多，但關(guān)于二甲苯對(duì)其的毒性機(jī)理還不清楚，有待于進(jìn)一步研究。

對(duì)于二甲苯慢性基準(zhǔn)的推算，由于符合基準(zhǔn)推算要求的數(shù)據(jù)量不足，因此使用最終急性慢性比FACR進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算FACR一般要求至少3種生物，脊椎、無(wú)脊椎和1種敏感物種的慢性數(shù)據(jù)[31]。本文用于計(jì)算FACR的3種生物包括2種魚類和1種底棲無(wú)脊椎動(dòng)物，其中鯽魚屬于相對(duì)敏感的物種，基本符合計(jì)算要求[47]。由表2可看出，篩選出的4個(gè)物種中，鯉魚的ACR較高，是其他3個(gè)物種ACR的十幾倍。根據(jù)US EPA的基準(zhǔn)文件“對(duì)于急慢性比率差別較大的物種，選擇SMAVs與FAV接近的物種來(lái)計(jì)算FACR”[47]，表2中鯽魚、斑馬魚和霍普水絲蚓3種生物的SMAVs與計(jì)算得出的FAV值2.81 mg·L-1相差較小，而鯉魚的SMAVs則與FAV相差100多倍。因此，在計(jì)算FACR時(shí)不考慮鯉魚的急慢性數(shù)據(jù)。此外，US EPA、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織和澳大利亞等國(guó)家和組織推薦使用的急性慢性比率默認(rèn)值為10[48-50]，與本文推算出的FACR(4.9)相差近2倍，若直接使用默認(rèn)值會(huì)使得出的基準(zhǔn)值偏小，導(dǎo)致環(huán)境管理過程中的“過保護(hù)”狀況。

不同國(guó)家對(duì)于水體中二甲苯的安全濃度閾值有不同的規(guī)定，將本研究得出的二甲苯的水生生物基準(zhǔn)值與荷蘭等國(guó)設(shè)定的二甲苯安全閾值進(jìn)行比較(表5)。結(jié)果顯示，中國(guó)(本研究)的二甲苯基準(zhǔn)閾值低于美國(guó)設(shè)定的相應(yīng)值，且低于中國(guó)和澳大利亞的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但高于其他國(guó)家制定的濃度閾值，并且不同國(guó)家的濃度閾值之間也有較大差別，這種差異主要來(lái)自于不同國(guó)家水環(huán)境特征和生物區(qū)系特征的差異。進(jìn)一步說明我國(guó)不該照搬國(guó)外的基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該以我國(guó)生物區(qū)系生物的毒理學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行基準(zhǔn)推算。為了提高水生生物基準(zhǔn)的科學(xué)性和可靠性，用于推導(dǎo)水生生物基準(zhǔn)的毒性數(shù)據(jù)獲取的原則為：系統(tǒng)的本土物種試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)先原則。優(yōu)先采用我國(guó)具備完善的質(zhì)量保證體系的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)室(如CMA、CNAS、GLP)出具的以本土基準(zhǔn)制定受試物種為試驗(yàn)生物的毒性數(shù)據(jù)。

表5 二甲苯的相關(guān)濃度限值

我國(guó)現(xiàn)行的二甲苯地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是基于人體健康效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，將其與本文推導(dǎo)的二甲苯的水生生物基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)二甲苯的水生生物基準(zhǔn)閾值>健康基準(zhǔn)閾值。這表明我國(guó)現(xiàn)行的地表水標(biāo)準(zhǔn)可以對(duì)人體健康和水生生物均起到保護(hù)作用，對(duì)水生生物存在“過保護(hù)”狀況。

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析表明，中國(guó)幾大水體中，二甲苯的含量均較低，且遠(yuǎn)低于本文推導(dǎo)出的二甲苯的慢性基準(zhǔn)值0.57 mg·L-1，表明二甲苯對(duì)上述水域中的水生生物不存在潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本結(jié)果能在一定程度上反映中國(guó)流域水體中二甲苯的總體暴露風(fēng)險(xiǎn)狀況，具有一定的參考價(jià)值。但由于數(shù)據(jù)有限，評(píng)估結(jié)果也有一定的不確定性。

綜上所述，本研究得出了保護(hù)我國(guó)淡水水生生物的二甲苯急性和慢性基準(zhǔn)值，分別為1.40 mg·L-1和0.57 mg·L-1；且二甲苯對(duì)水生甲殼類生物毒性較大，需注意防范二甲苯對(duì)蝦蟹養(yǎng)殖業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；二甲苯的水生生物基準(zhǔn)閾值(0.57 mg·L-1)>現(xiàn)行的二甲苯標(biāo)準(zhǔn)限值(健康) (0.5 mg·L-1)>感官(嗅覺)基準(zhǔn)值(0.02 mg·L-1)，表明我國(guó)現(xiàn)行的二甲苯地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)人體健康和水生生物均起到保護(hù)作用，但對(duì)水生生物存在“過保護(hù)”狀況。

[1] 周文敏, 傅德黔, 孫宗光. 中國(guó)水中優(yōu)先控制污染物黑名單的確定[J]. 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù), 1992, 3(4): 18-20

[2] 毛跟年, 許牡丹, 黃建文. 環(huán)境中有毒有害物質(zhì)與分析檢測(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 122-124

[3] 呂丹瑜, 劉雅瓊, 劉寧, 等. 二甲苯對(duì)妊娠小鼠及胚胎發(fā)育的毒性作用[J]. 解剖學(xué)報(bào), 2006, 37(3): 355-359

Lv D Y, Liu Y Q, Liu N, et al. Toxic effects of xylene on pregnancy and embryonic development of mice [J]. Acta Anatomica Sinica, 2006, 37(3): 355-359 (in Chinese)

[4] Campbell M, Kim A N. Evidence on the Developmental and Reproductive Toxicity of Xylene [M]. Oakland: Reproductive and Cancer Hazard Assessment Branch Office of Environmental Health Hazard Assessment California Environmental Protection Agency, 2012: 36-46

[5] Verschueren K. Handbook of Environmental Data on Organic Chemicals [M]. New York: Van Nostrand Reinhold Company, Limited, 1983: 3110-3182

[6] Ferrando M D, Andreu-Moliner E. Acute toxicity of toluene, hexane, xylene, and benzene to the rotifers Brachionus calyciflorus and Brachionus plica Tilis [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 1992, 49: 266-271

[7] 范亞維, 周啟星. 水體中甲苯、乙苯和二甲苯對(duì)斑馬魚的毒性效應(yīng)[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2009, 4(1): 136-141

Fan Y W, Zhou Q X. Toxic effects of toluene, ethylbenzene and xylene in waters on zebrafish Brachydanio rerio [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2009, 4(1): 136-141 (in Chinese)

[8] 范亞維, 周啟星, 王媛媛, 等. 水體BTEX污染對(duì)大型溞和霍普水絲蚓的毒性效應(yīng)及水環(huán)境安全評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 29(7): 1485-1490

Fan Y W, Zhou Q X, Wang Y Y, et al. Toxic effects of BTEX in water on Daphnia magna and Limnodrilus hoffmeisteri and safety assessment of the aquatic environment [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2009, 29(7): 1485-1490 (in Chinese)

[9] 周彤. 基于三種水生生物的我國(guó)水環(huán)境BTEX基準(zhǔn)研究[D]. 天津: 南開大學(xué), 2011: 27-47

Zhou T. Research of ambient water quality criteria for BTEX in China based on three kinds of aquatic life [D]. Tianjin: Nankai University, 2011: 27-47 (in Chinese)

[10] World Health Organization. Guidelines for drinking-water quality [R]. Geneva: WHO, 2008

[11] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. GB3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002

[12] 張倪. 反思各地PX現(xiàn)象[N]. 中國(guó)經(jīng)濟(jì)時(shí)報(bào), 2013-5-17(7)

[13] 封佳俊. 對(duì)二甲苯(PX)項(xiàng)目中國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀與思考[D]. 上海: 上海外國(guó)語(yǔ)大學(xué), 2014: 24

Feng J J. The development situation and reflection onPX products in China [D]. Shanghai: Shanghai International Studies University, 2014: 24(in Chinese)

[14] US Environmental Protection Agency. Quality Criteria for Water [M]. Washington DC: Office of Water Regulations and Standards, 1986: 1-477

[15] CCREM (Canadian Council of Resource and Environment Ministers). Canadian water quality guidelines [R]. Winnipeg, Manitoba: Canadian Council of Ministers of the Environment, 1999

[16] 張瑞卿, 吳豐昌, 李會(huì)仙, 等. 中外水質(zhì)基準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)和存在的問題[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2010, 29: 2049-2056

Zhang R Q, Wu F C, Li H X, et al. Water quality criteria at home and abroad: Development trend and existed problems [J]. Chinese Journal of Ecology, 2010, 29: 2049-2056 (in Chinese)

[17] 吳豐昌, 孟偉, 宋永會(huì), 等. 中國(guó)湖泊水環(huán)境基準(zhǔn)的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 28(12): 2385-2393

Wu F C, Meng W, Song Y H, et al. Research progress in lake water quality criteria in China [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2008, 28(12): 2385-2393 (in Chinese)

[18] 馮承蓮, 吳豐昌, 趙曉麗, 等. 水質(zhì)基準(zhǔn)研究與進(jìn)展[J]. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 2012, 42(5): 646-656

Feng C L, Wu F C, Zhao X L, et al. Water quality criteria research and progress[J]. Science China: Earth Sciences, 2012, 42(5): 646-656 (in Chinese)

[19] Feng C L, Wu F C, Zhao X L, et al. Water quality criteria research and progress[J]. Science China: Earth Sciences, 2012, 55(6): 882-891

[20] Yin D Q, Hu S Q, Jin H J, et al. Deriving freshwater quality criteria for 2,4,6-triehlorophenol for protection of aquatic life in China [J]. Chemosphere, 2003, 52: 67-73

[21] Yin D Q, Jin H J, Yu L W, et al. Deriving freshwater quality criteria for 2, 4-diehlorophenol for protection of aquatic life in China [J]. Environmental Pollution, 2003, 122: 217-222

[22] 吳豐昌, 馮承蓮, 曹宇靜, 等. 鋅對(duì)淡水生物的毒性特征與水質(zhì)基準(zhǔn)的研究[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2011, 6(4): 367-382

Wu F C, Feng C L, Cao Y J, et al. Toxicity characteristic of zinc to freshwater biota and its water qualitycriteria[J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2011, 6(4): 367-382 (in Chinese)

[23] 吳豐昌, 馮承蓮, 曹宇靜, 等. 我國(guó)銅的淡水生物水質(zhì)基準(zhǔn)研究[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2011, 6(6): 617-628

Wu F C, Feng C L, Cao Y J, et al. Aquatic life ambient freshwater quality criteria for copper in China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2011, 6(6): 617-628 (in Chinese)

[24] 吳豐昌, 孟偉, 曹宇靜, 等. 鎘的淡水生物水質(zhì)基準(zhǔn)研究[J].環(huán)境科學(xué)研究, 2011, 24(2): 172-184

Wu F C, Meng W, Cao Y J, et al. Derivation of aquatic life water quality criteria for cadmium in freshwater in China [J]. Research of Environmental Sciences, 2011, 24(2): 172-184 (in Chinese)

[25] 吳豐昌, 孟偉, 張瑞卿, 等. 保護(hù)淡水水生生物硝基苯水質(zhì)基準(zhǔn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2011, 24(1): 1-10

Wu F C, Meng W, Zhang X Q, et al. Aquatic life water quality criteria for nitrobenzene in freshwater[J]. Research of Environmental Sciences, 2011, 24(1): 1-10 (in Chinese)

[26] 吳豐昌, 馮承蓮, 張瑞卿, 等. 我國(guó)典型污染物水質(zhì)基準(zhǔn)研究[J]. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 2012, 42(5): 665-672

Feng C L, Wu F C, Zhao X L, et al. Derivation of water quality criteria for representative water-body pollutants in China [J]. Science China: Earth Sciences, 2012, 42(5): 665-672 (in Chinese)

[27] 閆振廣, 孟偉, 劉征濤, 等. 我國(guó)淡水生物氨氮基準(zhǔn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2011, 32(6): 1564-1570

Yan Z G, Meng W, Liu Z T, et al. Development of freshwater aquatic life criteria for ammonia in China[J]. Environmental Science, 2011, 32(6): 1564-1570 (in Chinese)

[28] Leeuwen L J V, Vermeire T G. Risk Assessment of Chemicals: An Introduction (2nd Edition) [M]. Bilthoven: Springer, 2007: 338-341

[29] 張思鋒, 劉晗夢(mèng). 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法述評(píng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(10): 2735-2744

Zhang S F, Liu H M. Review of ecological risk assessment methods[J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(10): 2735-2744 (in Chinese)

[30] US Environmental Protection Agency. ECOTOX Database [EB/OL].(2014-10-10) [2014-10-10]. http://cfpub.epa.gov/ecotox/

[31] 周啟星, 羅義. 我國(guó)水環(huán)境BTEX污染的修復(fù)限值研究[R]. 天津: 南開大學(xué), 2013

[32] 李學(xué)峰, 周啟星, 羅義. 甲苯、乙苯和二甲苯對(duì)中華新米蝦的毒性效應(yīng)[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2013, 33(3): 530-537

Li X F, Zhou Q X, Luo Y. Toxic effects of toluene, ethylbenzene and xylene on Neocaridina denticulata sinensis [J]. China Environmental Science, 2013, 33(3): 530-537 (in Chinese)

[33] 黃曉容, 鐘成華, 鄧春光. 苯胺、二甲苯和硝基苯對(duì)白鰱的急性毒性研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(25): 10908-10909

Huang X R, Zhong C H, Deng C G. The preliminary experiment on acute toxicities of aniline, xylene and nitrobenzene to silver carp[J]. Journal of Anhui Agriculture Science, 2008, 36(25): 10908-10909 (in Chinese)

[34] Ogata M, Hobara T. A new direct method for colorimetric determination of hippuric acid and methylhippuric acid as indices of toluene and m-xylene, and its application to workers using thinner [J]. Industrial Health, 1979, 17: 61-72

[35] Ogata M, Fujisawa K, Ogino Y, et al. Partition coefficients as a measure of bioconcentration potential of crude oil compounds in fish and shellfish [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 1984, 33: 561-567

[36] Sanborn H R, Malins D C. The disposition of aromatic hydrocarbonsin adult spot shrimp (Pandalus platyceros) and the formation of metabolites of naphthalene in adult and larval spot shrimp [J]. Xenobiotica, 1980, 10: 193-200

[37] 李巍, 郝立波, 陸繼龍, 等. 第二松花江中下游水體中苯系物含量及分布特征[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2008, 34(2): 18-20

Li W, Hao L B, Lu J L, et al. Content and distribution characteristics of BTEX of water body in middle and lower reaches of second Songhua River[J]. Environment Protection Science, 2008, 34(2): 18-20 (in Chinese)

[38] 王若師, 張嫻, 許秋瑾, 等. 東江流域典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水源地有機(jī)污染物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 32(11): 2874-2883

Wang R S, Zhang X, Xu Q J, et al. Health risk assessment of organic pollutants in typical township drinking water sources of Dongjiang River Basin [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012, 32(11): 2874-2883 (in Chinese)

[39] 王子健, 呂怡兵, 王毅, 等. 淮河水體取代苯類污染及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 22(3): 300-304

Wang Z J, Lv Y B, Wang Y, et al. Assessing the ecological risk of substituted benzenes in Huaihe River, China [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2002, 22(3): 300-304 (in Chinese)

[40] 吳宗龍, 張苗云. 金華江流域有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)與調(diào)查分析[C]. 浙江: 浙江大學(xué)出版社, 2005

[41] 潘靜, 黃毅, 楊永亮, 等. 沈陽(yáng)地區(qū)地表水、淺層地下水及沿岸土壤中苯系物的污染分布[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2010, 23(1): 14-19

Pan J, Huang Y, Yang R L, et al. Contamination distribution of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene insurface water, shallow groundwater and the adjacent soils from Shenyang area[J]. Research of Environment Sciences, 2010, 23(1): 14-19 (in Chinese)

[42] 尚菊紅. 長(zhǎng)治市地表水及工業(yè)廢水中苯系物的監(jiān)測(cè)[J]. 環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài), 2005(1): 50-52

[43] US Environmental Protection Agency. Guidelines for deriving numerical national water quality criteria for the protection of aquatic organisms and their uses (PB85-227049) [R]. Washington DC: US EPA, 1985: 1-98

[44] Canadian Council of Ministers of the Environment. A protocol for the derivation of water quality guidelines for the protection of aquatic life 2007 [R]. Ottawa, Canada: CCME, 2007: 1-37

[45] 閆振廣, 劉征濤, 孟偉. 遼河流域六價(jià)鉻和無(wú)機(jī)汞應(yīng)急水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 中國(guó)工程科學(xué), 2013, 15(3): 26-32

Yan Z G, Liu Z T, Meng W. Development of emergency water quality standards for Cr6+and Hg2+in Liaohe River basin [J]. Chinese Engineering Science, 2013, 15(3): 26-32 (in Chinese)

[46] International Organization of Standardization. Water Quality- Fresh water algal growth inhibition test with Scendemus subspicatus and Selenastrum capricornutum [S]. Geneva, Switzerland: ISO, 1989

[47] Stephen C E, Mount D I, Hansen D J, et al. Guidelines for deriving numerical national water quality criteria for the protection of aquatic organisms and their uses [R]. Washington DC: Office of Research and Development, 2010

[48] US Environmental Protection Agency. Quality criteria for water [R]. Washington DC: US Department of Commerce, 1986

[49] Organisation for Economic Cooperation and Development. Report of the OECD workshop on extrapolation of laboratory aquatic toxicity data to the real environment [R]. Paris: OECD, 1992

[50] Mstj W. Derivation of the Australian and New Zealand water quality guidelines for toxicants [J]. Australian Journal of Ecotoxicology, 2002, 7: 123-136

[51] Van Leeuwen L C. Environmental fish limits for xylene (m-,o-, p-xylene) [R]. Bilthoven: National Institute for Public Health and the Environment, 2009

[52] Australian and New Zealand Environment and Conservation Council and Agriculture and Resource Management Council of Australia and New Zealand. Australia and New Zealand guidelines for fresh and marine water quality [R]. Canberra: ANZECC and ARMCANZ, 2000

[53] National Health and Medical Research Council and Natural Resource Management Ministerial Council. Australian drinking water guidelines [R]. Canberra: NHMRC and NRMMC, 2004

[54] Ministry of Environment Province of British Columbia. Ambient aquatic life guidelines for xylene-overview report [R]. Kamloops: MEPBC, 2006

[55] Canadian Council of Ministers of the Environment. Ambient aquatic life guidelines for xylene [R].Winnipeg: Science and Information Branch Water Stewardship Division Ministry of Environment, 2007

[56] 《凈水技術(shù)》編輯部.編輯. 新日本水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[J]. 凈水技術(shù), 1995, 54(4): 47

[57] US Environmental Protection Agency. Explanation of PAH benchmark calculations using EPA PAH ESB, approach originally developed by Dave Mount, ORD Duluth [EB/OL]. [2010-06-23] (2014-10-10). http://www.epa.gov/bpspill/water/explanation-of-pah-benchmark-calculations-20100622.pdf

[58] US Environmental Protection Agency. National primary drinking water standards [R]. Washington DC: US EPA, 2003

◆

Derivation of Freshwater Aquatic Life Water Quality Criteria for Xylene and Their Preliminary Application in Risk Assessment in China

LiuTingting, ZhengXin, Yan Zhenguang*, Liu Zhengtao

State Key Laboratory for Environmental Criteria and Risk Assessment, State Environment Protection Key Laboratory of Ecological Effects and Risk Assessment of Chemicals, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

27 October 2014 accepted 21 November 2014

Ecotoxicity data of xylene to resident freshwater organisms in China were collected and screened. The freshwater organisms covered insect, crustacean, fish, amphibian, annelids, mollusk, rotifer and phytoplankton. Analysis of the ecotoxicity data showed that crustacean species were the most sensitive to xylene. The freshwater aquatic life criteria for xylene were calculated according to the technical guidelines of the US. The acute and chronic criteria threshold values of xylene were determined at 1.41 mg·L-1and 0.57 mg·L-1, respectively. These values were then adopted to perform preliminary ecological risk assessment on the exposure levels of xylene in some freshwater ecosystems in China. The results of risk assessment showed that xylene didn't pose potential risk to aquatic organism in these waterbodies. This study will provide valuable information for the revision of the water quality standard of xylene and management of ambient water environment.

freshwater ecosystem; water quality criteria; species sensitivity distribution; ecological risk assessment; xylene

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07501-003-06)；科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2014FY120600)

劉婷婷(1988-)，女，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境基準(zhǔn)，E-mail: tingting1308@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: zgyan@craes.org.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20141027001

2014-10-27 錄用日期：2014-11-21

1673-5897(2015)1-130-09

X171.5

A

閆振廣(1972—)，男，博士，副研究員，研究方向?yàn)樗|(zhì)基準(zhǔn)與生態(tài)毒理學(xué)，發(fā)表論文50余篇。

劉婷婷, 鄭欣, 閆振廣, 等. 我國(guó)水生生物的二甲苯基準(zhǔn)閾值探討及其在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的初步應(yīng)用[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2015, 10(1): 130-138

Liu T T, Zheng X, Yan Z G, et al. Derivation of freshwater aquatic life water quality criteria for xylene and their preliminary application in risk assessment in China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(1): 130-138 (in Chinese)