黄河流域阿特拉津的水质基准研究_刘萌硕.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07204-002-05);河南省高等学校重点科研项目(19B610004);郑州大学大学生创新创业训练项目(20202cxcy127)第一作者:刘萌硕(1997),女,硕士研究生,研究方向为水质基准与水生态评价,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20210901002刘萌硕,王召丁,马云龙,等.黄河流域阿特拉津的水质基准研究J.生态毒理学报,2022,17(6):400-408Liu M S,Wang Z D,Ma Y L,et al.Water quality criteria for atrazine in the Yellow River Basin J.Asian Journal of Ecotoxicology,2022,17(6):400-408(in Chinese)黄河流域阿特拉津的水质基准研究刘萌硕,王召丁,马云龙,刘梦洁,高曌,李宛星,王莉*郑州大学生态与环境学院,郑州 450001收稿日期:2021-09-01 录用日期:2021-10-31摘要:为保护我国黄河流域的水生生物,基于文献整理了黄河流域的水生生物清单,并采用物种敏感度分布法和毒性百分数排序法对阿特拉津水生生物水质基准进行推导。首先通过比较分析,将毒性百分数排序法推导得出的短期水质基准值 14.20g L-1和长期水质基准值 2.85 g L-1作为黄河流域阿特拉津的水生生物水质基准推荐值。其次通过分析相关水质标准中阿特拉津的限值,发现推导出的长期水质基准值与中国地表水环境质量标准阿特拉津的浓度阈值十分接近。研究结果可以为黄河流域水生生物保护和农业高质量发展提供数据支撑。关键词:阿特拉津;黄河流域;物种敏感度分布法;毒性百分数排序法;水质基准;水质标准文章编号:1673-5897(2022)6-400-09 中图分类号:X171.5 文献标识码:AWater Quality Criteria for Atrazine in the Yellow River BasinLiu Mengshuo,Wang Zhaoding,Ma Yunlong,Liu Mengjie,Gao Zhao,Li Wanxing,Wang Li*College of Ecology and Environment,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,ChinaReceived 1 September 2021 accepted 31 October 2021Abstract:In order to protect aquatic organisms of the Yellow River Basin of China,this study reviewed the cata-logue of aquatic organisms in the Yellow River Basin.For atrazine,its criteria of aquatic biological water quality(ABWQ)was deduced by employing both species sensitivity distribution curve method and toxicity percentageranking method.Firstly,the comparative analysis based on the toxicity percentage ranking method deduced theshort-term and long-term ABWQ were 14.20 g L-1and 2.85 g L-1respectively.They were regarded as the rec-ommend values for atrazines ABWQ values in the Yellow River Basin.Secondly,by comparing with the thresh-old values of atrazine in other relevant waters,it is found that the deduced long-term ABWQ value was extremelyclose to the threshold of atrazine in the Environmental Quality Standards for Surface Water of China.The researchresults can provide data for supporting the protection of aquatic organisms in the Yellow River Basin and the high-quality development of agriculture.Keywords:atrazine;the Yellow River Basin;species sensitivity distribution curve method;toxicity percentageranking method;water quality criteria;water quality standard第 6 期刘萌硕等:黄河流域阿特拉津的水质基准研究401 阿特拉津(C8H14ClN5)的高效性和化学稳定性使其成为世界上最常用的除草剂之一,全球年消费量可达 70 000 90 000 t,中国 2013 年消费量达23 000 t1-2。美国环境保护局(US EPA)2007 年将其列为潜在地下水污染的优先化学物质,联合国世界卫生组织 2017 年将其列为类致癌物,欧盟已于2003 年 10 月禁止使用阿特拉津3,但目前为止,美国和中国等地仍在使用2。农业生产中使用大量的除草剂以确保作物质量及产量,但其残留物会产生严重的环境问题4-5。作为一种广泛使用的除草剂,阿特拉津及其代谢物在环境中可持续存在数十年6,会导致地表水和地下水的污染,明显的迁移特性导致在海水和冰中7也曾检测到它们的踪迹。此外,由于阿特拉津能与自然环境因素相互作用,且其残留效应难以消除,因此它会对生态系统产生源源不断的威胁8-9。阿特拉津会对水环境中鱼类、甲壳类动物、蠕虫和啮齿动物等生物造成毒害作用10;它的存在会对内分泌、中枢神经和免疫系统产生威胁11;此外,阿特拉津还可触发人体内卵巢癌细胞芳香化酶活性12,并导致精液质量变差、睾丸癌发病率增加13。目前关于阿特拉津的研究多集中在生物毒性,部分集中在污染特征14-15,自梁霞16以长江三角洲研究对象,最终推荐阿特拉津短期、长期水质基准值为2.60 g L-1和0.0071 g L-1后,关于我国其他流域阿特拉津水质基准的研究鲜有报道,且尚未有相应的国家水质基准。而黄河作为我国北方地区的重要水源,大约有 15%的农业灌溉面积和 12%的中国人口的供水依赖于黄河17,在我国阿特拉津污染呈现北高南低的趋势18,对其展开研究势在必行。此外,我国地表水环境质量标准中虽制定了阿特拉津的限值,但在制定时主要依据的是美国、欧洲等发达国家及国际组织的相关水质标准和水生生物毒性数据19,并非基于我国水生生物相关毒理学研究得出,无法保证能因地制宜地保护我国水生生物。考虑到阿特拉津自身的危害,黄河流域水安全的重要性,亟待填补目前黄河流域阿特拉津水质基准研究的空白,制定出符合中国黄河流域生物区系特征的阿特拉津水生生物水质基准。为使推导的水生生物水质基准符合黄河流域的特征,基于文献资料整理了黄河流域的水生生物清单,结合阿特拉津对黄河流域水生生物的急性和慢性毒性效应,分别采用淡水水生生物水质基准制定技术指南(HJ 8312017)中推荐使用的物种敏感度分布法(SSD 法),以及美国环境保护局(USEPA)推荐使用的毒性百分数排序法(SSR 法)进行水生生物水质基准推导,以保证推导结果的准确性,并对国内外相关水环境标准/基准进行讨论分析,以期为黄河流域阿特拉津水质基准制定和水生态环境管理提供科学依据。1 材料与方法(Materials and methods)1.1 数据筛查水生生物初筛:基于现有文献资料,最初以“黄河、水生生物”为主题词进行查找,之后又以“黄河、水生植物、鱼类、浮游生物、植物、底栖动物和两栖动物等”为主题词进行详细检索,数据收集截止时间为2019 年12 月,最终参考黄河鱼类志以及55 篇文献进行黄河流域水生生物清单梳理。主要统计的水生生物类型有鱼类、底栖动物、浮游动物、浮游植物、水生植物和两栖动物。在黄河流域水生生物清单的基础上进行毒理数据初筛,使推导基准结果更符合黄河流域生物特征。毒性数据筛选:阿特拉津的淡水水生生物毒性数据来自 US EPA 的 ECOTOX 数据库(http:/cfpub.Epa.Gov/ecotox/)和公开发表的中英文相关文献,中文文献源于中国知网数据库,以“阿特拉津、莠去津、毒性、生物毒性、急性毒性和半数致死浓度等”为主题词进行检索,英文文献源于 ScienceDirect 数据库,以“atrazine toxicity、reproductive toxicity 等”为主题词进行检索,数据收集截止时间为 2020 年 12月。依据 US EPA 基准技术指南及我国淡水水生生物水质基准制定技术指南(HJ 8312017)的要求进行数据筛选,对筛选后的毒性数据使用 Sha-piro-Wilk 检验方法进行正态分布检验,P0.05 则认为(对数转换)数据符合正态分布。1.2 水质基准推导方法目前应用较多的水生生物水质基准推导方法主要有 SSD 法、SSR 法等。SSD 法因原理易懂、计算简单和应用方便受到研究者关注20,建立物种敏感度分布曲线的一般步骤包括:(1)毒性数据获取;(2)数据处理;(3)曲线拟合;(4)5%危害浓度(HC5)的计算21。本研究中 SSD 法的推导过程参考已有文献22进行。SSR 法将污染物的急性和慢性毒性效应分开考虑,推导的一般步骤是:(1)毒性数据获取;(2)得到属内急性平均值并从低到高排序;(3)得出最终急性值(FAV)、最终慢性值(FCV)、最终植物值(FPV)、402 生态毒理学报第 17 卷最终残留值(FRV);(4)计算得到基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)23。该法简单易行,主要依据公式计算,可操作性和可视性强24,本研究中 SSR法的推导过程参考已有文献23进行。2 结果与讨论(Results and discussion)基于文献整理了黄河流域水生生物清单,发现黄河流域现有鱼类 205 种,占水生生物总类别的40.04%,优势物种有餐条、鲫鱼、鲶鱼、黄颡鱼和鲤鱼;现有底栖动物 49 种,占 9.57%,优势物种有摇蚊幼虫、钩虾、椭圆萝卜螺和寡毛类;现有浮游动物 89种,占 17.38%,优势物种有变形虫、沙壳虫等;现有浮游植物 145 种,占 28.32%,优势物种有微小平裂藻、角甲藻等;现有水生植物 17 种,占 3.32%;现有两栖类动物 7 种,占 1.37%。以上水生生物统计结果将为后期毒性数据初步筛选提供依据,有助于充分利用黄河流域现有水生生物进行毒性数据初筛,并结合受试物种要求进一步筛选,解决黄河流域本土毒性数据缺乏的问题。2.1 阿特拉津对水生生物的毒性数据本研究从 ECOTOX 数据库共导出 10 431 条阿特拉津毒性数据,另外补充 12 条文献的中阿特拉津毒性数据。首先,根据 4 d急性毒性暴露时间1d 以及慢