一种对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价的方法

摘要

本发明公开了一种对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价的方法。该方法为：以日本刺沙蚕Neanthesjaponica作为受试生物；对沉积物进行高温烘烤；设置沉积物暴露浓度梯度，将高温烘烤后的沉积物盛放在堆放有卵石的玻璃容器内，每个容器内的沉积物中放置几只沙蚕，控制一定的试验条件进行试验；暴露一定时间后，计算出每组试样不同暴露浓度下沙蚕逃避到卵石堆中的个体数，建立沙蚕趋避率与沉积物暴露浓度之间的剂量-效应关系方程，并由此计算半数趋避率LC50，以LC50值的大小评估沉积物中重金属的生物毒性大小。本发明提供的评价方法灵敏度高，操作方便，显示直观，便于进行现场监控，模拟了自然环境下沉积物中重金属对环境中典型生物的毒性效应，实验结果客观真实。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过日本刺沙蚕趋避效应率对水体沉积物中重金属生态毒 性进行评价的方法，可应用于对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价。

背景技术

重金属在地表环境中不能被微生物降解，具有累积效应，影响人类健康。重 金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。根据“突变率”毒理学评价，重 金属在所有污染物质中仅次于杀虫剂占第二位，进入水体的重金属又绝大部分迅 速地转移至沉积物或悬浮物中，悬浮物在被水流搬运过程中也可逐渐转变为沉积 物。沉积物成了重金属污染物的载体和“蓄积库”。水体沉积物重金属的生物毒性 或生态风险是当前水环境重金属研究的热点问题之一。目前的方法主要采用瑞典 学者1980年提出的潜在生态危害指数法(Potentialeco-logicalriskindex)来评价重 金属污染。该方法主要是评估潜在危害，且需要大量的基础数据做支持。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便、显示直观、灵 敏度高、便于进行现场监控的对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价的方法。

本发明的技术方案如下：

一种对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价的方法如下：以一种沙蚕即日 本刺沙蚕Neanthesjaponica作为受试生物；对沉积物进行高温烘烤，去除异味； 设置沉积物暴露浓度梯度，将高温烘烤后的沉积物与洁净土壤混合并加水调节含 水率到70%～80%后，放到玻璃容器内进行试验，玻璃容器内的空间划分成左右 两部分，其中一部分空间内堆放沉积物（即沉积物与洁净土壤的混合物，以下简 称沉积物），另一部分空间内堆放没有污染又适合沙蚕生活的其它介质（如卵石、 泥沙或玻璃珠等）；在每个玻璃容器内的沉积物中放置一定数量的沙蚕，在适合 沙蚕生存的一定的温度、盐度试验条件下进行试验；沙蚕在重金属污染沉积物中 暴露一定时间后，计算出每组试样不同沉积物暴露浓度下沙蚕从沉积物中逃避到 其它介质堆中的个体数，建立沙蚕趋避率与沉积物暴露浓度之间的剂量-效应关 系方程；并根据上述方程计算出半数趋避率LC₅₀（引起一半的沙蚕发生趋避的 沉积物暴露浓度），以LC₅₀值的大小评估沉积物中重金属的生物毒性大小。

适合日本刺沙蚕生存的环境温度一般在1～35℃，盐度在0.1～3.7%，可在 上述范围内选择一定的温度、盐度试验条件进行试验，一般在沙蚕成活率最高的 温度范围23～27℃，盐度范围2～3%中选择一个特定的温度、盐度条件作为较佳 试验条件。

优选方案，一种对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价的方法，具体按如 下步骤实施：

（1）受试生物（沙蚕）的选取

选择湿重为400-500mg且需要2个月左右才能变为沙蚕异体（即性成熟沙蚕） 的日本刺沙蚕(Neanthesjaponica)作为受试生物。

（2）沉积物前处理

对重金属污染沉积物在180℃下高温烘烤30min，确保沉积物没有异味，通 过高温消解沉积物中的有机物。

（3）设置沉积物暴露浓度梯度

将（0g、50g、100g、150g、200g、250g、300g）的重金属污染沉积物分别 与（1000g、950g、900g、850g、800g、750g、700g）的洁净土壤混合，加入蒸 馏水调节沉积物含水率到70%～80%，放置于尺寸为20cm×20cm×20cm（长×宽 ×高）的玻璃容器的一半10cm×20cm×20cm（长×宽×高）空间内，另一半 10cm×20cm×20cm（长×宽×高）空间内堆放卵石，卵石直径在1～3厘米的最 佳，容器内沉积物的高度与卵石堆的高度基本相同（一样高），约为容器高度的 1/3～1/2。沙蚕以10只为一组随机分配到不同暴露浓度的沉积物中，每个试样 做3组平行试验。

（4）设置试验条件进行试验

实验室培养的环境为25±1℃、盐度为3%、黑暗与光照各12h、DO≥6mg/L。 每天向各个培养容器中的沉积物和卵石这两部分中各加入干重为1g的鱼胶粉喂 养沙蚕。

（5）试验数据分析

沙蚕在重金属污染沉积物中暴露2h、24h后，计算出每组试样不同沉积物暴 露浓度下沙蚕从沉积物中逃避到卵石堆中的个体数,建立沙蚕趋避率与沉积物暴 露浓度之间的剂量-效应关系方程；并根据上述方程计算出半数趋避率LC₅₀值， 以LC₅₀值的大小评估沉积物中重金属的生物毒性大小。

上述方法中，步骤(1)和步骤(2)可交换顺序或同时进行。

选择试验玻璃容器的尺寸为20cm×20cm×20cm，可保证沉积物充分暴露， 并保证供氧量足够。

本发明的有益效果：

本发明一种对水体沉积物中重金属生态毒性进行评价的方法，是基于水环境 重金属对试验生物的生物毒性建立的一种生态毒性评价方法，具有灵敏度高，操 作方便，显示直观，便于进行现场监控等优点；该方法模拟了自然环境下沉积物 中重金属对环境中典型生物的毒性效应，实验结果客观真实，可以与潜在生态危 害指数法互为补充。

附图说明

图1是实施例1杨盛河-月浦沉积物与沙蚕趋避效应（2h）的剂量-效应关 系图；

图2是实施例1杨盛河-月浦沉积物与沙蚕趋避效应（24h）的剂量-效应关 系图；

图3是实施例2淀浦河-南门桥沉积物与沙蚕趋避效应（2h）的剂量-效应 关系图；

图4是实施例2淀浦河-南门桥沉积物与沙蚕趋避效应（24h）的剂量-效应 关系图；

图5是实施例3蕴藻浜-沪太路沉积物与沙蚕趋避效应（2h）的剂量-效应 关系图；

图6是实施例3蕴藻浜-沪太路沉积物与沙蚕趋避效应（24h）的剂量-效应 关系图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例及附图对本发明作进一步详细的说明。这些实施例在 以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过 程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1沙蚕暴露于杨盛河-月浦沉积物环境下的趋避效应试验

一、试验步骤：

1、选择湿重为400-500mg且需要2个月左右才能变为沙蚕异体（即性成熟 沙蚕）的日本刺沙蚕(Neanthesjaponica)作为受试生物。

2、对重金属污染沉积物在180℃下高温烘烤30min，确保沉积物没有异味。

3、将（0g、50g、100g、150g、200g、250g、300g）的重金属污染沉积物分 别与（1000g、950g、900g、850g、800g、750g、700g）的洁净土壤混合，加 入蒸馏水调节沉积物含水率到70%～80%，放置于尺寸为20cm×20cm×20cm（长 ×宽×高）的玻璃容器的一半10cm×20cm×20cm（长×宽×高）空间内，另一 半10cm×20cm×20cm（长×宽×高）空间堆放卵石，卵石直径在1～3厘米，容 器内沉积物的高度与卵石堆的高度基本相同，约为容器高度的1/3。沙蚕以10 只为一组随机分配到不同暴露浓度的沉积物中，每个试样做3组平行试验。

4、进行实验室培养，培养环境为25±1℃、盐度为3%、黑暗与光照各12h、 DO≥6mg/L。每天向各个培养容器中的沉积物和卵石这两部分中各加入干重为1g 的鱼胶粉喂养沙蚕。

5、试验数据分析：

沙蚕在重金属污染沉积物中暴露2h、24h后，计算出每组试样不同沉积物 暴露浓度下沙蚕从沉积物中逃避到卵石堆中的个体数,建立沙蚕趋避率与沉积物 暴露浓度之间的剂量-效应关系方程；并根据上述方程计算出半数趋避率LC₅₀值，以LC₅₀值的大小评估沉积物中重金属的生物毒性大小。

二、试验结果：

随着沉积物添加量所占比例（即沉积物暴露浓度）的升高，沙蚕的趋避率 逐渐增加，二者之间呈现明显的剂量-效应关系；在相同沉积物暴露浓度处理下， 随着暴露时间延长，沙蚕的趋避率逐渐增加，但LC₅₀随着沉积物暴露时间的延长 而降低。

沙蚕暴露2h趋避率（y）与杨盛河-月浦沉积物暴露浓度（x）之间呈线性关 系，且符合方程：Y=0.0005X²+0.2648X，R²=0.9921。根据上述方程，沉积物对沙 蚕2h的急性毒性试验的理论LC₅₀为147.65g·kg^-1。（见图1）

沙蚕暴露24h趋避率（y）与沉积物暴露浓度（x）之间呈线性关系，且符合 方程：Y=0.0003X²+0.3441X，R²=0.9843。根据上述方程，沉积物对沙蚕24h的急 性毒性试验的理论LC₅₀为130.47g·kg^-1。（见图2）

实施例2沙蚕暴露于淀浦河-南门桥沉积物环境下的趋避效应试验

一、试验步骤：

容器内沉积物的高度与卵石堆的高度约为容器高度的1/2，其余同实施例 1。

二、试验结果：

随着沉积物添加量所占比例（即沉积物暴露浓度）的升高，沙蚕的趋避率 逐渐增加，二者之间呈现明显的剂量-效应关系；在相同沉积物暴露浓度处理下， 随着暴露时间延长，沙蚕的趋避率逐渐增加，但LC₅₀随着沉积物暴露时间的延长 而降低。

沙蚕暴露2h趋避率（y）与淀浦河-南门桥沉积物暴露浓度（x）之间呈线性 关系，且符合方程：Y=0.0007X²+0.2326X，R²=0.9914。根据上述方程，沉积物对 沙蚕2h的急性毒性试验的理论LC₅₀为148.21g·kg^-1。（见图3）

沙蚕暴露24h趋避率（y）与沉积物暴露浓度（x）之间呈线性关系，且符合 方程：Y=0.0006X²+0.2721X，R²=0.9814。根据上述方程，沉积物对沙蚕24h的急 性毒性试验的理论LC₅₀为140.33g·kg^-1。（见图4）

实施例3沙蚕暴露于蕴藻浜-沪太路沉积物环境下的趋避效应试验

一、试验步骤：

容器内沉积物的高度与卵石堆的高度约为容器高度的2/5，其余同实施例 1。

二、试验结果：

随着沉积物添加量所占比例（即沉积物暴露浓度）的升高，沙蚕的趋避率 逐渐增加，二者之间呈现明显的剂量-效应关系；在相同沉积物暴露浓度处理下， 随着暴露时间延长，沙蚕的趋避率逐渐增加，但LC₅₀随着沉积物暴露时间的延长 而降低。

沙蚕暴露2h趋避率（y）与蕴藻浜-沪太路沉积物暴露浓度（x）之间呈线性 关系，且符合方程：Y=0.0009X²+0.1863X，R²=0.9924。根据上述方程，沉积物对 沙蚕2h的急性毒性试验的理论LC₅₀为153.93g·kg^-1。（见图5）

沙蚕暴露24h趋避率（y）与沉积物暴露浓度（x）之间呈线性关系，且符合 方程：Y=0.0008X²+0.2248X，R²=0.9846。根据上述方程，沉积物对沙蚕24h的急 性毒性试验的理论LC₅₀为146.28g·kg^-1。（见图6）