一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法技术

本发明专利技术涉及一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，主要针对河流、湖泊等底泥环境进行污染风险评估。本发明专利技术步骤如下：确定河湖底泥中重金属污染物含量，同时获取对应样品氮磷营养指标；根据底泥重金属含量使用公式计算样品环境污染富集指数和毒理熵，初价底泥重金属毒性特征；利用氮磷营养数据集，计算有机污染负荷指数，结合样品重金属毒理熵，构建结构方程模型；拟合有机污染对重金属毒理的叠加指数，计算样品重金属生态毒性综合风险指数，对比风险级别标准综合评价重金属毒性风险。本发明专利技术基于生态学统计方法，克服重金属单一评价局限性，充分考虑有机污染对重金属生态毒性的影响，可综合评价河湖底泥重金属生态毒性风险。

A Comprehensive Assessment Method for Ecotoxicity Risk of Heavy Metals in River and Lake Sediments

【技术实现步骤摘要】
一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法
本专利技术属于环境污染评价
，特别涉及一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法。
技术介绍
河流、湖泊等地表水不仅为人类生产生活提供必需的水源，也在人类社会生态文明建设中扮演着重要的角色。来自于河湖沉积物的内源污染是影响水体水质的主要因素，当上覆水体污染物浓度发生变化或湖泊底泥受到扰动时，积累在底泥中的污染物又会再次向水体释放，造成“二次污染”。重金属在水中不能被分解，且易与其它物质结合，在悬浮物和表层沉积物的吸附作用下沉积到水体底泥中，通过食物链危害人类健康。因此，综合评价河流、湖泊底泥重金属污染，评估底泥重金属对生物的生态毒性风险特征，有利于针对性地提出底泥重金属防范措施和处理处置方案。美国国家环保署年提出海洋和河口湾沉积物中污染物的风险评价参考值法，主要是根据北美海岸和河口沉积物的大量数据确定了风险评价低值(Effectsrange-low)和风险评价中值(Effectsrange-median)，但因存在地域差异，该指标适用性往往较差。我国在河流湖泊沉积物重金属生态风险识别主要参考使用Hankanson潜在生态危害指数法，通过重金属在底泥中的浓度与背景值相比，进行生态风险估算。现有的沉积物重金属评价方法主要有单项污染指数法、内梅罗指数法、地累积指数法、富集因子法、物元分析法、灰色聚类法、健康风险评价法等，但这些方法均用重金属含量进行单一因素评价，在估计重金属污染或重金属毒性时并未考虑环境介质中其他关键因素对重金属生态毒性的综合影响，不能反映沉积物中重金属的实际生态毒性情况。由于河湖底泥环境介质中普遍存在较多的碳氮磷营养组分，不同有机物质会通过吸附、络合等效应对重金属毒性产生不同的影响，而有机营养组分的差异又会间接限制或促进重金属与有机分子间的结合。到目前为止，国内外尚无有效的基于有机污染修正的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险综合评价方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，在河湖底泥重金属污染负荷和毒理熵评价的基础上，对中度及以上重金属污染的样品进一步进行有机污染评价，结合结构方程模型，获得营养组分、氮磷含量、有机污染等对重金属生态毒性的贡献系数，与已有多种底泥重金属评价方法相比，可基于有机污染矫正的重金属生态毒性风险指数，准确评估底泥环境生态系统重金属污染风险，可为河湖水体污染防治和水生态管理服务。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，包括以下步骤：1)取河湖底泥沉积物为环境样品，确定底泥沉积物中重金属污染物含量基础数据，同时获取相应的氮磷营养指标；2)根据底泥重金属含量使用公式计算样品环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)，初步评价底泥重金属毒性分布特征；3)利用氮磷营养浓度和组分数据集，计算有机污染负荷指数(OPI)，结合样品重金属毒理熵，构建结构方程模型；4)拟合有机污染对重金属毒理的叠加指数，计算样品重金属生态毒性综合风险指数，对比风险级别标准进行重金属综合危害评价。所述环境样品为江、河、湖等底泥沉积物中的一种或者多种。所述底泥沉积物中重金属污染物含量基础数据基于中国国家土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(GB36600——2018)测定，所述氮磷营养指标包括氮磷含量和有机营养组分指标。所述环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)计算公式如下：式中CFn为第n种重金属的污染指数，CFn＝Cn(重金属)/Cn(背景)，Cn(重金属)和Cn(背景)分别为第n种重金属在评价样品和参考区的浓度，n为测定重金属种类个数，TSi为第i种金属毒性打分，Ci为第i种金属浓度，TSAS为砷毒性打分，TSAS＝1674，各金属打分参考美国有毒物质和疾病登记处危险物质优先列表(见https://www.atsdr.cdc.gov/spl/)。根据所述环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)对沉积物样品重金属污染毒性及分布特征进行初步评价，若PLI小于1，视为无污染负荷，PLI大于1则存在污染负荷，进一步通过TQ初步判断污染毒性，TQ<10为不存在毒性，10<TQ<50为中度毒性风险，50<TQ<100为高度毒性风险，TQ>100为超高度毒性风险，对于毒性风险为中度及中度以上水平的样品，进一步结合有机污染负荷指数进行综合评价。所述有机污染负荷指数(OPI)的计算公式如下：OPI＝TOC(％)×ON(％)式中TOC为总有机碳含量，ON为总有机氮含量，％为质量浓度百分比。所述有机污染负荷指数OPI<0.05为无有机污染，0.05<OPI<0.2为低风险有机污染，0.2<OPI<0.5为中度风险有机污染，OPI>0.5为高风险有机污染，样品为无有机污染或低风险有机污染，则终止综合评价，重金属生态毒性风险即为中高毒性风险计算值，若样品为中度风险有机污染或高风险有机污染，则进一步通过结构方程模型进行综合毒性评价。所述结构方程模型通过样品氮磷养分含量、有机营养组分、重金属浓度、有机污染指数、重金属污染负荷以及重金属毒理熵进行构建，利用AMOS软件建立因变量为重金属毒理熵的结构方程模型，当probabilitylevel大于0.5即P>0.05、GFI>0.9、RMSEA<0.05时模型成立，获取有机污染对重金属生态毒性的贡献系数r。所述有机污染对重金属生态毒性的贡献系数r为模型路径解释度，若r>0，则存在有机污染对重金属生态毒性的叠加效应，若r<0，则存在有机物质对重金属生态毒性的削减。中度及中度以上水平重金属毒性风险的样品毒理熵，通过有机污染贡献系数进行校正，最终获得样品的重金属生态毒性综合风险指数，再通过对比毒理熵(TQ)风险级别标准进行重金属综合危害评价。作为本专利技术的一个补充，可提供一种相应的河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价系统，包括：数据采集模块，采用实验室常用测定设备，获取底泥沉积物中重金属污染物含量基础数据，同时获取相应的氮磷营养指标；初步评价模块，为虚拟模块，可搭载于计算机中，根据底泥重金属含量使用公式计算样品环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)，初步评价底泥重金属毒性分布特征结构方程建模模块，为虚拟模块，利用氮磷营养浓度和组分数据集，计算有机污染负荷指数(OPI)，结合样品重金属毒理熵，构建结构方程模型；最终评价模块，为虚拟模块，拟合有机污染对重金属毒理的叠加指数，计算样品重金属生态毒性综合风险指数，对比风险级别标准进行重金属综合危害评价，并输出评价结论。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法将河湖沉积物中有机营养组分对重金属生态毒性的潜在影响应用于重金属生态毒性风险综合评价方法，可对重金属环境生态毒性风险程度进行全面准确判断，可为河湖水体污染防治和水生态管理服务。附图说明图1为本专利技术的实施方法流程示意图。图2为底泥重金属污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)初评结果。图3为底泥有机污染负荷指数(OPI)评价结果。图4为构建有机污染对重金属生态毒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取河湖底泥沉积物为环境样品，确定底泥沉积物中重金属污染物含量基础数据，同时获取相应的氮磷营养指标；2)根据底泥重金属含量使用公式计算样品环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)，初步评价底泥重金属毒性分布特征；3)利用氮磷营养浓度和组分数据集，计算有机污染负荷指数(OPI)，结合样品重金属毒理熵，构建结构方程模型；4)拟合有机污染对重金属毒理的叠加指数，计算样品重金属生态毒性综合风险指数，对比风险级别标准进行重金属综合危害评价。

【技术特征摘要】
1.一种河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取河湖底泥沉积物为环境样品，确定底泥沉积物中重金属污染物含量基础数据，同时获取相应的氮磷营养指标；2)根据底泥重金属含量使用公式计算样品环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)，初步评价底泥重金属毒性分布特征；3)利用氮磷营养浓度和组分数据集，计算有机污染负荷指数(OPI)，结合样品重金属毒理熵，构建结构方程模型；4)拟合有机污染对重金属毒理的叠加指数，计算样品重金属生态毒性综合风险指数，对比风险级别标准进行重金属综合危害评价。2.根据权利要求1所述河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，所述环境样品为江、河、湖底泥沉积物中的一种或者多种。3.根据权利要求1所述河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，所述底泥沉积物中重金属污染物含量基础数据基于中国国家土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(GB36600——2018)测定，所述氮磷营养指标包括氮磷含量和有机营养组分指标。4.根据权利要求1所述河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，所述环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)计算公式如下：式中CFn为第n种重金属的污染指数，CFn＝Cn(重金属)/Cn(背景)，Cn(重金属)和Cn(背景)分别为第n种重金属在评价样品和参考区的浓度，n为测定重金属种类个数，TSi为第i种金属毒性打分，Ci为第i种金属浓度，TSAS为砷毒性打分，TSAS＝1674，各金属打分参考美国有毒物质和疾病登记处危险物质优先列表(见https://www.atsdr.cdc.gov/spl/)。5.根据权利要求1所述河流、湖泊沉积物重金属生态毒性风险的综合评价方法，其特征在于，根据所述环境污染富集指数(PLI)和毒理熵(TQ)对沉积物样品重金属污染毒性及分布特征进行初步评价，若PLI小于1，视为无污染负荷，PLI大于1则存在污染负荷，进一步通过TQ初步判断污染毒性，TQ<10为不存在毒性，10<TQ<50为中度毒性风险，5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳，魏雨泉，李广贺，张昊，赵赢双，张旭，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11