珠江广州段水体沉积物生态毒性的鉴别与评价

Before the remediation of contaminated sediment sites, it is critical to evaluate the ecological risk of sediment and understand the causality of the toxicity. However, no universal guidance for sediment risk assessment is available up to now because of the complexity of sediment characteristics, the presence of a variety of contaminants in sediment, as well as the substantial difference in bioavailability of the contaminants at varying sites. In the current proposal, a two-tier toxicity identification and evaluation (TIE) procedure will be developed to elucidate the causality of sediment toxicity. The first tier TIE will be a commonly used whole-sediment TIE method, while the second tier will be established by incorporating bioavailability-based measurements to effect-directed analysis (EDA). In the first step, the causes of sediment toxicity will be classified to ammonia, metal and organic contaminants. Then, the newly established tier-two TIE procedure will be used to further refine the causility of the toxicity of the sediment samples whose toxicity has been identified being induced by organic contaminants. Guangzhou Reach of the Pearl River will be chosen as the study area as it has been heavily polluted by organic contaminants. The proposed research will be performed in three aspects including understanding the contribution of sediment-bounded contaminants to bioavailability and toxicity, development of the tier-two TIE procedure, and evaluation of risk and causality of field-collected sediments in Guangzhou Reach of the Pearl River. By implementation of the newly developed TIE method which takes bioavailability into consideration, the ecological risk and the principal causes of sediment toxicity in the study area will be evaluated. In addition, the influence of the adjacent urban creeks on sediment toxicity in the Pearl River will be investigated as well. Overall, this project will develop a two-tier whole-sediment TIE methodology by incorporating bioavailability measurement to effect directed analysis, and generate data for better understanding of sediment risk and causes of the risk within the study area.

评价沉积物生态风险、分析污染成因，对水环境污染的控制和治理至关重要。但沉积物组成复杂，多类污染物共存，生物可利用性差异大，当前尚无可广泛应用的沉积物风险评价方法。基于前期沉积物中污染物生物可利用性的研究，本项目拟针对沉积物中有机污染物，结合仿生萃取与效应导向分析技术建立一套分级毒性鉴别与评价方法（TIE），并将其用作全沉积物TIE程序的毒性确认，进一步细化有机污染成因分析。项目将选择珠江广州段为靶区，针对珠江流域有机污染的特征，以TIE为核心，考虑生物可利用性对沉积物毒性的影响，系统评价珠江广州段沉积物风险，剖析主要致毒因素，并探讨市内河涌对珠江污染的影响。通过三方面的研究（结合态污染物的生物可利用性的微观调控机制、分级TIE技术的方法研究、珠江广州段沉积物的毒性鉴别与评价），本项目将建立一套集成了生物可利用性测量技术的毒性鉴别与评价方法，并获得研究区域沉积物生态风险和致毒因素的基础数据。

沉积物是水环境中疏水性污染物主要的汇，同时也可成为水污染的重要来源，因此评价沉积物的生态毒性，推断主要致毒污染物，对水污染的控制和治理至关重要。本项目以底栖动物摇蚊幼虫为目标生物，结合体外细胞实验，对广州珠江段干流及支流河道沉积物开展毒性评价。结果显示支流河道沉积物对摇蚊幼虫表现强急性致死毒性。干流河道的急性致死性毒性相对支流河道弱，但是10个沉积物中一半对摇蚊幼虫有急性致死性，而所有的沉积物均表现显著性慢性致死性。为推断沉积物中主要致毒物，项目发展了考虑沉积物中污染物生物可利用性的毒性鉴别评价技术（TIE），选择了适合的沉积物处理材料，建立相应方法，筛查了珠江支流沉积物中主要毒性贡献者。发现有机污染物，特别是当前使用农药，对该区域沉积物对摇蚊急性致死性有显著贡献，此外部分沉积物中重金属的毒性贡献也不可忽略。结合仿生萃取的TIE技术，更有利于考虑沉积物中污染物的生物可利用性，从而增加致毒污染物判断的准确性。为进一步研究非目标分析物清单中的污染物的毒性贡献，本项目在TIE方法的基础上引入效应导向分析（EDA），对有机组分进行细分。在进行摇蚊幼虫为目标生物的活体实验的同时，利用不同类型的细胞株，利用细胞的组织特异性对化合物类别初步筛选，并尝试使用细胞毒性和基因毒性作为毒性终点对广州珠江段支流河道沉积物开展EDA工作。在前期TIE分析中的目标杀虫剂和重金属之外，发现研究区域沉积物中烯酰吗啉、胺菊酯、克草丹、合成麝香类以及酰胺类物质的毒性贡献。通过三方面的研究（结合态污染物的生物可利用性的微观调控机制、结合EDA技术的分级TIE方法研究、珠江广州段沉积物的毒性鉴别评价），本项目建立了一套集成了生物可利用性测量技术的毒性鉴别评价方法，并获得研究区域沉积物生态毒性和主要致毒因素的基础数据，完成了项目原定计划。通过本项目的实施，已取得了一系列的成果，共发表标注本项目号的国际SCI期刊论文20篇、中文核心期刊论文4篇，且项目参与人员（包括研究生）多次在国际国内会议中通过口头报告和墙报形式分享研究成果。参与项目研究的人员中，1名博士后顺利出站，5名博士毕业，1名硕士毕业。项目参与研究生获得多项奖励，包括中国科学院院长特别奖和中国科学院优秀博士论文。