基于生物有效性的水中重金属联合毒性的预测模型及相互作用研究

The bioavailability and the joint toxicity of heavy metal pollutants in the water environment to the aquatic organisms have become widespread concerns. The effects of various water quality parameters on the toxicity of single heavy metal have been entensively studied, and the models based on the bioavailability such as biotic ligand model (BLM) have been developed. However, researches on the prediction for the joint toxicity of the heavy metal mixtures on the effects of various water quality parameters were rarely reported. BLM based on toxic unit (TU) approach (TU-BLM) would been applied to predict in the study. The uniform experimental design is employed to assign the levels of multiple water quality parameters and to explore the predicted ability of the TU-BLM and the interactive mechanisms of heavy metal mixtures with various combinations of water quality parameters. The applicability of TU-BLM would be validated with real water samples at specific sites, which provides the scientific foundations for the ecological risk assessment for heavy metals in China.

水体中重金属污染物的生物有效性和联合毒性越来越受到广泛关注。在水质参数影响下重金属的单一毒性已有很详尽的研究，并提出了预测模型如生物配体模型BLM，然而对多个水质参数作用下重金属混合物产生的联合毒性的预测研究较少。本课题采用基于毒性单位法（TU）的BLM模型对多个阳离子水质参数影响下重金属的联合毒性进行预测，同时引入均匀试验设计对阳离子水质参数进行优化组合，系统地研究多个水质参数综合作用下重金属的联合毒性模型的预测能力及相互作用规律。结合特定点位水体中实际暴露水质参数，验证重金属的联合毒性预测模型的适用性，为我国重金属污染物的生态风险评价提供科学基础。

水体重金属污染是危害较为严重的水污染问题之一。水体中的重金属是难以被降解的，其在水体中不断积累不仅给水环境和水生生物带来威胁,同样也可通过直接饮水或食物链富集等途径直接或间接地危害着人类健康。目前，我国的环境水质标准和环境风险评价是基于水体中重金属总的浓度，忽视了水化学性质的影响。本项目选择较敏感的大型溞为受试生物，以我国水体中普遍存在的Cu、Cd、Pb三种重金属污染物为研究对象引入均匀试验设计（Uniform Design，UD）对水质参数（pH、K+、Na+、Mg2+、Ca2+）的水平进行优化组合，以重金属Cu、Cd、Pb对大型溞的48 h急性致死毒性为毒性终点，系统地研究多种水质参数不同水平作用下单一重金属Cu、Cd、Pb各自对大型溞的毒性效应，并基于大型溞单一重金属急性毒性试验，研究阳离子水质参数影响下Cu2+、Cd2+和Pb2+二元（Cu2+和Cd2+、Cu2+和 Pb2+、Cd2+和 Pb2+）混合物以及三元（Cu2+、Cd2+和 Pb2+）混合物对大型溞的毒性效应。结果表明三种重金属在不同水质参数组合下的对大型溞的毒性大小不同，适当提高Ca2+、Mg2+等浓度或者PH能够减轻其对大型溞的毒性；采用BLM进行了由Cu、Pb单一毒性试验数据预测其联合毒性，并与联合毒性试验观测值进行了对比，预测结果与试验结果有较好的一致性。