有机污染物于陆地及水生生态系统中的生物积累与生物放大模型研究

Bioaccumulation potential is an ecotoxicological property that is critical for assessing the potential harm that organic chemicals may produce on the environment. It is an immensely challenging task to implement effective management schemes and pollution prevention strategies for the innumerous potential pollutants. Bioaccumulation models can serve as powerful screening and assessment tools in addressing the problem of chemical management and pollution control. However, no satisfactory bioaccumulation model is currently available for terrestrial and benthic organisms. As for the modeling of biomagnification of organic pollutants in food webs, a complete modeling framework has yet to be developed. In view of these two needs, this study aims at investigating the bioaccumulation potential and biomagnification of organic pollutants in the environment, with the objectives of constructing a functional, mechanistic based quantitative bioaccumulation model that is applicable to terrestrial and benthic organisms and proposing a theoretical framework needed for building a general quantitative biomagnification model. This investigation will: (i) extract, evaluate, and compile a high-quality bioaccumulation database for organic pollutants and chemicals, (ii) reveal the kinetics for the uptake of organic pollutants from diet, soils, and sediments, (iii) construct a quantitative biotransformation model for organic pollutants, (iv) establish a broadly applicable predictive bioaccumulation model, and (v) propose a modeling framework for a general biomagnification model based on the insights obtained from a meta-analysis of the data collected in (i). This study will contribute new insights and theoretical breakthroughs in the fields of ecotoxicology and environmental organic chemistry.

生物积蓄性，是评核有机化学物对环境潜在危害性的关键生态毒理特征。面对种类繁多的潜在污染物，其有效的评核、监控与防治是一个重大难题。利用生物积蓄模型作为筛选与评估的工具，是一个可行的办法。然而，现在未有适用于土居或底栖生物的生物积累模型；对于有机污染物的生物放大现象，则尚未有完整的广义理论和建模框架。为此，本项目以有机化学物的生物积累与生物放大现象为研究对象，以建立适用于土居或底栖生物之积累预测模型，与构建广义的、完整的生物放大理论框架为目的。具体内容包括：整理与汇编有机污染物生物积累与生物放大的数库，揭示生物通过食物、土、泥等固相介质摄取污染物的速率定量关系，揭示有机污染物体内生物转化的速率定量关系，建立生物积累的广义模型，透过荟萃分析了解生物放大的宏观规律以及主导因素，确立生物放大的广义理论并构建建模框架。本研究将在理论与应用方面为生态毒理学与环境有机化学带来系统性突破。

生物积蓄性，是评核有机化学物对环境潜在危害性的关键生态毒理特征。尽管土居与底栖生物的生态重要性广为所知，目前却未有适用于土居或底栖生物的生物积累模型，并缺乏完整可靠的生物积累数据库。同时，对于生物转化动力学的理论薄弱、又或是污染物摄取途径的认知不足，导致生物积累模型的发展停滞。..针对上述科研需求，研究组成功整理与编汇有机污染物的生物积累数据库，并发展生物转化与摄取途径的动力学理论。研究成果主要为以下四个方面：.1）建立高质量的无脊椎动物生物积累数据库。针对端足类、蠓、蠕虫、蚯蚓、虾以及双壳类生物建立生物积累数据库，收录16000余条野外或实验室测定的生物积累数据，逾1,600,000项信息或资料，包括对于建模工作最为关键的毒代动力学参数、化学曝露条件等。.2）推动生物积累模型的发展工作。项目实践期间，研究组成功发展适用于端足类生物及蠓的生物富集模型。鉴于端足类生物和蠓都是生态毒理表征实验里广为应用的生物，建立的模型的科学意义和应用潜力重大。同时，项目所取得关于食摄水摄对生物积累的相对贡献定量模型，对野外污染物生物积累的模拟、及长远对生物放大行为的预测，具重大意义和帮助。.3）建立崭新的生物转化理论。突破生物转化理论内存在多年的缺失，发展富机理性而完整的生物转化理论与模型。同时，因应多数实验文献的数据限制，提出适用于现有文献的毒代动力学近似方法。无论是较健全的原生物转化理论，还是较简约的近似方法，都可以通过其应用取得母化学物的生物转化速率、以及同个别代谢化学物的转化衍生速率。.4）发现新的生物积累宏观规律。通过对庞大积累数据的荟萃分析，取得几项重要的新发现，包括积累因子变异性大、积累因子与环境浓度有相关性、积累因子的数据发布形态与曝露环境的水动力表征相关等。列举的新发现，一方面揭示现行理论核心假设的限制，另一方面引进新的关键建模因素，有助于发展新世代生物积累预测模型。