五氯酚群落水平水生态风险评价和健康风险评价研究
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本研究首先综述了生态风险评价的标准和模型， 再通过案例在群落水平进行水生态风险评价。旨在探 讨一简易的初级生态风险评价方法，以初步筛选出对 环境有高风险的污染物，为建立符合我国水生态系统 特征的风险评价方法提供基础。并进一步进行五氯酚 健康风险评价，使生态风险评价有了新的发展。 1 五氯酚水生态风险评价
进行分类： 零维模型、一维模型、二维模型和三维模 （ 4） 四个环境主相。各主相的子相组成如表1 所示。
型。国外模拟水生态模型的软件主要有： AQUATOX、 污染物输入方式为点源排放，输出方式有5 种： ①沿
PAMOLAＲE、CAEDYM、WASP、OOMAS［8］。
河道排出； ②大气平流扩散； ③PCP 在水相、土壤相
LC50 / EC50 EC50 = 56μg / L［10］ EC50 = 5440μg / L （ 6d） ［11］ LC50 = 245μg / L （ 48h） ［12］ LC50 = 337μg / L （ 48h） ［10］ LC50 = 210μg / L （ 48h） ［13］
1． 2． 3 风险表征方法
采用人群终生超额风险度和人群年超额风险度
表征健康风险。超额风险度（ Ｒ） 即致癌危险度（ 人一
生中得癌的超额危险度） ，指暴露的某一段时间（ 一
般是指一生） 由评价因子致癌的概率。人群年均超
额风险 度 （ Ｒ （ py ） ） 表 示 人 群 在 一 年 中 致 癌 的 概 率［19］。
Ｒ = LADD·10 － 6 ＲfD
第20卷 第2期
口岸卫生控制
实验研究
五氯酚群落水平水生态 风险评价和健康风险评价研究
佟玉洁 聂 云 天津职业大学（ 天津，300410） 丁 侃 中海油实验中心渤海实验中心（ 天津，300452）
摘要 本研究通过案例提出群落水平水生态风险评价方法，以初步筛选出对环境有高风险的污染 物。首先依据逸度模型预测出五氯酚在水体的浓度为0． 092μg / L，选择代表食物链关系的多物种以 表示群落水平的生物效应，包括： 初级生产者（ 藻类） 、初级消费者（ 浮游动物） 和捕食者（ 鱼） ，应用 欧盟评价因子风险评价方法计算风险商值为1． 642，表明五氯酚对水生生态系统的风险值为高风 险。流行病学资料表明五氯酚对人体正常的内分泌功能有着一定的影响，应用健康风险度法评价五 氯酚对人群的健康风险，人群超额危风险度分别为2． 30 × 10 － 7 / a，此风险是可接受的。 关键词 生态风险评价 健康风险评价 水生生态系统 五氯酚 中图分类号 Ｒ759． 1 文献标识码 B doi 10． 3969 / j． issn． 1008 － 5777． 2015． 02． 009
五氯酚（ Pentachlorophenol，PCP） 通常被用作杀 虫剂、除草剂，及防腐剂、杀菌消毒剂等，同时是一种 重要的化工原料。《有毒化学品的健康与安全指南》 中将其列为剧毒品，美国环保局将五氯酚列为潜在 致癌物和优先检测污染物，也是我国的优先控制污 染物。自二十世纪八十年代起，五氯酚在世界范围开 始被禁止生产和使用，但是现在依然存在五氯酚引 起的环境污染问题。五氯酚作为农药和杀虫剂，曾在 我国大量使用。另外，也有来源于油漆业和皮革业的 工业废水五氯酚进入环境。五氯酚在我国水体和沉 积物（ 如太湖［1］、海河和渤海湾［2］） 中的含量有所不 同。国内关于五氯酚的研究大多集中在其毒性作用、 监测和人体接触量研究，还没有五氯酚生态风险评 价的实例。
依据上述生态风险评价中逸度模型预测结果， 五氯酚在大 气、水、土 壤 和 沉 积 物 的 平 衡 浓 度 分 别 为： 0． 0075 ng / l、0． 092μg / l、25． 30μg / kg、25． 30μg / kg。五氯酚绝大部分存在于土壤和沉积物中，污染区 人体对五氯酚的暴露主要是通过食物和饮水。
依据欧盟农药生态风险评价指南，选择代表三 层营养级食物链关系的水生生物中，毒性数据最低 的半效应浓度（ 栅藻的 EC50 = 56μg / L） 。用半效应浓 度除 以 评 价 因 子 （ 1 000 ） 得 到 预 测 无 效 应 浓 度 （ PNEC ） 为 0． 056μg / L。依 据 公 式 （ 1 ） ： 环 境 浓 度 （ EEC） 为0． 092μg / L，则风险值 ＲQ 为1． 642 ＞ 1。依 据该指南，表明五氯酚对水生态系统具有高风险。如 依据美国农药风险评价标准，ＲQ ＞ 0． 5时，表明污染 物为急性高风险，表明应限制五氯酚的使用、加强风 险管理。 2 五氯酚健康风险评价
（ 2）
Ｒ（ risk） ： 人群终生超额风险度
LADD（ lifetime average daily dose） ： 人群终生日
均暴露量，mg / kg·day
ＲfD（ reference dose） ： 参考剂量，即最高日摄入
量（ ADI，allowable daily intake？） ，μg / kg·d 10 － 6 ： 可接受风险，与参考剂量对应的风险水
作为初级生态风险评价，风险商（ risk quotient，
ＲQ） 法是表征生态风险程度的最常用方法。ＲQ 为
污染物 环 境 暴 露 浓 度 （ EEC） 与 预 测 无 效 应 浓 度
（ PNEC） 的比值（ 公式1） 。若 ＲQ≥1，表明污染物对
水生生物具有高生态风险； 若 ＲQ ＜ 1，表明其对水 生生物具有低生态风险［14］。风险商值计算公式为：
健康风险评价最初被应用于环境辐射标准。七 十年代，随着人类对致癌物质的不断重视，它被广泛 应用于有毒 化 学 品 的 风 险 评 价。《可 疑 致 癌 物 风 险 评价准则》（ 1976，USEPA 美国国家环保局） 提出了 致癌风险评价方法。《风险评价的研究报告》（ 1983， NAS 美国国家科学院） 中风险评价的程序包括： 危 害鉴定、剂量反应评估、接触评估、风险评定四个阶 段，即健 康 危 险 度 评 价 方 法 （ Health Ｒisk Assessment，HＲA） 。目前国内多采用该方法进行饮用水中 污染物的 健 康 风 险 评 价。如 李 本 云 等 某 水 库 重 金 属［15］、杨金锁等 青 岛 市 水 源 地［16］、王 秋 莲 等 天 津 市 水源地［17］、刘新 等 中 国 饮 用 水 中 多 环 芳 烃［18］。目 前 还没有将污染物的健康风险评价与生态风险评价结 合，系统、全面地评价污染物的风险。本研究在上述 五氯酚水环境生态风险评价的基础上，借用其暴露 评价的预测结果，进一步进行人群的健康风险评价。 2． 1 评价方法
的毒性数据来自相关文献 （ 表2 ） 。LC50 和 EC50 分别 为半致死浓度和半效应浓度。
表2 五氯酚对水生生物代表物种的毒性数据
种类 浮游植物
浮游动物
鱼类
试验生物 栅藻 Scelenastrum sprinosus 蛋白核小球藻 Chlorella yrenoidosa 大型溞 Daphnia magna 长臂轮虫 Tisbe longicornis 鲤科金鱼 Carassias auratus
沉积物中的水
子相
子相3 气溶胶颗粒物
悬浮颗粒物 颗粒物
固体颗粒物
子相4 无 鱼
水果蔬菜谷物 无
1． 2． 2 剂量效应分析
物种包括： 初级生产者（ 藻类） 、初级消费者（ 浮游动
仅用单种生物的毒性试验来评价化学品对水环 物） 和捕食者（ 鱼） ［9］。五氯酚对水生生物代表物种
境的风险是不足够的，所选择的物种需代表水生态 系统的食物链关系，以在群落水平的生物效应。这些
美国环保局（ USEPA） 于1992 年提出了生态风 险评价框架，其后，于1998 年 提 出《生 态 风 险 评 价 技 术指南》（ 63FＲ26845 － 269241998） 。另外，规定了包 括农药对水生生物、陆生生物以及地表水地下水的 农药风险评价技术［4］。2003 年欧盟颁布了现有物质、 新物质和生物农药的人体和环境风险评价技术指 南。这些风险评价技术在世界范围得到了广泛应用。 2013年，欧盟食品安全局（ EFSA） 发布《关于农药水 生生物风险 评 估 的 指 南 》，该 指 南 的 主 要 目 的 是 在 种群水平保 护 水 生 生 物［5］。我 国 目 前 没 有 生 态 风 险 评价标准，现行的水体和沉积物环境质量标准多是 参照发达国家的数据，并不适合我国的环境状况。如 赵建亮建］。
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第20卷 第2期
佟玉洁，等． 五氯酚群落水平水生态风险评价和健康风险评价研究
依据建立 的 逸 度 模 型，计 算 出 五 氯 酚 在 大 气、 水、土壤和沉积物的平衡浓度分别为： 0． 0075 纳克 / 升（ ng / L） 、0． 092 微克 / 升（ μg / L） 、25． 30 微克 / 千克 （ μg / kg） 、25． 30微克 / 千克（ μg / kg） 。结果表明五氯 酚绝大部分存在于土壤和沉积物中（ 其在土壤和沉 积物的质量百分比97． 7% ） ，污染物在水环境的浓 度（ EEC） 为0． 092微克 / 升（ μg / L） 。 1． 3． 2 风险表征
ＲQ
=
EEC PNEC
（ 1）
ＲQ： 风险商值
EEC： 污染物 环 境 暴 露 浓 度，为 预 测 环 境 浓 度
（ PEC） 或测定环境浓度（ MEC） ，μg / L
PNEC： 预测无效应浓度，μg / L
该评价采用的欧盟风险评价技术指南评价因子 法，预测无效应浓（ PNEC） 的推导方法与环境污染 物的毒性数据有关。预测无效应浓度（ predicted no effect concentration，PNEC） ，是污染物对环境中的生 物无影响的浓度阈值。欧盟风险评价技术指南采用 评价因子（ assessment factor，AF） 法推导 PNEC，它 等于最低的 LC50 / EC50 或 无 观 察 效 应 浓 度 （ NOEC， no observed effect concentration） 除以 AF。AF 与选择 的生物种类有关，如果依据代表3个营养级（ 藻、溞、 鱼） 的至少1 种生物的急性毒性数据 L（ E） C50 ，评 价因子取1 000［14］。 1． 3 评价结果 1． 3． 1 暴露浓度预测结果
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口岸卫生控制
第20卷 第2期
多种模型被应用于生态风险评价，评价对象多 放量为200． 5摩尔 / 小时（ mol / h） 。
为有机污染物、农药和重金属。暴露评价模型较多， 1． 2． 1 暴露评价
效应模型较少，而且效应模型中主要是个体和种群 水平，群落水平和生态水平的模型较少［7］。水生态模
应用逸度模型Ⅲ，假定所有反应为一级过程，包 括： 相内反应、相间的扩散迁移和平流迁移，并且假
型按模拟对象分为： 水动力模型、水质模型、生态模 定物质在相间处于非平衡状态。将所研究对象环境
型、水质 － 生态 － 水动力耦合模型，按空间模拟能力 系统分为气相（ 1） 、水相（ 2） 、土壤相（ 3） 和沉积物相
生态风险评价（ Ecological Ｒisk Assessment，EＲA）
始于美国二 十 世 纪 七 十 年 代，它 是 涉 及 化 学、生 态 学、化学、毒理学、数学等理论科学和计算机应用技 术的综合研究领域。在 USEPA1992a 中定义为： “研 究一种或多种压力形成的、或可能形成的不利生态 效应的可能性的过程。”［3］生态风险评价预测污染物 对生态系统的有害影响，其程序包括： 问题形成、暴 露评价、危害评价、风险表征。 1． 1 水生态风险评价标准和模型
1． 2 研究方法
和沉积物相的生物降解； ④生物富集包括鱼、植物和
被评价区域面积为天津市污灌区45． 3 平方公 蔬菜； ⑤PCP 在水相的光降解。
里，依据生产厂家资料，有一点源排放的污染源，排
表1 各主相的子相组成
主相
1，气相 2，水相 3，土壤相 4，沉积物相
子相1 空气
无 无 无
子相2 无 水 水
进行分类： 零维模型、一维模型、二维模型和三维模 （ 4） 四个环境主相。各主相的子相组成如表1 所示。
型。国外模拟水生态模型的软件主要有： AQUATOX、 污染物输入方式为点源排放，输出方式有5 种： ①沿
PAMOLAＲE、CAEDYM、WASP、OOMAS［8］。
河道排出； ②大气平流扩散； ③PCP 在水相、土壤相
LC50 / EC50 EC50 = 56μg / L［10］ EC50 = 5440μg / L （ 6d） ［11］ LC50 = 245μg / L （ 48h） ［12］ LC50 = 337μg / L （ 48h） ［10］ LC50 = 210μg / L （ 48h） ［13］
1． 2． 3 风险表征方法
采用人群终生超额风险度和人群年超额风险度
表征健康风险。超额风险度（ Ｒ） 即致癌危险度（ 人一
生中得癌的超额危险度） ，指暴露的某一段时间（ 一
般是指一生） 由评价因子致癌的概率。人群年均超
额风险 度 （ Ｒ （ py ） ） 表 示 人 群 在 一 年 中 致 癌 的 概 率［19］。
Ｒ = LADD·10 － 6 ＲfD
第20卷 第2期
口岸卫生控制
实验研究
五氯酚群落水平水生态 风险评价和健康风险评价研究
佟玉洁 聂 云 天津职业大学（ 天津，300410） 丁 侃 中海油实验中心渤海实验中心（ 天津，300452）
摘要 本研究通过案例提出群落水平水生态风险评价方法，以初步筛选出对环境有高风险的污染 物。首先依据逸度模型预测出五氯酚在水体的浓度为0． 092μg / L，选择代表食物链关系的多物种以 表示群落水平的生物效应，包括： 初级生产者（ 藻类） 、初级消费者（ 浮游动物） 和捕食者（ 鱼） ，应用 欧盟评价因子风险评价方法计算风险商值为1． 642，表明五氯酚对水生生态系统的风险值为高风 险。流行病学资料表明五氯酚对人体正常的内分泌功能有着一定的影响，应用健康风险度法评价五 氯酚对人群的健康风险，人群超额危风险度分别为2． 30 × 10 － 7 / a，此风险是可接受的。 关键词 生态风险评价 健康风险评价 水生生态系统 五氯酚 中图分类号 Ｒ759． 1 文献标识码 B doi 10． 3969 / j． issn． 1008 － 5777． 2015． 02． 009
五氯酚（ Pentachlorophenol，PCP） 通常被用作杀 虫剂、除草剂，及防腐剂、杀菌消毒剂等，同时是一种 重要的化工原料。《有毒化学品的健康与安全指南》 中将其列为剧毒品，美国环保局将五氯酚列为潜在 致癌物和优先检测污染物，也是我国的优先控制污 染物。自二十世纪八十年代起，五氯酚在世界范围开 始被禁止生产和使用，但是现在依然存在五氯酚引 起的环境污染问题。五氯酚作为农药和杀虫剂，曾在 我国大量使用。另外，也有来源于油漆业和皮革业的 工业废水五氯酚进入环境。五氯酚在我国水体和沉 积物（ 如太湖［1］、海河和渤海湾［2］） 中的含量有所不 同。国内关于五氯酚的研究大多集中在其毒性作用、 监测和人体接触量研究，还没有五氯酚生态风险评 价的实例。
依据上述生态风险评价中逸度模型预测结果， 五氯酚在大 气、水、土 壤 和 沉 积 物 的 平 衡 浓 度 分 别 为： 0． 0075 ng / l、0． 092μg / l、25． 30μg / kg、25． 30μg / kg。五氯酚绝大部分存在于土壤和沉积物中，污染区 人体对五氯酚的暴露主要是通过食物和饮水。
依据欧盟农药生态风险评价指南，选择代表三 层营养级食物链关系的水生生物中，毒性数据最低 的半效应浓度（ 栅藻的 EC50 = 56μg / L） 。用半效应浓 度除 以 评 价 因 子 （ 1 000 ） 得 到 预 测 无 效 应 浓 度 （ PNEC ） 为 0． 056μg / L。依 据 公 式 （ 1 ） ： 环 境 浓 度 （ EEC） 为0． 092μg / L，则风险值 ＲQ 为1． 642 ＞ 1。依 据该指南，表明五氯酚对水生态系统具有高风险。如 依据美国农药风险评价标准，ＲQ ＞ 0． 5时，表明污染 物为急性高风险，表明应限制五氯酚的使用、加强风 险管理。 2 五氯酚健康风险评价
（ 2）
Ｒ（ risk） ： 人群终生超额风险度
LADD（ lifetime average daily dose） ： 人群终生日
均暴露量，mg / kg·day
ＲfD（ reference dose） ： 参考剂量，即最高日摄入
量（ ADI，allowable daily intake？） ，μg / kg·d 10 － 6 ： 可接受风险，与参考剂量对应的风险水
作为初级生态风险评价，风险商（ risk quotient，
ＲQ） 法是表征生态风险程度的最常用方法。ＲQ 为
污染物 环 境 暴 露 浓 度 （ EEC） 与 预 测 无 效 应 浓 度
（ PNEC） 的比值（ 公式1） 。若 ＲQ≥1，表明污染物对
水生生物具有高生态风险； 若 ＲQ ＜ 1，表明其对水 生生物具有低生态风险［14］。风险商值计算公式为：
健康风险评价最初被应用于环境辐射标准。七 十年代，随着人类对致癌物质的不断重视，它被广泛 应用于有毒 化 学 品 的 风 险 评 价。《可 疑 致 癌 物 风 险 评价准则》（ 1976，USEPA 美国国家环保局） 提出了 致癌风险评价方法。《风险评价的研究报告》（ 1983， NAS 美国国家科学院） 中风险评价的程序包括： 危 害鉴定、剂量反应评估、接触评估、风险评定四个阶 段，即健 康 危 险 度 评 价 方 法 （ Health Ｒisk Assessment，HＲA） 。目前国内多采用该方法进行饮用水中 污染物的 健 康 风 险 评 价。如 李 本 云 等 某 水 库 重 金 属［15］、杨金锁等 青 岛 市 水 源 地［16］、王 秋 莲 等 天 津 市 水源地［17］、刘新 等 中 国 饮 用 水 中 多 环 芳 烃［18］。目 前 还没有将污染物的健康风险评价与生态风险评价结 合，系统、全面地评价污染物的风险。本研究在上述 五氯酚水环境生态风险评价的基础上，借用其暴露 评价的预测结果，进一步进行人群的健康风险评价。 2． 1 评价方法
的毒性数据来自相关文献 （ 表2 ） 。LC50 和 EC50 分别 为半致死浓度和半效应浓度。
表2 五氯酚对水生生物代表物种的毒性数据
种类 浮游植物
浮游动物
鱼类
试验生物 栅藻 Scelenastrum sprinosus 蛋白核小球藻 Chlorella yrenoidosa 大型溞 Daphnia magna 长臂轮虫 Tisbe longicornis 鲤科金鱼 Carassias auratus
沉积物中的水
子相
子相3 气溶胶颗粒物
悬浮颗粒物 颗粒物
固体颗粒物
子相4 无 鱼
水果蔬菜谷物 无
1． 2． 2 剂量效应分析
物种包括： 初级生产者（ 藻类） 、初级消费者（ 浮游动
仅用单种生物的毒性试验来评价化学品对水环 物） 和捕食者（ 鱼） ［9］。五氯酚对水生生物代表物种
境的风险是不足够的，所选择的物种需代表水生态 系统的食物链关系，以在群落水平的生物效应。这些
美国环保局（ USEPA） 于1992 年提出了生态风 险评价框架，其后，于1998 年 提 出《生 态 风 险 评 价 技 术指南》（ 63FＲ26845 － 269241998） 。另外，规定了包 括农药对水生生物、陆生生物以及地表水地下水的 农药风险评价技术［4］。2003 年欧盟颁布了现有物质、 新物质和生物农药的人体和环境风险评价技术指 南。这些风险评价技术在世界范围得到了广泛应用。 2013年，欧盟食品安全局（ EFSA） 发布《关于农药水 生生物风险 评 估 的 指 南 》，该 指 南 的 主 要 目 的 是 在 种群水平保 护 水 生 生 物［5］。我 国 目 前 没 有 生 态 风 险 评价标准，现行的水体和沉积物环境质量标准多是 参照发达国家的数据，并不适合我国的环境状况。如 赵建亮建］。
－ 32 －
第20卷 第2期
佟玉洁，等． 五氯酚群落水平水生态风险评价和健康风险评价研究
依据建立 的 逸 度 模 型，计 算 出 五 氯 酚 在 大 气、 水、土壤和沉积物的平衡浓度分别为： 0． 0075 纳克 / 升（ ng / L） 、0． 092 微克 / 升（ μg / L） 、25． 30 微克 / 千克 （ μg / kg） 、25． 30微克 / 千克（ μg / kg） 。结果表明五氯 酚绝大部分存在于土壤和沉积物中（ 其在土壤和沉 积物的质量百分比97． 7% ） ，污染物在水环境的浓 度（ EEC） 为0． 092微克 / 升（ μg / L） 。 1． 3． 2 风险表征
ＲQ
=
EEC PNEC
（ 1）
ＲQ： 风险商值
EEC： 污染物 环 境 暴 露 浓 度，为 预 测 环 境 浓 度
（ PEC） 或测定环境浓度（ MEC） ，μg / L
PNEC： 预测无效应浓度，μg / L
该评价采用的欧盟风险评价技术指南评价因子 法，预测无效应浓（ PNEC） 的推导方法与环境污染 物的毒性数据有关。预测无效应浓度（ predicted no effect concentration，PNEC） ，是污染物对环境中的生 物无影响的浓度阈值。欧盟风险评价技术指南采用 评价因子（ assessment factor，AF） 法推导 PNEC，它 等于最低的 LC50 / EC50 或 无 观 察 效 应 浓 度 （ NOEC， no observed effect concentration） 除以 AF。AF 与选择 的生物种类有关，如果依据代表3个营养级（ 藻、溞、 鱼） 的至少1 种生物的急性毒性数据 L（ E） C50 ，评 价因子取1 000［14］。 1． 3 评价结果 1． 3． 1 暴露浓度预测结果
－ 31 －
口岸卫生控制
第20卷 第2期
多种模型被应用于生态风险评价，评价对象多 放量为200． 5摩尔 / 小时（ mol / h） 。
为有机污染物、农药和重金属。暴露评价模型较多， 1． 2． 1 暴露评价
效应模型较少，而且效应模型中主要是个体和种群 水平，群落水平和生态水平的模型较少［7］。水生态模
应用逸度模型Ⅲ，假定所有反应为一级过程，包 括： 相内反应、相间的扩散迁移和平流迁移，并且假
型按模拟对象分为： 水动力模型、水质模型、生态模 定物质在相间处于非平衡状态。将所研究对象环境
型、水质 － 生态 － 水动力耦合模型，按空间模拟能力 系统分为气相（ 1） 、水相（ 2） 、土壤相（ 3） 和沉积物相
生态风险评价（ Ecological Ｒisk Assessment，EＲA）
始于美国二 十 世 纪 七 十 年 代，它 是 涉 及 化 学、生 态 学、化学、毒理学、数学等理论科学和计算机应用技 术的综合研究领域。在 USEPA1992a 中定义为： “研 究一种或多种压力形成的、或可能形成的不利生态 效应的可能性的过程。”［3］生态风险评价预测污染物 对生态系统的有害影响，其程序包括： 问题形成、暴 露评价、危害评价、风险表征。 1． 1 水生态风险评价标准和模型
1． 2 研究方法
和沉积物相的生物降解； ④生物富集包括鱼、植物和
被评价区域面积为天津市污灌区45． 3 平方公 蔬菜； ⑤PCP 在水相的光降解。
里，依据生产厂家资料，有一点源排放的污染源，排
表1 各主相的子相组成
主相
1，气相 2，水相 3，土壤相 4，沉积物相
子相1 空气
无 无 无
子相2 无 水 水