鐘文玨，曾毅，祝凌燕

南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教育部環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室天津城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300071

沉積物是水體的重要組成部分，也是水體中有機(jī)污染物、重金屬和營(yíng)養(yǎng)鹽等的主要蓄積場(chǎng)所，其污染問題普遍存在于全球的淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中。受污染的沉積物不僅直接危害底棲生物，其中蓄積的污染物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下會(huì)釋放到上覆水中，進(jìn)一步危害到水生生態(tài)系統(tǒng)甚至人類健康［1］。為了能科學(xué)有效地評(píng)價(jià)和治理沉積物污染，北美一些國(guó)家于20世紀(jì)80年代開始提出了沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的概念并對(duì)其進(jìn)行研究。沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)(sediment quality criteria，SQC)是指特定的化學(xué)物質(zhì)在沉積物中不對(duì)底棲水生生物或其他有關(guān)水體功能產(chǎn)生危害的實(shí)際允許值。沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)是對(duì)水質(zhì)基準(zhǔn)的補(bǔ)充，是客觀進(jìn)行沉積物和水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)，對(duì)底質(zhì)疏浚及制定污染排放標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的指導(dǎo)意義。隨后，歐洲一些國(guó)家也逐漸開始重視沉積物基準(zhǔn)研究，但其研究較為分散，到目前為止受到普遍認(rèn)可和應(yīng)用的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方法主要源于北美地區(qū)［2］。相對(duì)水質(zhì)基準(zhǔn)而言，沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究還不夠完善，對(duì)許多問題仍然存在爭(zhēng)議。由于各國(guó)家和地區(qū)的研究背景、研究條件、可用數(shù)據(jù)、環(huán)境條件等存在一定的差異，國(guó)際上尚沒有建立沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一方法。因此，國(guó)際上對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)一般不使用“criteria”一詞，而是用諸如“benchmark”、“guideline”和“screening level”等來描述［3-4］。

筆者的主要目的是，結(jié)合歐美等國(guó)家關(guān)于沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究的歷史和現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)推算方法的分類、發(fā)展和應(yīng)用方面進(jìn)行梳理和分析，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，對(duì)我國(guó)沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)體系建立提出相關(guān)建議。至于各種基準(zhǔn)計(jì)算方法的具體操作及其優(yōu)缺點(diǎn)，已有大量相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道［4-9］，筆者不再做重復(fù)闡述。

1 常用沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算方法及分類

目前受到認(rèn)可并應(yīng)用較為廣泛的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究方法有十余種，分別為:篩選水平濃度法(screening level concentration approach，SLCA);效應(yīng)范圍法(effect range approach，ERA);效應(yīng)水平法(effect level approach，ELA);表觀效應(yīng)閾值法(apparent effect threshold approach，AETA);一致法(consensus approach，CA);沉積物質(zhì)量三元法(sediment quality triad approach，SQTA);生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法(biological effect database for sediment，BEDS);相平衡分配法(equilibrium partitioning approach，EqPA);組織殘留法(tissue residue approach，TRA);加標(biāo)沉積物毒性測(cè)試法(spike-sediment toxicity approach，STA);背景值法(background approach，BA);權(quán)重法(weight of evidence approach，WEA);水質(zhì)基準(zhǔn)法(water quality standard approach，WQSA)等等。這些方法的理論基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)需求、統(tǒng)計(jì)方法和適用范圍等信息列于表1中。表中，AVS(acid volatile sulfides)表示酸可揮發(fā)性硫化物，SEM(simultaneously extracted metal)表示同步提取金屬元素，SSLC表示目標(biāo)污染物對(duì)某底棲生物的篩選水平濃度，SLC(screening level concentration)表示篩選水平濃度，AET(apparent effect threshold)表示表觀效應(yīng)閾值，ESBs(equilibrium partitioning sediment benchmarks)表示相平衡沉積物基準(zhǔn)。

根據(jù)各種方法的理論基礎(chǔ)，本研究認(rèn)為可將常用的沉積物基準(zhǔn)建立方法分為兩大類:一類是以生物效應(yīng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法;第二類是以相平衡分配原理為依據(jù)的相平衡分配法。這與澳大利亞和新西蘭環(huán)保署的分類方法相近。澳大利亞和新西蘭環(huán)保署在2000年的報(bào)告中指出，將沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的推算方法分為3類［10］，即以污染沉積物的實(shí)驗(yàn)室或者野外暴露實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫法;以相平衡原理為基礎(chǔ)，將現(xiàn)行水質(zhì)基準(zhǔn)應(yīng)用于沉積物孔隙水的方法和背景值法。其中背景值法由于缺乏有力的理論基礎(chǔ)，雖然仍有所應(yīng)用，但是不再受到推薦。由于在同一理論基礎(chǔ)下推導(dǎo)出的基準(zhǔn)值更具可比性，以理論基礎(chǔ)為原則進(jìn)行分類也受到了普遍認(rèn)同。因此，本研究推薦以理論基礎(chǔ)為原則將沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)建立方法進(jìn)行分類。

生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法通過收集污染物的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)建立生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫，借助簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析手段建立沉積物環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)。在以往的研究中，生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法特指一種基準(zhǔn)建立方法，而在本文則是一類基準(zhǔn)建立方法的總稱，凡是需要大量收集與生物效應(yīng)有關(guān)數(shù)據(jù)的方法均屬于生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法。SLCA、ELA、ERA、AETA和BEDS等方法均屬于生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法的范疇，它們的主要區(qū)別在于數(shù)據(jù)庫或最終統(tǒng)計(jì)方法不同。例如，在數(shù)據(jù)范圍方面，SLCA法只收入監(jiān)測(cè)區(qū)域底棲生物的毒性數(shù)據(jù)，ERA法則要收入研究區(qū)域加標(biāo)毒性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、野外調(diào)查數(shù)據(jù)和通過公式直接計(jì)算得到的數(shù)值型沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)值。各種方法所需的數(shù)據(jù)已列入表1中。根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法不同(表1)，生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法又可分為3類，即單值基準(zhǔn)、雙值基準(zhǔn)和三軸圖。單值基準(zhǔn)法包括SLCA和AETA法，它們運(yùn)用簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)方法推算出一個(gè)單一閾值，當(dāng)沉積物中的污染物濃度超過閾值時(shí)，則認(rèn)為該污染物對(duì)水環(huán)境造成了威脅。這種單一基準(zhǔn)值相對(duì)簡(jiǎn)單，方便使用，但可能會(huì)引起保護(hù)不足或過保護(hù)的結(jié)果。雙值基準(zhǔn)法包括ERA、ELA、BEDS、WEA和CA等。雙值法是用2個(gè)閾值給出3個(gè)范圍，當(dāng)污染物濃度低于雙值中的低值時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)生危害的可能性很小，幾乎可以忽略;當(dāng)污染物濃度高于雙值中的高值時(shí)，則認(rèn)為危害發(fā)生的可能性很高;如果污染物濃度在二者之間，則為灰色區(qū)域，表示會(huì)產(chǎn)生和不會(huì)產(chǎn)生不良生物效應(yīng)的概率接近。使用雙值法評(píng)價(jià)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)避免了統(tǒng)計(jì)方法過于簡(jiǎn)單導(dǎo)致單值基準(zhǔn)不準(zhǔn)確的問題，并且可以根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)選擇基準(zhǔn)值。如有需要還可以根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)，對(duì)灰色區(qū)域進(jìn)行更詳細(xì)的劃分，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加可靠合理。三軸圖法只包括SQTA法。這種方法雖然融合了沉積物化學(xué)分析結(jié)果、生物測(cè)試結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)生物調(diào)查結(jié)果3方面的數(shù)據(jù)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀真實(shí)，但是數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換和分析處理難度很大，操作性不高。因此，目前其應(yīng)用實(shí)例并不多見。因此，在使用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法推算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)時(shí)，我們更推薦使用雙值基準(zhǔn)法。

表1 常見沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算方法概況Table 1 Overview of common methods for deriving sediment quality criteria

相平衡分配法以熱力學(xué)動(dòng)態(tài)平衡分配原理為基礎(chǔ)，認(rèn)為當(dāng)水體中某污染物濃度達(dá)到水質(zhì)基準(zhǔn)時(shí)，沉積物中該污染物的濃度即為沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)。這類方法具有可靠的理論基礎(chǔ)，充分利用水環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)，間接考慮了污染物的生物有效性，而且不需要大量的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，主要包括了EqPA和TRA兩種方法。這兩種方法的基本原理相同，其主要區(qū)別在于保護(hù)的目標(biāo)不同，EqPA法以保護(hù)底棲生物為目標(biāo)，而TRA法則是在EqPA的基礎(chǔ)上考慮生物積累和生物放大作用，以保護(hù)野生動(dòng)物或人類為目標(biāo)。由于不同地區(qū)沉積物性質(zhì)相差較大，美國(guó)環(huán)保局(EPA)在進(jìn)行沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算時(shí)建議用有機(jī)碳含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以避免沉積物類型差異所帶來的不確定性。同時(shí)，還需要進(jìn)一步深入研究污染物的吸附解吸行為，從而能夠更準(zhǔn)確地分析分配平衡時(shí)污染物在固-液間的分配行為。

2 兩類沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方法在各國(guó)的應(yīng)用概況

發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究始于20世紀(jì)80年代。1983年，美國(guó)環(huán)保局水質(zhì)條例與標(biāo)準(zhǔn)辦公室成立了一個(gè)研究小組，開展建立沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方法的研究。1984年11月，在意大利佛羅倫薩市召開“沉積物中的化學(xué)物質(zhì)在水系統(tǒng)中的歸宿和影響”學(xué)術(shù)討論會(huì)上，來自歐美等國(guó)家的科研人員一起討論了沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的概念和方法，表明對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究取得了初步進(jìn)展［11］。隨后，各國(guó)積極展開了沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究，下面將對(duì)各國(guó)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行概述。

2．1 相平衡分配法的應(yīng)用

美國(guó)是最早開始關(guān)注水體沉積物質(zhì)量的國(guó)家。美國(guó)環(huán)保局從1985年就開始利用“儲(chǔ)存與修復(fù)系統(tǒng)”(storage and retrieval system)數(shù)據(jù)庫中的沉積物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估沉積物污染問題，其評(píng)估閾值是將當(dāng)時(shí)的水質(zhì)基準(zhǔn)用有機(jī)碳含量歸一化后，通過相平衡分配法計(jì)算［12］。1986年，EPA正式成立了“沉積物基準(zhǔn)技術(shù)咨詢委員會(huì)”(Sediment Criteria TechnicalAdvisory Committee)，專門研究推算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的方法。1988年，為了全面管理控制沉積物污染問題，EPA又成立了2個(gè)監(jiān)督委員會(huì)，即主要負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理的“沉積物監(jiān)督指導(dǎo)委員會(huì)”(Sediment Oversight Steering Committee)和負(fù)責(zé)技術(shù)支撐的“沉積物技術(shù)監(jiān)督委員會(huì)”(Sediment Oversight Technical Committee)。這些委員會(huì)聯(lián)合推出了一系列沉積物管理政策，并于1998年正式頒布了“污染沉積物管理政策”［13］。該委員會(huì)繼1993 年推出苊［14］、熒蒽［15］和菲［16］的相平衡沉積物基準(zhǔn)(equilibrium partitioning sediment benchmarks，ESBs)之后，提出應(yīng)繼續(xù)應(yīng)用相平衡分配法制定更多的非離子有機(jī)污染物的ESBs。為滿足“污染沉積物管理政策”的要求，EPA于2003年提出了混合多環(huán)芳烴［17］、殺蟲劑狄氏劑［18］、異狄氏劑［19］的 ESBs。同年還提出了用相平衡法計(jì)算非離子有機(jī)污染物的標(biāo)準(zhǔn)方法，并提出了苯、林丹等32種非離子有機(jī)污染物的ESBs值［3］。隨后于2005年，又出臺(tái)了6種重金屬混合物的ESBs［20］。表2對(duì)美國(guó)各項(xiàng)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究區(qū)域和研究方法進(jìn)行了總結(jié)，其中包括非美國(guó)人對(duì)美國(guó)區(qū)域進(jìn)行的研究以及部分研究區(qū)域?qū)儆诿绹?guó)的研究?？梢?，相平衡分配法是EPA推薦的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算方法，這種方法具有可靠的理論基礎(chǔ);充分利用水環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)，間接考慮了污染物的生物有效性，有利于評(píng)估污染物與生物效應(yīng)之間的關(guān)系;而且不需要大量的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ诔练e物質(zhì)量基準(zhǔn)研究初期，生物效應(yīng)數(shù)據(jù)較少時(shí)，相平衡分配法是較為可行的計(jì)算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的方法。

表2 美國(guó)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究Table 2 Researches on sediment quality criteria of USA

荷蘭對(duì)土壤質(zhì)量基準(zhǔn)有較長(zhǎng)時(shí)間的研究，為沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。1991年，Van der van der Kooij等［29］等在相平衡分配原理上建立了荷蘭沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)。這套基準(zhǔn)包含兩方面的基準(zhǔn)值，一方面為基于水生態(tài)毒理數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，另一方面為基于生物累積效應(yīng)的基準(zhǔn)值。兩者之中較低的值則為最終基準(zhǔn)值。目前，荷蘭已經(jīng)制定了120種污染物的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)，并且已經(jīng)被荷蘭運(yùn)輸與市政工程部所采用［30］。荷蘭對(duì)相平衡分配法的應(yīng)用與EPA有所區(qū)別。EPA應(yīng)用的相平衡分配法是以熱力學(xué)動(dòng)態(tài)平衡分配原理為基礎(chǔ)，利用污染物的沉積物-水平衡分配系數(shù)和水質(zhì)基準(zhǔn)中污染物的最終慢性毒性值計(jì)算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)。而荷蘭除了用EPA的方法計(jì)算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)值之外，還要在一般的相平衡分配法基礎(chǔ)上引入生物富集因子計(jì)算另一套基準(zhǔn)值(將最終慢性毒性值修正為魚類或人類健康基準(zhǔn)值除以生物富集因子)。荷蘭這種將生物富集因子引入相平衡分配法的做法在其他國(guó)家并不多見。他們建立的基準(zhǔn)體系不僅包括以保護(hù)底棲生物為目的的基準(zhǔn)，還包括了保護(hù)其他動(dòng)物和人類為目的的基準(zhǔn)。與美國(guó)環(huán)保局的相平衡分配法相比，荷蘭的基準(zhǔn)體系更加健全，但是荷蘭卻存在著毒性數(shù)據(jù)缺乏的問題。在相平衡分配法中，需要用到水生生物的慢性毒性數(shù)據(jù)，最理想的狀況是使用無觀察效應(yīng)濃度(NOEC)作為慢性毒性值。當(dāng)NOEC值缺乏時(shí)，荷蘭選擇用LC50除以100替代。以100作為評(píng)估因子，存在很大的不確定性，不同的國(guó)家和不同研究選擇的因子不同，沒有明確的規(guī)定，這就使得最終基準(zhǔn)值的不確定性增大。另外，荷蘭用相平衡分配法獲得的基準(zhǔn)值為懸浮沉積物的質(zhì)量基準(zhǔn)，為獲得底層沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)還要乘以一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)。當(dāng)計(jì)算重金屬底層沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為1．5，計(jì)算有機(jī)物沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)為2。由于該方法與經(jīng)典的相平衡方法不同，所獲得的基準(zhǔn)值明顯與其他方法推算出的基準(zhǔn)值不同。例如，荷蘭鈣的底層沉積物基準(zhǔn)值為8．7 mg·kg-1，明顯高于其他國(guó)家和地區(qū)的基準(zhǔn)值。

英國(guó)最早關(guān)心沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)也是從解決沉積物疏浚和污水廠污泥處置問題開始的。英國(guó)漁業(yè)研究理事會(huì)海洋污染監(jiān)測(cè)管理組對(duì)沉積物疏浚和污水處理廠污泥處置基準(zhǔn)問題進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，從1989年到1993年之間提出了5份研究報(bào)告［31-35］。英國(guó)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)也是應(yīng)用相平衡分配法推算而得到的，其中一部分基準(zhǔn)值是建立在美國(guó)的數(shù)據(jù)之上，還有一些基準(zhǔn)值應(yīng)用歐洲水體數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正［36］。

2．2 生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法的應(yīng)用

除EPA之外，美國(guó)還有很多環(huán)保組織和地方環(huán)保局對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)進(jìn)行了大量研究，其中最為突出的是國(guó)家海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)和佛羅里達(dá)州環(huán)保局。1990年，NOAA提出利用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫推算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的方法，由于該方法由國(guó)家現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)項(xiàng)目組(National Status and Trends Program，NSTP)實(shí)施完成，所以被簡(jiǎn)稱為 NSTP法［5］。這種方法以生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，收集北美地區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括通過相平衡分配法獲得的毒性數(shù)據(jù)，通過加標(biāo)沉積物生物實(shí)驗(yàn)獲得的毒性數(shù)據(jù)以及可靠的野外調(diào)查的生物化學(xué)資料。把毒性數(shù)據(jù)從小到大進(jìn)行排序，將效應(yīng)范圍低值(ER-L，10%分位值)和效應(yīng)范圍中值(ER-M，50%分位值)作為評(píng)估沉積物質(zhì)量的基準(zhǔn)值。NSTP法屬于生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法的一種，融合了廣泛多樣的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，克服了相平衡分配法中相平衡分配常數(shù)Kp值影響因素過多、忽略除間隙水外的暴露途徑等影響基準(zhǔn)準(zhǔn)確性和可靠性的因素，因此受到了世界各國(guó)的普遍認(rèn)可。美國(guó)的多個(gè)州、加拿大、澳大利亞和新西蘭以及我國(guó)香港地區(qū)等用于計(jì)算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的方法都是由NSTP法衍生而來。1996年，美國(guó)佛羅里達(dá)州采用該方法計(jì)算了內(nèi)陸水體沉積物和近海沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)。美國(guó)用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法建立沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究列于表2中。

經(jīng)過長(zhǎng)期的研究，美國(guó)在沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方面的工作已碩果累累。但是，美國(guó)環(huán)保局和各地方政府間產(chǎn)生了脫離現(xiàn)象，環(huán)保局在推導(dǎo)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)時(shí)均采用EqP法，而地方政府除了紐約州之外，卻均使用了生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫類的方法，這就使得結(jié)果難于比較，也造成了無法推出普遍適用于全國(guó)范圍的基準(zhǔn)值的問題。

加拿大是使用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法推導(dǎo)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的典型國(guó)家。1988年，加拿大安大略省環(huán)境保護(hù)局對(duì)疏浚沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)進(jìn)行了研究，提出了推導(dǎo)三段式沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的方法，即用2個(gè)基準(zhǔn)閾值將沉積物質(zhì)量分為3個(gè)水平的方法，這是加拿大較早對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究［37］。隨后多個(gè)地區(qū)先后提出了沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)導(dǎo)則，1991年，Bennett和Cubbage［38］對(duì)加拿大各地區(qū)的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)推導(dǎo)方法進(jìn)行了綜述，可供參考。隨著研究的深入，不斷有新版沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算導(dǎo)則推出，但是其基本原則并沒有改變，均是以生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，用2個(gè)基準(zhǔn)值(效應(yīng)低值和效應(yīng)高值)將污染物對(duì)底棲生物的長(zhǎng)期慢性毒性效應(yīng)分為3個(gè)水平，即無效應(yīng)水平、最低效應(yīng)水平和篩選水平。其中篩選水平濃度(相當(dāng)于效應(yīng)高值)表示對(duì)底棲生物具有顯著危害的濃度水平，最低效應(yīng)水平濃度(相當(dāng)于效應(yīng)低值)表示能夠保護(hù)大多數(shù)底棲生物的濃度水平。1992年，加拿大環(huán)境部頒布了海洋環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)導(dǎo)則，詳細(xì)闡述了各種沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算方法，并推薦應(yīng)用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫方法推導(dǎo)海洋沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)［39］。該報(bào)告總體上支持將沉積物質(zhì)量分為3個(gè)水平的理論，并認(rèn)為直接應(yīng)用劑量效應(yīng)關(guān)系和更多相關(guān)的生態(tài)數(shù)據(jù)得出的基準(zhǔn)值要比通過間接生物效應(yīng)獲得基準(zhǔn)值(比如相平衡法)更合理。1995年，加拿大環(huán)境部長(zhǎng)理事會(huì)(Canadian Council of Ministers of the Environment，CCME)頒布了沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算導(dǎo)則，并于1999年進(jìn)行了修改。該方法雖然與美國(guó)佛羅里達(dá)州沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)建立方法相同，但由于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)不同，2個(gè)地區(qū)最終獲得的重金屬和有機(jī)污染物的基準(zhǔn)值存在明顯差異。同時(shí)，比較海洋沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)和淡水沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)兩者差異并不明顯［40］。縱觀加拿大頒布的各種沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，用閾值效應(yīng)水平(threshold effect level，TEL)和可能效應(yīng)水平(probably effect level，PEL)雙基準(zhǔn)將沉積物質(zhì)量分為3個(gè)水平來評(píng)估沉積物質(zhì)量的方法在加拿大受到了普遍認(rèn)可。雖然加拿大魁北克市提出了應(yīng)用5個(gè)基準(zhǔn)值評(píng)價(jià)沉積物質(zhì)量［41］，在TEL和PEL的基礎(chǔ)上還增加了頻繁效應(yīng)水平(frequent effect level，F(xiàn)EL)、偶然效應(yīng)水平(occasional effect level，OEL)和罕見效應(yīng)水平(rare effect level，REL)，但實(shí)際還是根據(jù)不同的評(píng)價(jià)目標(biāo)，應(yīng)用雙值基準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)以防止工業(yè)排放污染為目的時(shí)，用REL和TEL值作基準(zhǔn)值;當(dāng)以管理疏浚沉積物為目的時(shí)，應(yīng)用OEL和FEL作為基準(zhǔn)值;當(dāng)以修復(fù)污染點(diǎn)為目的時(shí)，則以PEL和FEL作為基準(zhǔn)值?？笨耸械倪@種做法非常值得借鑒。通常認(rèn)為，生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法由于統(tǒng)計(jì)方法簡(jiǎn)單，很可能會(huì)造成過保護(hù)現(xiàn)象。如果將灰色區(qū)域和很可能發(fā)生危害的區(qū)域進(jìn)行再次劃分，則可以根據(jù)研究目的、保護(hù)目標(biāo)和研究區(qū)域的實(shí)際情況選擇不同的基準(zhǔn)值，使得評(píng)價(jià)工作更加合理可行。

澳大利亞和新西蘭環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(ANZECC)推薦的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)計(jì)算方法也是生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法。ANZECC使用的主要是北美的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫，增加了一些污染點(diǎn)篩選數(shù)據(jù)和一些用相平衡分配法預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)。ANZECC認(rèn)為在現(xiàn)有數(shù)據(jù)條件下，引入無效應(yīng)數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)基準(zhǔn)值造成更大的偏差，因此其生物數(shù)據(jù)庫只包括有效應(yīng)數(shù)據(jù)。為了降低只使用有效應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算沉積物基準(zhǔn)而帶來的偏差，ANZECC采取了一系列措施。例如，在計(jì)算重金屬沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)時(shí)，充分考慮生物可利用性問題，去掉了不可被生物利用的部分(用酸可揮發(fā)性硫化物AVS表示)。在研究毒性效應(yīng)時(shí)，ANZECC還考慮了氧化還原電位和pH值對(duì)生物可利用性的影響。另外，需要對(duì)計(jì)算得到的ER-L和ER-M評(píng)估其合理性。例如，用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法計(jì)算出的砷的ER-L值，比砷在澳大利亞很多區(qū)域沉積物背景值還要低，顯然不合理。因此，砷的ER-L值并沒有被定義為臨時(shí)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)低值(ISQG-L)，而是把將其修正為20 mg·kg-1(以樣品干質(zhì)量計(jì))。

為了彌補(bǔ)數(shù)據(jù)不足的問題，ANZECC開展了多項(xiàng)研究，補(bǔ)充沉積物對(duì)底棲生物的毒性數(shù)據(jù)，并且不斷進(jìn)行更新，以更準(zhǔn)確評(píng)估沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)［10］。

3 我國(guó)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)發(fā)展概況

我國(guó)在沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方面的研究起步較晚，到目前為止，只有零星的重金屬沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究，關(guān)于有機(jī)污染物沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究鮮有報(bào)道。香港是我國(guó)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究起步最早的地區(qū)。20世紀(jì)90年代初，為了大規(guī)模底泥疏浚工程的需要，香港地方政府急需查明港灣沉積物污染的危害程度，需要有適合當(dāng)?shù)貤l件的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)作為識(shí)別和管理的手段。為了解決這個(gè)問題，香港委托加拿大EVS環(huán)境咨詢委員會(huì)建立了重金屬的初步沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)［42］。除香港之外，我國(guó)還有一些零星的重金屬沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究。例如，20世紀(jì)80年代，湖南省環(huán)保所等單位在開展湘江重金屬水環(huán)境容量研究時(shí)，曾用生物毒理學(xué)方法進(jìn)行了株洲江段底泥重金屬標(biāo)準(zhǔn)的研究。20世紀(jì)90年代以來，張曙光等［43］、霍文毅等［44］先后討論了長(zhǎng)江、黃河泥沙重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)的制定。劉文新等［45-46］結(jié)合鄱陽湖水系樂安河沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)工作，探討了應(yīng)用沉積物質(zhì)量三元法和平衡分配法建立河流沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)的可能性。國(guó)家海洋局海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心根據(jù)國(guó)際文獻(xiàn)和我國(guó)近海沉積物性質(zhì)和污染現(xiàn)狀，嘗試討論了海洋沉積物中幾種污染物的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)［47］。這些研究對(duì)我國(guó)重金屬沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究具有一定參考價(jià)值。但從總體上說，我國(guó)在沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)領(lǐng)域的研究工作還十分薄弱，急待開展系統(tǒng)深入研究，尤其是在有機(jī)污染物沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)方面。有毒有機(jī)物是環(huán)境中種類最多、影響范圍最廣的一類污染物，其對(duì)沉積物質(zhì)量的影響不容忽視。為了能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估沉積物質(zhì)量，建立沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)，在今后的工作中，科研工作者可從這兩方面入手，對(duì)有機(jī)物的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)進(jìn)行深入研究。

4 展望

雖然歐美一些國(guó)家對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究已經(jīng)開展了很多年，但是仍存在很多問題。與水質(zhì)基準(zhǔn)的研究相比，沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的研究還落后很多。沉積物中的有機(jī)碳含量、沉積物性質(zhì)、酸可揮發(fā)性硫化物等因素對(duì)沉積物基準(zhǔn)的影響還不明確。迄今為止，還不能通過任何一種方法，建立具有普遍意義的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)。雖然相平衡分配法和生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法在國(guó)際上被認(rèn)為是具有很大發(fā)展前途的方法，但是依然很難僅依靠一種方法建立可靠的基準(zhǔn)。今后的研究重點(diǎn)應(yīng)放在建立多種基準(zhǔn)建立方法相結(jié)合的基準(zhǔn)體系，確定統(tǒng)一的分析方法，綜合運(yùn)用沉積物化學(xué)分析、生物調(diào)查和毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)手段評(píng)價(jià)沉積物質(zhì)量等方面。當(dāng)數(shù)據(jù)充足時(shí)，可考慮使用SQTA建立更加直觀可視的三軸圖來評(píng)價(jià)沉積物質(zhì)量。

生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法由于能夠充分利用廣泛多樣的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，并且能夠隨著數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)大和更新而不斷改進(jìn)，受到了國(guó)際上的廣泛關(guān)注。但是這些方法均依賴于大量的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，以我國(guó)目前的研究狀態(tài)，很難獲得充足的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)對(duì)于各種數(shù)據(jù)的甄別、篩選和校正也存在一定的困難。因此，利用基于生物效應(yīng)的方法建立沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)，目前在我國(guó)的適用范圍有限。相平衡分配法具有可靠的理論基礎(chǔ);充分利用水環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)，間接考慮了污染物的生物有效性，有利于評(píng)估污染物與生物效應(yīng)之間的關(guān)系;而且不需要大量的生物效應(yīng)數(shù)據(jù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。因此，?duì)于目前沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究處于初級(jí)階段的我國(guó)，更適合使用相平衡分配法計(jì)算污染物沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)。但是相平衡分配法的關(guān)鍵因子(相平衡分配常數(shù)Kp)由于影響因素過多而很難獲得準(zhǔn)確值，而且相平衡分配法忽略了除間隙水外其他暴露途徑對(duì)沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的影響。隨著研究的深入，我國(guó)應(yīng)大量開展關(guān)于污染沉積物生物效應(yīng)的研究，彌補(bǔ)生物效應(yīng)數(shù)據(jù)不足的缺點(diǎn)，為應(yīng)用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法建立沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。在目前的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)研究中，建議采用2種方法推算沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)值，并建立多元評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。研究相平衡分配法計(jì)算的基準(zhǔn)值與用生物效應(yīng)數(shù)據(jù)庫法計(jì)算的基準(zhǔn)值的符合程度，從可比性、可靠性和可預(yù)測(cè)性3方面綜合分析兩種方法推算出的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)的合理性和可用性，從而獲得最終的污染物沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)值，為全面評(píng)價(jià)水環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供可靠依據(jù)。

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