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黃河魚類中痕量金屬的生物富集特征及潛在風險 版權信息
- ISBN：9787030733191
- 條形碼：9787030733191 ; 978-7-03-073319-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
黃河魚類中痕量金屬的生物富集特征及潛在風險 本書特色
科研院所和高等院校環境科學、生態毒理學等專業及環境生物學、污染物環境監測、化學品控制與管理方向的研究人員和技術人員。
黃河魚類中痕量金屬的生物富集特征及潛在風險 內容簡介
痕量金屬，尤其是重金屬，對水體造成的污染成為全球備受關注和擔憂的水環境問題之一。水體中痕量金屬一旦達到一定濃度，就會對環境產生負面影響，甚至危及人體健康。本書以黃河源區至入海口整個干流為研究區域，以水體、懸浮物、沉積物及魚體組織中痕量金屬為研究對象，結合流域土地覆蓋和社會經濟要素，對黃河水環境中痕量金屬在大空間尺度下的分布特征及其污染風險、魚體累積、人類食用健康風險及人類活動對其濃度分布的影響等方面進行了全面、系統的研究。研究成果可為黃河痕量金屬污染來源分析與水環境保護提供數據支撐；為黃河漁業資源及多樣性保護、人類健康風險提供指導和建議。 本書可為科研院所和高等院校環境科學、生態毒理學等專業及環境生物學、污染物環境監測、化學品控制與管理方向的研究人員和技術人員提供參考。
黃河魚類中痕量金屬的生物富集特征及潛在風險 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 河流中痕量金屬污染狀況 1
1.1.1 河流中痕量金屬來源途徑及污染特征 1
1.1.2 國內外河流中痕量金屬污染現狀 4
1.2 痕量金屬在魚體累積及潛在風險 13
1.2.1 痕量金屬在魚體的累積特征 13
1.2.2 痕量金屬毒性及魚類食用健康風險評價 16
1.3 黃河流域概況及其生態安全重要性 18
1.4 黃河痕量金屬污染與魚體累積研究進展 24
1.4.1 黃河水環境中痕量金屬污染研究 24
1.4.2 黃河魚類對痕量金屬生物富集及其食用風險 26
1.5 黃河流域痕量金屬污染及風險管控科技需求 27
參考文獻 28
第2章 研究區域與方法 38
2.1 研究區域 38
2.2 研究方法 39
2.2.1 區域劃分及人類活動相關數據獲取 39
2.2.2 環境樣品采集及痕量金屬濃度測定 43
2.2.3 魚類食性劃分及穩定同位素比值測定 47
2.2.4 痕量金屬生物富集及風險評價 48
參考文獻 51
第3章 黃河干流水環境中痕量金屬空間分布特征 54
3.1 水環境中痕量金屬濃度 55
3.2 水環境中痕量金屬空間分布特征 58
3.2.1 水體中痕量金屬空間分布特征 58
3.2.2 懸浮物中痕量金屬空間分布特征 60
3.2.3 沉積物中痕量金屬空間分布特征 63
3.3 黃河水環境中痕量金屬濃度空間分布差異分析 69
3.4 不同粒徑沉積物中痕量金屬元素含量及分布 70
3.4.1 黃河干流沉積物粒徑分布 70
3.4.2 不同粒徑沉積物中痕量金屬元素含量及分布 71
3.5 水環境介質中痕量金屬污染風險 74
3.5.1 水體痕量金屬元素污染評價 74
3.5.2 懸浮物中痕量金屬元素污染風險評價 74
3.5.3 沉積物中痕量金屬元素污染風險評價 76
3.5.4 黃河水環境介質中痕量金屬污染風險時空差異 78
3.6 小結 79
參考文獻 80
第4章 黃河魚類肌肉中痕量金屬富集及健康風險評價 84
4.1 黃河所采集魚類基本生物學與生態學信息 85
4.2 魚類肌肉中穩定同位素及痕量金屬濃度 88
4.3 魚類肌肉對痕量金屬的生物富集及影響因素 96
4.3.1 生物富集系數 96
4.3.2 魚類肌肉中痕量金屬濃度的影響因素 97
4.4 黃河魚類肌肉食用風險評價 106
4.5 小結 110
參考文獻 110
第5章 黃河魚類中痕量金屬生物富集的組織特異性 114
5.1 魚體組織對痕量金屬的富集特征 115
5.1.1 魚體組織中痕量金屬濃度 115
5.1.2 魚體內痕量金屬生物富集的組織差異 116
5.2 魚體組織對痕量金屬富集的影響因素 124
5.2.1 生物富集系數 124
5.2.2 魚類組織與環境介質中痕量金屬的相關性 128
5.3 小結 135
參考文獻 135
第6章 痕量金屬在黃河受威脅魚類中生物富集特征及潛在風險 139
6.1 黃河所采集的受威脅魚類空間分布 141
6.2 魚類穩定同位素及組織中痕量金屬濃度 143
6.3 痕量金屬在魚體的富集特征及潛在風險 150
6.3.1 生物富集系數 150
6.3.2 潛在毒害風險評價 153
6.4 小結 156
參考文獻 156
第7章 人類活動對黃河水環境及魚類中痕量金屬的影響 159
7.1 黃河流域土地利用和社會經濟狀況 160
7.2 人類活動對水環境中金屬濃度分布的影響 162
7.2.1 水環境介質中痕量金屬濃度因子分析 162
7.2.2 人類活動與水環境和魚類中痕量金屬之間的關系 166
7.3 小結 176
參考文獻 177
附錄 180
附錄1 國外部分主要河流水系水體、懸浮物和沉積物中痕量金屬數據文獻來源 180
附錄2 中國七大河流水系水體、懸浮物和沉積物中痕量金屬數據文獻來源 182
前言
第1章 緒論 1
1.1 河流中痕量金屬污染狀況 1
1.1.1 河流中痕量金屬來源途徑及污染特征 1
1.1.2 國內外河流中痕量金屬污染現狀 4
1.2 痕量金屬在魚體累積及潛在風險 13
1.2.1 痕量金屬在魚體的累積特征 13
1.2.2 痕量金屬毒性及魚類食用健康風險評價 16
1.3 黃河流域概況及其生態安全重要性 18
1.4 黃河痕量金屬污染與魚體累積研究進展 24
1.4.1 黃河水環境中痕量金屬污染研究 24
1.4.2 黃河魚類對痕量金屬生物富集及其食用風險 26
1.5 黃河流域痕量金屬污染及風險管控科技需求 27
參考文獻 28
第2章 研究區域與方法 38
2.1 研究區域 38
2.2 研究方法 39
2.2.1 區域劃分及人類活動相關數據獲取 39
2.2.2 環境樣品采集及痕量金屬濃度測定 43
2.2.3 魚類食性劃分及穩定同位素比值測定 47
2.2.4 痕量金屬生物富集及風險評價 48
參考文獻 51
第3章 黃河干流水環境中痕量金屬空間分布特征 54
3.1 水環境中痕量金屬濃度 55
3.2 水環境中痕量金屬空間分布特征 58
3.2.1 水體中痕量金屬空間分布特征 58
3.2.2 懸浮物中痕量金屬空間分布特征 60
3.2.3 沉積物中痕量金屬空間分布特征 63
3.3 黃河水環境中痕量金屬濃度空間分布差異分析 69
3.4 不同粒徑沉積物中痕量金屬元素含量及分布 70
3.4.1 黃河干流沉積物粒徑分布 70
3.4.2 不同粒徑沉積物中痕量金屬元素含量及分布 71
3.5 水環境介質中痕量金屬污染風險 74
3.5.1 水體痕量金屬元素污染評價 74
3.5.2 懸浮物中痕量金屬元素污染風險評價 74
3.5.3 沉積物中痕量金屬元素污染風險評價 76
3.5.4 黃河水環境介質中痕量金屬污染風險時空差異 78
3.6 小結 79
參考文獻 80
第4章 黃河魚類肌肉中痕量金屬富集及健康風險評價 84
4.1 黃河所采集魚類基本生物學與生態學信息 85
4.2 魚類肌肉中穩定同位素及痕量金屬濃度 88
4.3 魚類肌肉對痕量金屬的生物富集及影響因素 96
4.3.1 生物富集系數 96
4.3.2 魚類肌肉中痕量金屬濃度的影響因素 97
4.4 黃河魚類肌肉食用風險評價 106
4.5 小結 110
參考文獻 110
第5章 黃河魚類中痕量金屬生物富集的組織特異性 114
5.1 魚體組織對痕量金屬的富集特征 115
5.1.1 魚體組織中痕量金屬濃度 115
5.1.2 魚體內痕量金屬生物富集的組織差異 116
5.2 魚體組織對痕量金屬富集的影響因素 124
5.2.1 生物富集系數 124
5.2.2 魚類組織與環境介質中痕量金屬的相關性 128
5.3 小結 135
參考文獻 135
第6章 痕量金屬在黃河受威脅魚類中生物富集特征及潛在風險 139
6.1 黃河所采集的受威脅魚類空間分布 141
6.2 魚類穩定同位素及組織中痕量金屬濃度 143
6.3 痕量金屬在魚體的富集特征及潛在風險 150
6.3.1 生物富集系數 150
6.3.2 潛在毒害風險評價 153
6.4 小結 156
參考文獻 156
第7章 人類活動對黃河水環境及魚類中痕量金屬的影響 159
7.1 黃河流域土地利用和社會經濟狀況 160
7.2 人類活動對水環境中金屬濃度分布的影響 162
7.2.1 水環境介質中痕量金屬濃度因子分析 162
7.2.2 人類活動與水環境和魚類中痕量金屬之間的關系 166
7.3 小結 176
參考文獻 177
附錄 180
附錄1 國外部分主要河流水系水體、懸浮物和沉積物中痕量金屬數據文獻來源 180
附錄2 中國七大河流水系水體、懸浮物和沉積物中痕量金屬數據文獻來源 182
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黃河魚類中痕量金屬的生物富集特征及潛在風險 節選
第1章緒論 1.1 河流中痕量金屬污染狀況 1.1.1 河流中痕量金屬來源途徑及污染特征 河流作為一個開放的連續體，其承載著陸源物質向海洋的輸送，是陸地和海洋生態系統連接的紐帶和通道（Zhang et al.，2019）。同時，河流本身作為一個生態系統，也有著生態作用與功能。人類文明誕生并孕育于此，是動植物生長繁衍的棲息地，是工農業用水、居民飲水之源，可促進大自然的水循環，對維持氣候變化及人類生產、生活起著重要作用。隨著工農業的發展和社會經濟的進步，生產規模的擴大，用水方式的改變，用水需求的增加以及眾多水利工程的建設使得河流水污染加劇，水資源承載力下降，水生態結構和功能發生改變（Chen et al.，2019；Revenga & Tyrrell，2016）。 河流痕量金屬污染就是當前面臨的一個重大生態環境問題，主要是由人類活動造成的，來源和途徑主要有以下幾個方面。 （1）礦產資源開發、工業生產中的排放：我國作為礦產大國，采礦過程中產生的痕量金屬排放不容忽視。礦產加工及工業生產過程如電鍍、金屬冶煉等會產生較多金屬，尤其是有毒有害的重金屬，隨著廢水、廢氣以及固體廢棄物的排放，*終進入河流。 （2）農業生產過程中的排放：作為農業大國，我國農業生產規模巨大，農藥、化肥的使用過程中，有較多的金屬如Cu、Zn和Pb等進入土壤，*終通過地表徑流和下滲進入河流等水體。 （3）交通運輸過程中排放：交通運輸作為國民經濟的基礎產業，也會帶來金屬污染。車輛行駛過程中帶起的揚塵，汽車油料中所含的金屬通過尾氣排放，以及車輛輪胎等機械磨損帶來的金屬*終也會進入水體造成一定的污染。 （4）城鎮排放：人類作為社會經濟生活中的主體，每天的生活、生產活動會產生含金屬的廢水、廢氣及固體廢棄物的排放，這一來源較多的是進入河流，成為河流痕量金屬污染的主要來源之一。 （5）大氣和雨水沉降：工業、交通等人類活動產生的含金屬的廢氣、顆粒物等進入大氣中，通過干、濕沉降的方式進入地表。 （6）自然源：如基巖侵蝕、風化，火山噴發等自然地質活動過程中產生的。 痕量金屬與其他元素一樣，也會經歷如上述的自然源排放。當地球內部的巖漿上升到地表形成巖石時，或者通過其他地質源（如火山噴發）進入到地球環境就開始了痕量金屬元素的自然循環，參與到地球的非生物和生物組分之間的遷移轉化過程中（Thorne et al.，2018）。非生物成分之間的運輸可能通過大氣、顆粒物沉降，通過地表徑流或是直接排放進入河流后，大部分被泥沙等懸浮顆粒物吸收、沉積進入沉積物中，后續部分會經過泥沙再懸浮釋放進入水體，另外一些會隨著泥沙淤積而沉積（Zhang et al.，2017）。據報道，水生態系統中90%以上的金屬負荷與懸浮顆粒物和沉積物有關（Zheng et al.，2008；Amin et al.，2009）。痕量金屬尤其是重金屬，它們在環境中具有毒性且不易降解，只能在不同介質中進行遷移及形態間的相互轉化（Li et al.，2020）。還有部分金屬存在于水體、懸浮物中，水生生物通過吸附、攝入等方式對其進行生物富集。痕量金屬如Cu、Zn和Mn等雖為某些有機體的必需元素，但其在機體內超過一定量時，也會產生毒害作用。大部分有毒金屬如Pb、Hg和As等，即使較低的濃度，當在有機體內積累的金屬負荷超過生物體可承受的閾值時就會對有機體產生危害，同時會隨著食物鏈/網的傳遞產生生物濃縮和毒性放大作用，*終也會影響到人體健康（Gu et al.，2015；Abdel-Khalek et al.，2016）。近年來，人類活動已極大地改變了局部、區域和全球范圍內的一些元素的生物地球化學循環。由于痕量金屬幾乎普遍存在于諸如煤炭和礦石等工業原料中，因此在使用時可能會大量釋放進入環境中（Thorne et al.，2018）。如Cu和Zn向大氣中的輸送源主要來自于生產過程中產生，近年來Cu和Zn向大氣中的排放量有減少的趨勢，這主要歸因于生產過程中污染控制技術的進步。金屬從地下轉移到人工建設的基礎設施的過程中，即為從礦石到大規模儲存和運輸及應用都會增加向環境中的排放風險。盡管一些金屬可能會通過廢物回收利用，但這并不一定會減輕對較為集中分布的原礦石開采的負擔（Rauch & Pacyna，2009）。 河流中的痕量金屬來源廣泛，主要還是以人類活動產生為主。金屬進入水體后，主要以溶解態、懸浮態、沉積態及生物態（生物體內富集）存在。同時各態之間會發生一系列的遷移轉化，因而，金屬在河流環境、生物中的分布會受到眾多因素的影響。從外部來源來看，各類工農業、經濟發展等人類活動，尤其是與金屬相關生產活動對河流金屬的輸入起著決定性作用，屬于宏觀層面的外部因素。在工業活動中，礦山開采和金屬冶煉是河流金屬的重要來源（Viers et al.，2009），因而礦產資源的分布及其生產量與環境中金屬息息相關。從全球來看，以Ni、Cu和Pb-Zn礦產資源為例，其在世界范圍內分布廣泛（Northey et al.，2017）。Cu和Pb-Zn礦產資源主要分布于美洲西部、非洲南部、歐洲西部、亞洲西南部和澳大利亞；Ni礦則主要分布于北美西南部、南美東部、歐洲北部、非洲南部以及大洋洲地區（Northey et al.，2017）。 礦產資源開發、投入生產后或多或少地會向環境中排放，因而有必要明晰礦產資源生產量的分布狀況。對美國地質調查局公布的2017年世界礦產資源生產量分析發現：至少某一種痕量金屬礦產資源生產量占世界總量大于10%的國家有16個，除北美洲和南極洲外其他洲均有分布；至少有兩種礦產資源生產量占比大于等于10%的國家有：中國［Fe（14.9%）、Zn（35.2%）、Cd（32.3%）、Sb（71.5%）、Ba（36.9%）和Pb（46.9%）］、澳大利亞［Mn（16.0%）、Fe（36.5%）和Pb（10.0%）］，南非［Cr（46.2%）和Mn（31.2%）］和秘魯［Cu（12.3%）和Zn（11.8%）］；其他國家中，智利和菲律賓分別在Cu（27.5%）和Ni（16.9%）生產量上占比相對較高（USGS，2019）。就我國而言，礦產資源重點開采區和勘察區主要分布在東南部。全國可以劃分成26片重點成礦區帶且其呈復合礦帶分布，鐵、錳、銅、鋁、鉛、鋅、鎳礦等是我國的重點礦種（宋相龍等，2017）。 人類的生產活動加劇了環境中金屬污染，而金屬相關的企業生產、冶煉等工業活動可能是河流中金屬污染的一個重要來源。根據2018年國際工業統計年鑒（UNIDO，2018）提供的數據（2014年和2015年數據），對金屬相關國家工業企業數量進行了歸納（其中部分工業大國如美國、日本、英國等未收集到數據）。從收集到的數據來看，歐洲和亞洲國家痕量金屬相關工業企業分布較多。中國、印度和南非貴金屬及其他有色金屬企業數占較大比重，分別為7050個、1699個和1447個；有色金屬鑄造企業在意大利（878個）、印度（543個）和德國（440個）分布較多；結構金屬制品企業數量前三位分別為墨西哥（53 021 個）、意大利（31 122個）和沙特阿拉伯（17 231個）。 環境中金屬的濃度必然受到排放通量的影響，礦產資源的開采、加工及其在工農業中的后續應用促進了生物地球化學循環中金屬濃度的增加，土壤、大氣中的金屬會有部分進入河流等水體（Ali et al.，2019）。因而在全球范圍內進行痕量金屬自然排放和人為向土壤、大氣、水體排放通量的評價對執行國際減排協定及金屬元素生物地球化學循環研究有重要意義（Thorne et al.，2018；Pacyna et al.，2016）。對于大多數金屬來說，人為排放當前已超過自然排放，人為排放量*大的是向土壤的排放，其次是向水和大氣的排放（表1-1）。一些典型金屬如Pb、Zn、Cu、Sn和Cr的人為排放通量大于1×106 t/a。Hg、Cd、Se和Sb的排放總量相對較低，均在1×105 t/a以下。對于Hg、As、Se和Sb，人為向水體的排放占排放總量的比例大于30%，Se甚至接近50%（0.47），即水體成為這些金屬排放的主要受納區。同時，排放進入大氣中的金屬又會通過大氣沉降、降雨等形式進入土壤、河流、湖泊等水體。進入土壤中的金屬也會通過地表徑流、農業灌溉排水、地下入滲等形式進一步進入水體。 金屬進入河流后，其形態以及在各介質間的分布會受到很多因素的影響。如Cr3+進入水體后，在低pH條件下易與機質絡合形成配合物，當pH在4～7之間時，Cr3+逐漸沉淀，因而在天然水體中，Cr3+在沉積相中含量較高（戴樹桂，2006）。另外水環境中有機質含量、氧化還原電位、溶解氧和離子濃度等都會影響到金屬的分布和遷移轉化（Rodriguez-Iruretagoiena et al.，2016a，2016b；He et al.，2016）。水體懸浮顆粒物的絮凝作用也會促進金屬的吸附。以黏土占主導的絮凝體尺寸可達120μm，沉降速度可達到0.58 mm/s，這意味著當一些金屬被吸附后，在幾個小時或更短的時間內就會沉積到河床中（Li et al.，2020）。綜上，河流中金屬的濃度與分布受到內因和外因的共同作用，對其綜合影響因素的研究有助于金屬排放管控和河流的修復與管理。 1.1.2 國內外河流中痕量金屬污染現狀 痕量金屬，尤其是重金屬進入環境后，因其難降解特性，長期存在于環境介質中。河流作為金屬元素流動的一個通道和受納體，其生態健康也會受到金屬污染程度的影響。自然源和各種人為源的金屬排放以及從土壤向河流中遷移，懸浮顆粒物的吸附及隨泥沙的沉積，使得金屬在河流水環境不同介質中形成一定的分布格局。 表1-2顯示了通過評價得出的全球與河流水環境相關的不同介質中部分典型金屬的平均濃度。Cu、Zn、Fe、Ni和Al在陸相沉積物中的含量略高于土壤中的含量，陸相沉積物及河流懸浮物中金屬（除Ag）濃度顯著高于河流溶解態濃度（p＜0.05），說明河流懸浮顆粒物對金屬的吸收和沉積起著主導作用。 河流水體金屬污染已成為全球性的環境問題，引起了政府和公眾的極大關注。自1990年以來，政府機構開始關注金屬污染并制定了污染控制的政策。如歐洲聯盟要求對城市廢水進行收集和處理，禁止對向地表水直接排放；歐洲立法規定了有序的廢棄物處理程序等。研究發現，到21世紀10年代，全球地表水中的一些金屬濃度有所降低，如Cd、Pb、Zn、Ni在20世紀90年代均值分別為39.2μg/L、257.6μg/L、1948.7μg/L、159.5μg/L，到21世紀10年代，分別下降到25.3μg/L、116.1μg/L、1180.1μg/L、81.0μg/L；但與世界衛生組織（WHO）和美國環境保護署（USEPA）規定的標準相比，6種金屬（Cd、Pb、Cr、Hg、Ni和Mn）濃度在20世紀90年代和21世紀初均高于標準閾值，而在21世紀10年代達到了10種（增加了Zn、Al、Fe和As）（Zhou et al.，2020）。全球河流水體中的金屬濃度在20世紀70～80年代較低，而在20世紀90年代～21世紀10年代則相對較高，表明從20世紀70年代到21世紀10年代河流金屬污染程度有所加重（Zhou et al.，2020）。從1972～2017年世界五大洲172條河流水體11種金屬平均濃度分布來看，不同金屬的平均濃度在五大洲的分布有所差異（Zarazua et al.，2006；Beltaos & Burrell，2015；Reiman et al.，2018；Zhou et al.，2020）。總體而言，Al和Fe元素在除南美洲以外的四個洲均有較高的濃度；若排除Al和Fe，與非洲、亞洲和南美相比，歐洲和北美的金屬濃度相對較低。如Cd、Pb和Cr元素濃度在五大洲的排序為南美＞非洲＞亞洲＞歐洲＞北美。
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