廣東清遠(yuǎn)電子垃圾處理地沉積物對(duì)伸展搖蚊的慢性毒性效應(yīng)

杜娟，龐俊曉，游靜

中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640

?

廣東清遠(yuǎn)電子垃圾處理地沉積物對(duì)伸展搖蚊的慢性毒性效應(yīng)

杜娟，龐俊曉，游靜

中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640

電子垃圾拆解引起的環(huán)境污染和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題，不適當(dāng)?shù)碾娮永鸾膺^程造成處理區(qū)水體沉積物受到多類有機(jī)化合物和重金屬污染，直接威脅生活在沉積物中的底棲動(dòng)物。在典型電子垃圾處理地廣東清遠(yuǎn)采集沉積物，測(cè)定樣品中以烴類為主的色譜難分離混合物(unresolved complex mixture，UCM)的含量，開展伸展搖蚊全生命周期慢性毒性測(cè)試。結(jié)果表明，清遠(yuǎn)沉積物中的UCM濃度(0.08±0.01)%接近于這類污染物對(duì)伸展搖蚊的慢性半致死性效應(yīng)濃度(0.073±0.022)%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)清遠(yuǎn)沉積物對(duì)以搖蚊為代表的底棲無脊椎動(dòng)物具有顯著慢性毒性效應(yīng)，且可通過測(cè)定UCM含量初步估算。這為開展以電子垃圾處理地沉積物為代表的，受到以麻醉作用為主要致毒機(jī)制的混合物污染的沉積物的毒性評(píng)價(jià)提供了一種有效方法。

電子垃圾；色譜難分離混合物；沉積物；伸展搖蚊；慢性毒性

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年超過4千萬噸廢舊電子產(chǎn)品被廢棄處理，其中約有70%電子垃圾在中國(guó)處理，目前在廣東、浙江兩省已形成了多個(gè)較大規(guī)模的電子垃圾處理地，如廣東汕頭貴嶼、清遠(yuǎn)龍?zhí)潦呛驼憬_(tái)州[1-4]。不適當(dāng)?shù)碾娮永幚矸绞?，?duì)當(dāng)?shù)貧狻⑼?、水等環(huán)境介質(zhì)造成了嚴(yán)重污染。例如，清遠(yuǎn)龍?zhí)岭娮永鸾鈪^(qū)每年處理電子垃圾近百萬噸，主要采用手工拆解、焚燒、填埋等粗放式的處理方式。這種處置方式導(dǎo)致多類污染物被釋放到處理地及其周邊地區(qū)環(huán)境中[5]。電子垃圾拆解造成的區(qū)域環(huán)境污染問題已引起廣泛關(guān)注，目前主要集中在電子垃圾拆解區(qū)持久性有機(jī)污染物和重金屬在不同環(huán)境介質(zhì)中濃度水平、遷移分布、生物積累和人體暴露[6-13]。

釋放到環(huán)境中的疏水性污染物易于在沉積物中蓄積，前期研究在電子垃圾處理地附近水體沉積物中頻繁檢測(cè)到相對(duì)高濃度的重金屬和多種有機(jī)污染物，如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和溴代阻燃劑等[6-7,11,13]。這些沉積物中的污染物，一方面可在生物體中富集，并沿食物鏈傳遞，另一方面，也直接影響生活在其中的底棲生物。以底棲無脊椎動(dòng)物為模式生物的沉積物毒性測(cè)試常被用作沉積物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)[14]。Mehler等[15]運(yùn)用伸展搖蚊幼蟲開展10 d急性毒性測(cè)試，以此評(píng)價(jià)了珠三角城市水體沉積物毒性，他們發(fā)現(xiàn)71%城市河道沉積物對(duì)搖蚊幼蟲具有急性致死性毒性，而其中農(nóng)藥殘留是急性毒性的主要貢獻(xiàn)者。與此相反，雖然在清遠(yuǎn)龍?zhí)岭娮永幚淼睾拥啦杉某练e物中檢測(cè)到較高濃度的重金屬、多環(huán)芳烴和多溴聯(lián)苯醚等污染物，但是這些沉積物對(duì)搖蚊幼蟲無明顯急性毒性效應(yīng)，因此在該研究中被選做參考沉積物[15]。進(jìn)一步的研究中，Pang等[16]發(fā)現(xiàn)電子垃圾處理地采集的沉積物對(duì)底棲動(dòng)物雖然未表現(xiàn)急性毒性，但在底棲環(huán)節(jié)動(dòng)物夾雜帶絲蚓產(chǎn)生的生物擾動(dòng)作用下，沉積物中釋放出的多環(huán)芳烴等污染物卻可導(dǎo)致在沉積物中暴露了28 d的鉤蝦的生存率顯著降低。這說明在這些沉積物中長(zhǎng)時(shí)間暴露對(duì)底棲生物存在潛在危害，因此針對(duì)該區(qū)域沉積物中污染物種類繁多，但對(duì)底棲動(dòng)物急性毒性相對(duì)較弱的情況，有必要發(fā)展針對(duì)表現(xiàn)麻醉作用機(jī)制的混合污染物的慢性毒性測(cè)試方法，更有效地評(píng)價(jià)典型電子垃圾處理地的沉積物毒性效應(yīng)。

色譜難分離混合物(UCM)主要成分為石油烴，其中又以烷烴、環(huán)烷烴等飽和烴類為主。低沸點(diǎn)的飽和烴類，濃低度時(shí)能引起動(dòng)物的麻醉和昏迷，高濃度時(shí)能造成細(xì)胞的損傷死亡，而高沸點(diǎn)的飽和烴類則能使生物的營(yíng)養(yǎng)與輸導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生紊亂，整體而言UCM是表現(xiàn)麻醉作用機(jī)制的烴類混合污染物[17]。本研究以UCM代表急性毒性較弱的混合污染物，以伸展搖蚊為模式生物，優(yōu)化全生命周期沉積物毒性測(cè)試方法，并在清遠(yuǎn)龍?zhí)梁拥啦杉练e物，開展搖蚊全生命周期毒性測(cè)試，以確定所優(yōu)化的慢性毒性測(cè)試方法用于評(píng)價(jià)典型電子垃圾處理地沉積物毒性的適用性。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 沉積物樣品的采集與加標(biāo)

清遠(yuǎn)沉積物樣品取自廣東省清遠(yuǎn)市龍?zhí)伶?zhèn)，靠近電子垃圾拆解地的一條小溪(N23°33′28.42''和E113°01′58.04'')。慢性毒性實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組沉積物采自于廣東省從化市流溪河水庫(kù)(N23°41'58.14"和E113°42'30.06")，前期研究結(jié)果表明該沉積物對(duì)模式動(dòng)物不產(chǎn)生慢性毒性[18-19]。在選定河道，用不銹鋼鏟采集表層5 cm內(nèi)沉積物，過35目不銹鋼篩去除碎石和枝條后，再經(jīng)4 h攪拌使其充分混合均勻后，4 ℃避光保存?zhèn)溆谩?/p>

礦物油中含有與UCM相似的較高比例的烷烴、環(huán)烷烴等飽和烴類，在美國(guó)環(huán)保局建立毒性評(píng)價(jià)鑒定程序時(shí)被作為UCM的替代物使用[20]，因此本實(shí)驗(yàn)用礦物油作為UCM的替代物。礦物油購(gòu)自荷蘭赫爾市Acros Organics公司。清遠(yuǎn)沉積物攪勻后直接用于開展搖蚊慢性毒性實(shí)驗(yàn)。從化沉積物除了作為空白對(duì)照之外，另取部分加入不同量的礦物油用作UCM加標(biāo)沉積物，共設(shè)置3個(gè)濃度梯度(理論加標(biāo)濃度分別為0.06%、0.1% 和0.5% g 礦物油·g-1沉積物干重，下同)，UCM加標(biāo)沉積物老化1個(gè)月后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 生物測(cè)試

1.2.1 受試生物

搖蚊幼蟲，又稱為紅蟲，是許多經(jīng)濟(jì)魚類的餌料生物，其生物量約占底棲生物總量的70%～80%，幾乎遍及世界所有的淡水環(huán)境，在水生食物鏈中占據(jù)重要環(huán)節(jié)[21]。因此，搖蚊幼蟲作為重要指示動(dòng)物，在水體污染和生物監(jiān)測(cè)中廣泛運(yùn)用[14,21-24]。如圖1所示，搖蚊是一種完全變態(tài)發(fā)育的昆蟲，其個(gè)體發(fā)育過程包括卵、幼蟲、蛹和成蟲4個(gè)階段，而健康的搖蚊卵串整體長(zhǎng)約10～25 mm，寬度大約5～10 mm，呈“C”型，裹有透明膠狀物質(zhì)。

圖1 搖蚊全生命周期的4個(gè)階段Fig. 1 Four stages during a whole life cycle of Chironomid midge

1.2.2 沉積物中伸展搖蚊毒性實(shí)驗(yàn)

本研究采用伸展搖蚊(Chironomus dilutus)，其隸屬昆蟲綱(Insecta)、雙翅目(Diptera)、搖蚊科(Chironomidae)。慢性毒性實(shí)驗(yàn)所用的伸展搖蚊在本實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期馴化培養(yǎng)，培養(yǎng)條件的各項(xiàng)指標(biāo)均符合美國(guó)環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)方法[14]。沉積物全生命周期慢性毒性測(cè)試按照Du等[18]描述的方法進(jìn)行。簡(jiǎn)言之，測(cè)試用燒杯中放入60 g濕沉積物，添加250 mL中等硬水作為上覆水。實(shí)驗(yàn)開始，加入20只剛孵化的伸展搖蚊幼蟲(< 24 h)，在流動(dòng)換水系統(tǒng)中進(jìn)行毒性測(cè)試?；緶y(cè)試條件包括：水溫保持在(23±1) ℃，光照：黑暗時(shí)間比為16:8，1 d更換2次上覆水，每次100 mL，并每日監(jiān)測(cè)溫度(實(shí)測(cè)值為(23.3±0.2) ℃)、pH(實(shí)測(cè)值為(7.39±0.14))、溶解氧濃度(實(shí)測(cè)值為(5.8±1.4) mg·L-1)和電導(dǎo)率(實(shí)測(cè)值為(342±16) μs·cm-1)等水質(zhì)參數(shù)，每隔2天測(cè)定一次上覆水中氨氮含量(實(shí)測(cè)值為(0.35±0.17) mg·L-1)。搖蚊每天投喂1次磨碎的魚食(主要成分為魚肉、蝦肉、豆粕、維生素、礦物質(zhì)和酵母等)，每次1 mL，但考慮到其不同生命期的生理差異及對(duì)食物需求量和敏感性的差異等因素，食物濃度在實(shí)驗(yàn)過程中按照下面濃度變化：(1)實(shí)驗(yàn)開始后2 d內(nèi)不喂食；(2)(3～7) d，0.6 g·L-1；(3)(8～12) d，3 g·L-1；(4)第13 天至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，6 g·L-1。

毒性測(cè)試以A、B、C 3組同時(shí)進(jìn)行，每組3個(gè)平行樣。A組的搖蚊在沉積物中暴露20 d后(羽化前)，篩出計(jì)算其存活率，并通過測(cè)定搖蚊幼蟲的去灰分干重(ash-free dry weight，AFDW)來表征生長(zhǎng)情況[25]。B組沉積物用于研究搖蚊幼蟲全生命周期的慢性毒性效應(yīng)，即沉積物暴露對(duì)搖蚊羽化和繁殖情況的影響。具體操作如下：搖蚊幼蟲自毒理實(shí)驗(yàn)開展的第23 天起開始羽化，自此，一直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，每天記錄不同階段搖蚊的羽化時(shí)間、羽化數(shù)量、成蟲死亡時(shí)間、死亡數(shù)量、卵串?dāng)?shù)量及卵數(shù)，并計(jì)算累積羽化率、羽化速率、性別比例和產(chǎn)卵率等非致死毒性效應(yīng)參數(shù)。當(dāng)B組沉積物中搖蚊幼蟲全部羽化完畢后，再等待7 d之后結(jié)束全生命周期毒性測(cè)試。C組沉積物用于向B組沉積物中補(bǔ)充雄性搖蚊成蟲。表1總結(jié)了實(shí)驗(yàn)過程中所測(cè)定的致死性和半致死性效應(yīng)。

根據(jù)美國(guó)環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)方法[14]的要求，慢性毒性實(shí)驗(yàn)中的上覆水水質(zhì)參數(shù)需滿足：溶解氧濃度不低于2.5 mg·L-1，pH值不低于7.8，溫度23 ℃左右，氨氮含量小于1 mg·L-1。此外，各毒性效應(yīng)終點(diǎn)參數(shù)的數(shù)值需滿足以下條件時(shí)才能保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效可靠：對(duì)照空白樣中搖蚊平均存活率在第20 天時(shí)不低于70%，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)不低于65%；搖蚊羽化率不低于50%；平均每串卵所含總卵數(shù)應(yīng)不小于800，且孵化率不低于80%。

表1 伸展搖蚊全生命周期毒性測(cè)試中所選致死性和亞致死性效應(yīng)的毒性終點(diǎn)

1.3 沉積物中UCM含量分析

為測(cè)定沉積物中UCM含量，冷凍干燥的沉積物用丙酮和正己烷混合溶劑萃取，再用中性硅膠-氧化鋁柱層析法凈化，而凈化后的沉積物萃取物中UCM含量通過正構(gòu)烷烴n-C10～C38總濃度來表示。其濃度用島津QP2010 Plus系列氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)進(jìn)行分析，采用電子轟擊離子源(EI)模式，全掃描(Scan)方式。GC-MS條件：初始爐溫80 ℃，保留1 min后，先以8 ℃·min-1升至250 ℃，然后再以20 ℃·min-1升至300 ℃保留38 min。載氣為氦氣，流量1.3 mL·min-1，不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量為1 μL。毛細(xì)管柱：DB-5 MS (60 m長(zhǎng) × 0.25 mm內(nèi)徑 × 0.25 μm涂層厚度)。離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度260 ℃。通過檢索NIST質(zhì)譜庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)色譜峰保留時(shí)間對(duì)比進(jìn)行定性分析，并采用外標(biāo)峰面積和多點(diǎn)校正曲線法定量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

毒性測(cè)試數(shù)據(jù)(半數(shù)效應(yīng)濃度)用Probit分析進(jìn)行處理，而數(shù)據(jù)差異性分析使用方差分析(ANOVA)和Dunnett多重比較，顯著水平設(shè)置在α = 0.05，當(dāng)P < 0.05時(shí)認(rèn)為數(shù)據(jù)存在顯著性差異。所有的數(shù)據(jù)處理均采用SPSS13.0 軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論(Results and discussion)

伸展搖蚊具有筑巢習(xí)性，幼蟲發(fā)育至1齡末期時(shí)開始在沉積物中筑巢，并且一般不更換巢穴，隨著幼蟲體長(zhǎng)的增加巢也越來越長(zhǎng)，幼蟲以各種藻類、細(xì)菌及含有機(jī)物的泥土、動(dòng)植物遺骸、排泄物為食[26-27]。隨著在污染沉積物中暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，搖蚊幼蟲由于進(jìn)食沉積物顆粒量增多和體表接觸沉積物時(shí)間增長(zhǎng)，受毒害污染物的抑制和脅迫隨之增強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)暴露在UCM加標(biāo)的沉積物和電子垃圾處理地采集的野外沉積物中的搖蚊均表現(xiàn)出慢性毒性效應(yīng)。

2.1 UCM加標(biāo)沉積物對(duì)伸展搖蚊的慢性毒性效應(yīng)

空白從化沉積物中未檢出UCM，而加標(biāo)沉積物中UCM的實(shí)測(cè)濃度分別為(0.06±0.03)%、(0.11±0.04)%和(0.34±0.17)%。如圖2和3所示，沉積物中不同濃度下的UCM對(duì)伸展搖蚊的存活、生長(zhǎng)和羽化均產(chǎn)生了不同程度的抑制作用。

圖2 在色譜難分離混合物(UCM)加標(biāo)沉積物中長(zhǎng)期暴露后伸展搖蚊的存活率與生長(zhǎng)情況(以去灰分干重AFDW表示) 注：不同字母(a, b和a’, b’, c’)分別表示搖蚊在不同濃度下暴露20 d和59 d后的顯著性差異(P < 0. 05)。Fig. 2 Percent survival and ash free dry weight (AFDW/(mg·replicate-1)) of Chironomus dilutus after chronic exposure to sediments spiked with unresolved complex mixture (UCM)Note: Significant differences (P < 0. 05) among the treatments after 20 d and 59 d exposure were indicated by different letters (a, b and a’, b’, c’), respectively.

圖3 在色譜難分離混合物(UCM)加標(biāo)沉積物中長(zhǎng)期暴露后伸展搖蚊羽化率與時(shí)間的關(guān)系 注：不同字母(a, b和c)表示不同暴露組的顯著性差異(P < 0. 05)。Fig. 3 Cumulative emergences of Chironomus dilutus versus exposure time after chronic exposure to sediments spiked with unresolved complex mixture (UCM) Note: Significant differences (P < 0.05) among the treatments were indicated by different letters (a, b, c).

在空白對(duì)照沉積物中，搖蚊幼蟲存活率在第20天和第59天毒理實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)分別為(80.0±4.1)%和(71.3±2.5)%，均滿足實(shí)驗(yàn)要求[14]。隨著沉積物中UCM濃度增加，搖蚊幼蟲的存活率呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，在最高UCM濃度(0.34%)加標(biāo)的沉積物中，搖蚊幼蟲全部死亡，而UCM濃度為(0.11±0.04)%沉積物中搖蚊存活率從第20天的(62.5±6.5)%降至第59天的(38.8±2.5)%。Probit分析獲得在20 d和59 d沉積物中UCM的半致死性濃度(LC50)分別為(0.100±0.075)%和(0.073±0.022)%。Sibley等[28]也曾觀察到隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，搖蚊存活率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，他們認(rèn)為2個(gè)時(shí)間點(diǎn)死亡率的差異是由于部分搖蚊幼蟲在第20天至其成蛹前死亡[29]。同樣，隨著沉積物中UCM濃度增加，搖蚊幼蟲的AFDW明顯下降。暴露20 d后UCM對(duì)搖蚊成長(zhǎng)所產(chǎn)生的5%和50%的毒性效應(yīng)濃度(EC5和EC50)分別為(0.028±0.001)%和(0.010±0.075)%。因?yàn)槌练e物中UCM濃度升高時(shí)，搖蚊幼蟲需花費(fèi)更多的能量來應(yīng)對(duì)逐漸加強(qiáng)的毒性脅迫，所以分配到生長(zhǎng)發(fā)育的能量相應(yīng)減少，AFDW降低[30]。

當(dāng)搖蚊幼蟲生長(zhǎng)受抑制時(shí)，對(duì)其羽化情況也會(huì)產(chǎn)生影響。圖3顯示UCM顯著降低了搖蚊羽化率，并延緩羽化速度。沉積物中UCM對(duì)搖蚊羽化率的EC5和EC50分別為(0.008±0.000)%和(0.045±0.025)%。此外，UCM暴露對(duì)羽化后的搖蚊成蟲的性別比和雌蚊產(chǎn)卵率都產(chǎn)生了影響。與對(duì)照組相比，暴露在UCM污染的沉積物中的雌性和雄性搖蚊的比例降低，且雌蚊產(chǎn)卵率也顯著降低。以搖蚊平均產(chǎn)卵總數(shù)表征UCM的繁殖毒性效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的EC5和EC50分別為(0.007±0.004)%和(0.039±0.020)%。整體而言，沉積物中UCM對(duì)伸展搖蚊有慢性毒性效應(yīng)，對(duì)其存活率、生長(zhǎng)情況、羽化率、產(chǎn)卵率和孵化率等產(chǎn)生不同程度的抑制作用。

2.2 清遠(yuǎn)沉積物對(duì)伸展搖蚊的慢性毒性效應(yīng)

由于不適當(dāng)?shù)碾娮永鸾膺^程，早期研究在清遠(yuǎn)龍?zhí)脸练e物樣品中頻繁檢出多類重金屬及持久性有機(jī)污染物[6-7,11,13,15-16]。除此之外，本實(shí)驗(yàn)還分析了清遠(yuǎn)沉積物中的UCM含量(0.08±0.01)%，該結(jié)果接近于全生命周期暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)(第59天)UCM對(duì)搖蚊的LC50值(0.073 ±0.022)%。

與UCM污染的沉積物一樣，電子垃圾處理地沉積物對(duì)搖蚊表現(xiàn)出慢性毒性效應(yīng)，圖4顯示了清遠(yuǎn)沉積物的慢性暴露對(duì)搖蚊的存活與生長(zhǎng)情況的影響。從圖4中可見，空白對(duì)照組中，第20天和59 天毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)搖蚊幼蟲存活率分別為(80.0±4.1)%和(71.3±2.5)%，而暴露在清遠(yuǎn)電子垃圾拆解地附近河道采集的沉積物中搖蚊的存活率分別為(65.0±4.1)%和(41.0±5.7)%(分別在第20天和第59天測(cè)定)。另外，圖4也顯示了濃度為0.11%的UCM加標(biāo)沉積物中搖蚊存活率，在第20天和第59天分別為(62.5±6.5)%和(38.8±2.5)%。

圖4 在不同沉積物(從化對(duì)照組沉積物、0.11%UCM加標(biāo)沉積物和清遠(yuǎn)沉積物)中長(zhǎng)期暴露后伸展搖蚊的存活率與生長(zhǎng)情況(以去灰分干重AFDW表示) 注：不同字母(a, b和a’, b’)分別表示搖蚊在不同濃度下暴露20 d和59 d后的顯著性差異(P < 0. 05)。Fig. 4 Percent survival and ash free dry weight (AFDW/(mg·replicate-1)) of Chironomus dilutus after chronic exposure to different sediments (Conghua control, 0.11% UCM-spiked and Qingyuan sediments) Note: Significant differences (P < 0. 05) among the treatments after 20 d and 59 d exposure were indicated by different letters (a, b and a’, b’), respectively.

此外，與空白對(duì)照組相比，清遠(yuǎn)沉積物中暴露的搖蚊幼蟲生長(zhǎng)情況也明顯受到了抑制，暴露20 d后搖蚊幼蟲的平均AFDW顯著低于對(duì)照組(降低了約40%)，該結(jié)果卻和0.11% 的UCM加標(biāo)沉積物中搖蚊的生長(zhǎng)情況相當(dāng)。當(dāng)搖蚊幼蟲生長(zhǎng)受到抑制時(shí)，其羽化和繁殖等也均會(huì)受到影響[31]。由此可見，雖然清遠(yuǎn)沉積物在10 d急性毒性測(cè)試中未對(duì)搖蚊幼蟲產(chǎn)生毒性效應(yīng)，但是在該沉積物中長(zhǎng)時(shí)間暴露的搖蚊的生存、生長(zhǎng)、羽化和繁殖卻都受到了抑制。

2.3 以UCM為混合污染物代表的電子垃圾處理地沉積物慢性毒性評(píng)價(jià)

如圖4所示，盡管UCM含量為(0.08±0.01)%的清遠(yuǎn)電子垃圾處理地沉積物中還同時(shí)存在其他多種類型的污染物，其對(duì)伸展搖蚊的致死和生長(zhǎng)的影響與(0.11±0.01)%的UCM加標(biāo)沉積物相當(dāng)(20 d, P = 0.88; 59 d, P = 0.74)。除此之外，其他毒性終點(diǎn)也表現(xiàn)出相似性，如累積羽化率(清遠(yuǎn)沉積物(13.8±7.5)%，加標(biāo)沉積物(35±13.5)%)、性別比(清遠(yuǎn)沉積物0.78 ± 0.38，加標(biāo)沉積物0.80 ± 0.58)。這說明通過簡(jiǎn)單測(cè)定電子垃圾處理地沉積物中UCM含量，可初步評(píng)估沉積物的慢性毒性效應(yīng)?？赡茉蚴潜M管電子垃圾處理所釋放的污染物種類繁多，但是大多數(shù)都是以麻醉作用為主要致毒機(jī)制，在這些區(qū)域的沉積物中如農(nóng)殘等具有特殊作用機(jī)制的污染物含量較低。在這種情況下，電子垃圾相關(guān)混合污染物對(duì)底棲無脊椎動(dòng)物的慢性毒性可用同樣以麻醉作用為主要致毒機(jī)制的UCM進(jìn)行初步估算。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)以伸展搖蚊為模式生物，利用UCM加標(biāo)沉積物建立了一套有效的搖蚊全生命周期慢性毒性測(cè)試方法，并以此評(píng)價(jià)了清遠(yuǎn)龍?zhí)敛杉牡湫碗娮永幚韰^(qū)沉積物的慢性毒性。結(jié)果顯示盡管電子垃圾處理地沉積物對(duì)底棲無脊椎動(dòng)物未表現(xiàn)急性毒性，但是在長(zhǎng)時(shí)間暴露后，卻會(huì)對(duì)伸展搖蚊的存活、生長(zhǎng)、羽化和繁殖等產(chǎn)生不同程度的抑制作用。對(duì)于主要組成以麻醉致毒機(jī)理為主的復(fù)合污染型沉積物，如電子垃圾處理地采集的沉積物樣品，測(cè)定其中UCM含量可為沉積物對(duì)底棲動(dòng)物的慢性毒性提供簡(jiǎn)單有效的初步評(píng)估，為受電子垃圾污染的水體沉積物中混存污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供一定手段。

[1] 彭平安, 盛國(guó)英, 傅家謨. 電子垃圾的污染問題[J]. 化學(xué)進(jìn)展, 2009, 21(2/3): 550-557

Peng P A, Sheng G Y, Fu J M. The pollution by electronic and electric wastes [J]. Progress in Chemistry, 2009, 21(2/3): 550-557 (in Chinese)

[2] Ni H G, Zeng E Y. Law enforcement and global collaboration are the keys to containing E-waste Tsunami in China [J]. Environmental Science & Technology, 2009, 43: 3991-3994

[3] Ni H G, Zeng H, Tao S, et al. Environmental and human exposure to persistent halogenated compounds derived from e-waste in China [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2010, 29: 1237-1247

[4] 袁劍剛, 鄭晶, 陳森林, 等. 中國(guó)電子廢物處理處置典型地區(qū)污染調(diào)查及環(huán)境、生態(tài)和健康風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2013, 8(4): 473-486

Yuan J G, Zheng J, Chen S L, et al. Advances in the research on pollution investigations and environmental, ecological, and health risks from e-waste recycling activities in China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2013, 8(4): 473-486 (in Chinese)

[5] Zhang K, Schnoor J L, Zeng E Y. E-waste recycling:Where does it go from here? [J]. Environmental Science & Technology, 2012, 46(20): 10861-10867

[6] Wu J P, Luo X J, Zhang Y, et al. Bioaccumulation of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) and polychlorinated biphenyls (PCBs) in wild aquatic species from an electronic waste (e-waste) recycling site in South China [J]. Environment International, 2008, 34(8): 1109-1113

[7] 羅勇, 羅孝俊, 楊中藝, 等. 電子廢物不當(dāng)處置的重金屬污染及其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Ⅳ. 電子廢物不當(dāng)回收地區(qū)流域水體沉積物的重金屬污染[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2008, 3(4): 343-349

Luo Y, Luo X J, Yang Z Y, et al. Studies on heavy metal contamination by improper handling of E-waste and its environmental risk evaluation IV. Heavy metal contamination of sediments in a small scale valley impacted by E-waste treating activities [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2008, 3(4): 343-349 (in Chinese)

[8] 張熒, 吳江平, 羅孝俊, 等. 多溴聯(lián)苯醚在典型電子垃圾污染區(qū)域水生食物鏈上的生物富集特征[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2009, 4(3): 338-344

Zhang Y, Wu J P, Luo X J, et al. Bioaccumulation of polybrominated diphenyl ethers in a contaminated freshwater food web from an e-waste recycling site, South China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2009, 4(3): 338-344 (in Chinese)

[9] He M J, Luo X J, Yu L H, et al. Tetrabromobisphenol-A and hexabromocyclododecane in birds from an e-waste region in South China: Influence of diet on diastereoisomer- and enantiomer-specific distribution and trophodynamics [J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44: 5748-5754

[10] Li H Z, Bai J M, Li Y T, et al. Short-range transport of contaminants released from e-waste recycling site in South China [J]. Journal of Environmental Monitoring, 2011, 13(4): 836-843

[11] Zhang B Z, Li H Z, Wei Y L, et al. Bioaccumulation kinetics of polybrominated diphenyl ethers and decabromodiphenyl ethane from field-collected sediment to the oligochaete, Lumbriculus variegatus [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2013, 32(12): 2711-2718

[12] 楊彥, 王宗慶, 王瓊, 等. 電子垃圾拆解場(chǎng)多環(huán)境介質(zhì)多氯聯(lián)苯(PCBs)污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2014, 9(1): 133-144

Yang Y, Wang Z Q, Wang Q, et al. Characteristics and environment risk assessment of PCBs in multimedia environment of the electronic waste dismantling venues [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2014, 9(1): 133-144 (in Chinese)

[13] Li H Z, Zhang B Z, Wei Y L, et al. Bioaccumulation of highly hydrophobic organohalogen flame retardants from sediment: Application of toxicokinetics and passive sampling techniques [J]. Environmental Science & Technology, 2014, 48(12): 6957-6964

[14] U.S. Environment Protection Agency (USEPA). Methods for Measuring the Toxicity and Bioaccumulation of Sediment-associated Contaminants with Freshwater Invertebrates [S]. Washington DC: USEPA, 2000

[15] Mehler W T, Li H Z, Lydy M J, et al. Identifying the causes of sediment-associated toxicity in urban waterways of the Pearl River Delta, China [J]. Environmental Science & Technology, 2011, 45(5): 1812-1819

[16] Pang J X, Sun B Q, Li H Z, et al. Influence of bioturbation on bioavailability and toxicity of PAHs in sediment from an electronic waste recycling site in South China [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2012, 84: 227-233

[17] 岳戰(zhàn)林, 蔣平安. 石油類污染物的特性及環(huán)境行為[J]. 石化技術(shù)與應(yīng)用, 2006, 24(4): 307-309

Yue Z L, Jiang P A. Characteristics and environmental behavior of petroleum pollutants [J]. Petrochemical Technology & Application, 2006, 24(4): 307-309 (in Chinese)

[18] Du J, Pang J X, You J. Bioavailability-based chronic toxicity measurements of permethrin to Chironomus dilutus [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2013, 32: 1403-1410

[19] Du J, Li Y L, Huang C, et al. Chronic toxicity thresholds for sediment-associated benzo[a]pyrene in the midge (Chironomus dilutus) [J]. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2014, 66: 370-378

[20] U.S. Environment Protection Agency (USEPA). Sediment Toxicity Identification Evaluation (TIE) Phases I, II, and III Guidance Document [S]. Washington DC: USEPA, 2007

[21] 張彤, 金洪鈞. 搖蚊幼蟲的水生生態(tài)毒理學(xué)研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué), 1995, 21: 17-21

Zhang T, Jin H J. Advance in the ecotoxicology study about Chironomid larva [J]. Environmental Protection Science, 1995, 21: 17-21 (in Chinese)

[22] Benoit D A, Sibley P K, Juenemann J L, et al. Chironomus tentans life-cycle test: Design and evaluation for use in assessing toxicity of contaminated sediments [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 1997, 16: 1165-1176

[23] Du J, Mehler W T, Lydy M J, et al. Toxicity of sediment-associated unresolved complex mixture and its impact on bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons [J]. Journal of Hazardous Materials, 2012, 203-204: 169-175

[24] 張彤, 金洪鈞. 丙烯腈、乙腈和硫氰酸鈉對(duì)搖蚊幼蟲的急性毒性[J]. 污染防治技術(shù), 1996, 9: 12-14

Zhang T, Jin H J. Acute toxicity of acrylonitrile, acetonitrile and sodium rhodanide to Chironomus sp [J]. Pollution Control Technology, 1996, 9: 12-14 (in Chinese)

[25] Maul J D, Brennan A A, Harwood A D, et al. Effect of sediment-associated pyrethroids, fipronil, and metabolites on Chironomus tentans growth rate, body mass, condition index, immobilization, and survival [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2008, 27: 2582-2590

[26] Armitage P D, Cranston P S, Pinder L C V. The Chironomidae: The Biology and Ecology of Non-biting Midges [M]. Schaumburg: Springer Science Business Media Dordrecht, 1995: 611-738

[27] 劉洪霞, 高希武, 冷培恩. 花翅搖蚊乙酰膽堿酯酶的底物專一性及對(duì)膽堿酯酶抑制劑敏感度的比較[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào), 2008, 14: 211-214

Liu H X, Gao X W, Leng P E. Substrate specificity of acetylcholinesterase and its sensitivity to cholinesterase inhibitor in Chironomus kiinensis [J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2008, 14: 211-214 (in Chinese)

[28] Sibley P K, Monson P D, Ankley G T. The effect of gut contents on dry weight estimates of Chironomus tentans larvae: Implications for interpreting toxicity in freshwater sediment toxicity tests [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 1997, 16(8): 1721-1726

[29] Benoit D A, Sibley P K, Juenemann J L, et al. Chironomus tentans life-cycle test: Design and evaluation for use in assessing toxicity of contaminated sediments [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 1997, 16: 1165-1176

[30] Jager T, Crommentuijn T, van Gestel C A M, et al. Simultaneous modeling of multiple endpoints in life-cycle toxicity tests [J]. Environmental Science & Technology, 2004, 38: 2894-2900

[31] Taylor E J, Blockwell S J, Maund S J, et al. Effects of lindane on the life-cycle of a freshwater macroinvertebrate Chironomus riparius Meigen (Insecta, Diptera) [J]. Archives Environmental Contamination and Toxicology, 1993, 24: 145-150

◆

Chronic Toxicity of Sediment Collected from an E-waste Recycling Site in Qingyuan, Guangdong toChironomusdilutus

Du Juan, Pang Junxiao, You Jing*

State Key Laboratory of Organic Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China

Received 3 December 2015 accepted 23 December 2015

Environmental pollution and ecological risk caused by e-waste recycling have become a great concern. Improper e-waste recycling activities may cause sediment contamination by organic pollutants and heavy metals, posing a potential threat to benthic organisms. Sediment samples which were collected from Qingyuan, a representative e-waste recycling site, were analyzed for unresolved complex mixture (UCM) and evaluated for the toxicity using a life-cycle toxicity testing with a benthic invertebrate, Chironomus dilutus. The concentration of UCM in Qingyuan sediment was (0.08±0.01)% (g oil·g-1dry sediment) and it was close to the chronic median lethal concentration of UCM to C. dilutus (0.073±0.022)%. In addition, the sediments from Qingyuan e-waste recycling site exhibited significant chronic toxicity to C. dilutus, and the toxicity could be estimated by measuring UCM contents in sediment. This study provided a valuable method for assessing chronic toxicity of sediments which were contaminated by a mixture of chemicals with narcotic mode of action, such as sediments in e-waste recycling sites.

E-waste; unresolved complex mixture; sediment; Chironomus dilutus; chronic toxicity

10.7524/AJE.1673-5897.20151129008

國(guó)家自然科學(xué)基金(41222024, 41273120)

杜娟(1984-)，女，博士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，E-mail: zixia0716@163.com

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: youjing@gig.ac.cn

2015-12-03 錄用日期：2015-12-23

1673-5897(2016)2-209-07

X171.5

A

簡(jiǎn)介：游靜(1974-)，女，博士，研究員，主要研究方向?yàn)槌练e物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇。

杜娟, 龐俊曉, 游靜. 廣東清遠(yuǎn)電子垃圾處理地沉積物對(duì)伸展搖蚊的慢性毒性效應(yīng)[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(2): 209-215

Du J, Pang J X, You J. Chronic toxicity of sediment collected from an e-waste recycling site in Qingyuan, Guangdong to Chironomus dilutus [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(2): 209-215 (in Chinese)