[發明專利]一種精準評估重金屬污染場地生態風險的證據權重方法

有效

• 申請號: 201911140410.5
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN110889611B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 楊兵;周密;杜平;陳娟;秦曉鵬;李發生
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 北京市東方至睿知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11485
• 代理人: 霍金虎

1.一種精準評估重金屬污染場地生態風險的證據權重方法，其特征在于，

步驟(1)：土壤重金屬污染特征的確定

采集場地內土壤設為N3和N2及周邊對照土壤樣品N1，采用X射線熒光光譜分析初步判斷土壤重金屬濃度N3N2N1；土壤樣品帶回試驗室，稱重0.25克土壤，用HCL、HNO₃、HF和HCLO₄消化土壤，消化液用于測定重金屬總量；將10克土壤與含有5毫摩爾DTPA和10毫摩爾的50毫升混合液混合，振蕩3小時，離心，過濾，濾液用于測定DTPA重金屬有效態；使用電感耦合等離子體發射光譜法分析土壤重金屬種類、總量濃度、有效態濃度，確定土壤污染特征；

步驟(2)：評估終點的確定

基于化學暴露、生物累積、生態毒理和群落效應四條證據鏈，確定評估終點；

1)通過場地內土壤環境調查，選用土壤重金屬有效態濃度來表征重金屬的化學暴露風險；2)選用土壤內典型的模式動物的重金屬含量來表征重金屬對生物個體的累積風險；3)選用模式動物的生物標記物對重金屬的反應來表征重金屬對生物種群的生態毒理風險；4)基于模式動物對重金屬的物種敏感性分布曲線計算多金屬潛在影響比例來表征重金屬對生物群落的生態系統風險；通過以上重金屬對土壤本身、個體、種群、群落的影響來評估重金屬對生態系統的風險；

步驟(3)：評估指標的選擇

基于四條證據鏈的場地生態風險評估指標體系至少包括5個層次的候選指標，一級指標共四條證據鏈，二級指標共有12個，三、四、五級指標50個；

根據步驟(1)中場地土壤的污染特征和步驟(2)所確立的評估終點的原則，從化學暴露、生物累積、生態毒理和生態系統四條證據鏈中選擇指標來表征場地土壤的生態風險；其中，化學暴露證據鏈中選擇鎘、鉛、鋅、銅的DTPA提取態共4個指標；生物累積證據鏈中選擇模式動物肌肉的鎘、鉛、鋅、銅含量共4個指標；生態毒理證據鏈中選擇模式動物的乙酰膽堿酯酶活、超氧化物歧化酶活、過氧化氫酶活、谷胱甘肽還原酶活、丙二醛含量、金屬硫蛋白含量、糖原含量、可溶性蛋白含量共8個指標；生態系統證據鏈選擇模式動物對鎘、鉛、鋅、銅的半致死濃度、半最大效應濃度或半抑制濃度共4個指標， 模式動物使用蚯蚓；

步驟(4)：所選指標的數據獲得

1)化學暴露證據鏈中鎘、鉛、鋅、銅的DTPA提取態4個指標從步驟(1)中獲得；

2)生物累積證據鏈中模式動物肌肉的鎘、鉛、鋅、銅含量4個指標通過室內模擬實驗獲得；

室內模擬實驗的過程：準備12個1升的燒杯，在燒杯內裝入600克土壤和12條發育良好的蚯蚓，土壤包括N1、N2和N3三個處理，土壤濕度調節至干重的25％，每個處理四個重復；蚯蚓放入土壤之前，置于潮濕的濾紙上24小時以排空胃中物；室內試驗時，保持環境溫度20度，濕度75％，12小時光照+12小時黑暗處理；14天和28天后，將蚯蚓從土壤中移除，用于重金屬累積和生態毒理分析；

為了測定蚯蚓的重金屬積累，將蚯蚓置于潮濕的濾紙上48小時以排空胃中物，而后將1-2條蚯蚓放入預先稱重的50毫升燒杯中，80度下烘干8小時至恒重，重新稱重燒杯計算蚯蚓干重；往燒杯中加入15毫升體積比4：1的HNO₃和HCLO₄，過夜；混合物在120度消化2小時，而后升溫至150度繼續消化直到溶液接近透明；消化液用蒸餾水定溶至25毫升，使用電感耦合等離子體發射光譜法分析溶液重金屬Pb、Zn、Cu、Cd含量；通過溶液重金屬Pb、Zn、Cu、Cd含量和蚯蚓干重換算為蚯蚓的鎘、鉛、鋅、銅積累4個指標；

3)生態毒理證據鏈中8個指標通過上述室內模擬實驗獲得；將蚯蚓置于潮濕的濾紙上48小時以排空胃中物，而后放入組織勻漿器中，加入冰冷的緩沖液勻漿；蚯蚓：緩沖液＝1：9，重量體積比，勻漿8000g力離心30分鐘，收集上清液，分析超氧化物歧化酶活、乙酰膽堿酯酶活、過氧化氫酶活、谷胱甘肽還原酶活、丙二醛含量、可溶性蛋白含量；緩沖液的成分：0.01摩爾Tris-HCL、0.1毫摩爾EDTA-2Na、0.01摩爾蔗糖、0.8％NaCL，pH＝7.4；

將排空處理的另一份蚯蚓放入組織勻漿器中，加入冰冷的緩沖液勻漿；蚯蚓：緩沖液＝1：5，重量體積比，勻漿8000g力離心30分鐘，收集上清液，分析金屬硫蛋白含量；緩沖液的成分：0.025摩爾Tris-HCL，pH＝7.4、0.1毫摩爾苯甲基磺酰氟、0.5毫摩爾二硫蘇糖醇；

冷凍的磷酸緩沖液用以分析糖原含量，勻漿、離心、過濾程序如上；

4)生態系統證據鏈4個指標通過收集USEPA AQUIRE數據庫中幼蟲和無脊椎動物的毒性數據獲得；毒性數據包括動物對鎘、鉛、鋅、銅的半致死濃度、半最大效應濃度或半抑制濃度；當半致死濃度、半最大效應濃度或半抑制濃度存在多個毒性數據時，使用各自的平均值，當同一生物存在多個半致死濃度、半最大效應濃度或半抑制濃度時，使用最小值；

指標賦權

確定指標權重的方法包括熵權法、德爾斐法、層次分析法或主成分分析法；

1)根據擬合方程和毒性數據對重金屬指標分別賦權，化學暴露證據鏈中4個重金屬指標和生物累積證據鏈中4個重金屬指標，重金屬Zn和Cu的權重為1、Pb和Cd的權重為1.2；

2)根據擬合方程對其它指標分別賦權，生態毒理證據鏈中8個指標中，乙酰膽堿酯酶活、丙二醛含量的權重為1.5和1.2，其它指標權重為1；

3)化學暴露風險Q_Chem、生態毒理風險Q_BM的權重為1，生物累積風險Q_BA、和群落效應風險Q_Comm的權重為1.2；

計算四個層次風險指數

分別計算化學暴露風險Q_Chem、生物累積風險Q_BA、生態毒理風險Q_BM和群落效應風險Q_Comm四個層次的風險指數；

其中，Q_Chem、Q_BA、Q_BM、Q_Comm是化學暴露風險、生物累積風險、生態毒理風險、群落效應風險，I_Chem、I_BA、I_BM、I_Comm是Q_Chem、Q_BA、Q_BM、Q_Comm風險所對應的一級指標；C_i,j、BA_i,j、BM_i,j、EP_i,j是某種污染物某個二級指標的分級值；W_i,j是某種污染物某個二級指標的權重；STD_i,j是某種污染物某個二級指標的標準值；(cs)、(c)表示來自場地內土壤樣品、場地外對照土壤樣品；

考慮到實際場地應用時，對于Q_Chem和Q_BA，作為類似的參數RTR，處于不同的數值區間時，賦予不同的優化考慮，式中％指標_RTR表示處于某一風險下的參數占所有評估參數比例：

Q_Chem或Q_BA＝(％指標_RTR1.3× 1)+(％指標_1.3≤RTR2.6× 3)+(％指標_2.6≤RTR6.5× 9)+(％指標_6.5≤RTR13× 27)+(％指標_13≤RTR× 81)

Q_BM或Q_Comm＝(％指標_RTR0.7× 0.7)+(％指標_0.7≤RTR1× 1)+(％指標_1≤RTR2× 2)+(％指標_2≤RTR3× 4)+(％指標_3≤RTR× 8)

計算場地生態風險指數Q_ERA

根據場地特征，對四個層次的風險進行賦權，計算場地生態風險指數Q_ERA；首先，對Q_Chem、Q_BA、Q_Chem和Q_BA進行歸一化處理：

Q_n＝(Q-Q_min)/(Q_max-Q_min)

Q_ERA＝∑Q_n× 權重/∑權重。