[发明专利]一种精准评估重金属污染场地生态风险的证据权重方法

权利要求书

1.一种精准评估重金属污染场地生态风险的证据权重方法，其特征在于，

步骤(1)：土壤重金属污染特征的确定

采集场地内土壤设为N3和N2及周边对照土壤样品N1，采用X射线荧光光谱分析初步判断土壤重金属浓度N3N2N1；土壤样品带回试验室，称重0.25克土壤，用HCL、HNO₃、HF和HCLO₄消化土壤，消化液用于测定重金属总量；将10克土壤与含有5毫摩尔DTPA和10毫摩尔的50毫升混合液混合，振荡3小时，离心，过滤，滤液用于测定DTPA重金属有效态；使用电感耦合等离子体发射光谱法分析土壤重金属种类、总量浓度、有效态浓度，确定土壤污染特征；

步骤(2)：评估终点的确定

基于化学暴露、生物累积、生态毒理和群落效应四条证据链，确定评估终点；

1)通过场地内土壤环境调查，选用土壤重金属有效态浓度来表征重金属的化学暴露风险；2)选用土壤内典型的模式动物的重金属含量来表征重金属对生物个体的累积风险；3)选用模式动物的生物标记物对重金属的反应来表征重金属对生物种群的生态毒理风险；4)基于模式动物对重金属的物种敏感性分布曲线计算多金属潜在影响比例来表征重金属对生物群落的生态系统风险；通过以上重金属对土壤本身、个体、种群、群落的影响来评估重金属对生态系统的风险；

步骤(3)：评估指标的选择

基于四条证据链的场地生态风险评估指标体系至少包括5个层次的候选指标，一级指标共四条证据链，二级指标共有12个，三、四、五级指标50个；

根据步骤(1)中场地土壤的污染特征和步骤(2)所确立的评估终点的原则，从化学暴露、生物累积、生态毒理和生态系统四条证据链中选择指标来表征场地土壤的生态风险；其中，化学暴露证据链中选择镉、铅、锌、铜的DTPA提取态共4个指标；生物累积证据链中选择模式动物肌肉的镉、铅、锌、铜含量共4个指标；生态毒理证据链中选择模式动物的乙酰胆碱酯酶活、超氧化物歧化酶活、过氧化氢酶活、谷胱甘肽还原酶活、丙二醛含量、金属硫蛋白含量、糖原含量、可溶性蛋白含量共8个指标；生态系统证据链选择模式动物对镉、铅、锌、铜的半致死浓度、半最大效应浓度或半抑制浓度共4个指标， 模式动物使用蚯蚓；

步骤(4)：所选指标的数据获得

1)化学暴露证据链中镉、铅、锌、铜的DTPA提取态4个指标从步骤(1)中获得；

2)生物累积证据链中模式动物肌肉的镉、铅、锌、铜含量4个指标通过室内模拟实验获得；

室内模拟实验的过程：准备12个1升的烧杯，在烧杯内装入600克土壤和12条发育良好的蚯蚓，土壤包括N1、N2和N3三个处理，土壤湿度调节至干重的25％，每个处理四个重复；蚯蚓放入土壤之前，置于潮湿的滤纸上24小时以排空胃中物；室内试验时，保持环境温度20度，湿度75％，12小时光照+12小时黑暗处理；14天和28天后，将蚯蚓从土壤中移除，用于重金属累积和生态毒理分析；

为了测定蚯蚓的重金属积累，将蚯蚓置于潮湿的滤纸上48小时以排空胃中物，而后将1-2条蚯蚓放入预先称重的50毫升烧杯中，80度下烘干8小时至恒重，重新称重烧杯计算蚯蚓干重；往烧杯中加入15毫升体积比4：1的HNO₃和HCLO₄，过夜；混合物在120度消化2小时，而后升温至150度继续消化直到溶液接近透明；消化液用蒸馏水定溶至25毫升，使用电感耦合等离子体发射光谱法分析溶液重金属Pb、Zn、Cu、Cd含量；通过溶液重金属Pb、Zn、Cu、Cd含量和蚯蚓干重换算为蚯蚓的镉、铅、锌、铜积累4个指标；

3)生态毒理证据链中8个指标通过上述室内模拟实验获得；将蚯蚓置于潮湿的滤纸上48小时以排空胃中物，而后放入组织匀浆器中，加入冰冷的缓冲液匀浆；蚯蚓：缓冲液＝1：9，重量体积比，匀浆8000g力离心30分钟，收集上清液，分析超氧化物歧化酶活、乙酰胆碱酯酶活、过氧化氢酶活、谷胱甘肽还原酶活、丙二醛含量、可溶性蛋白含量；缓冲液的成分：0.01摩尔Tris-HCL、0.1毫摩尔EDTA-2Na、0.01摩尔蔗糖、0.8％NaCL，pH＝7.4；

将排空处理的另一份蚯蚓放入组织匀浆器中，加入冰冷的缓冲液匀浆；蚯蚓：缓冲液＝1：5，重量体积比，匀浆8000g力离心30分钟，收集上清液，分析金属硫蛋白含量；缓冲液的成分：0.025摩尔Tris-HCL，pH＝7.4、0.1毫摩尔苯甲基磺酰氟、0.5毫摩尔二硫苏糖醇；

冷冻的磷酸缓冲液用以分析糖原含量，匀浆、离心、过滤程序如上；

4)生态系统证据链4个指标通过收集USEPA AQUIRE数据库中幼虫和无脊椎动物的毒性数据获得；毒性数据包括动物对镉、铅、锌、铜的半致死浓度、半最大效应浓度或半抑制浓度；当半致死浓度、半最大效应浓度或半抑制浓度存在多个毒性数据时，使用各自的平均值，当同一生物存在多个半致死浓度、半最大效应浓度或半抑制浓度时，使用最小值；

指标赋权

确定指标权重的方法包括熵权法、德尔斐法、层次分析法或主成分分析法；

1)根据拟合方程和毒性数据对重金属指标分别赋权，化学暴露证据链中4个重金属指标和生物累积证据链中4个重金属指标，重金属Zn和Cu的权重为1、Pb和Cd的权重为1.2；

2)根据拟合方程对其它指标分别赋权，生态毒理证据链中8个指标中，乙酰胆碱酯酶活、丙二醛含量的权重为1.5和1.2，其它指标权重为1；

3)化学暴露风险Q_Chem、生态毒理风险Q_BM的权重为1，生物累积风险Q_BA、和群落效应风险Q_Comm的权重为1.2；

计算四个层次风险指数

分别计算化学暴露风险Q_Chem、生物累积风险Q_BA、生态毒理风险Q_BM和群落效应风险Q_Comm四个层次的风险指数；

其中，Q_Chem、Q_BA、Q_BM、Q_Comm是化学暴露风险、生物累积风险、生态毒理风险、群落效应风险，I_Chem、I_BA、I_BM、I_Comm是Q_Chem、Q_BA、Q_BM、Q_Comm风险所对应的一级指标；C_i,j、BA_i,j、BM_i,j、EP_i,j是某种污染物某个二级指标的分级值；W_i,j是某种污染物某个二级指标的权重；STD_i,j是某种污染物某个二级指标的标准值；(cs)、(c)表示来自场地内土壤样品、场地外对照土壤样品；

考虑到实际场地应用时，对于Q_Chem和Q_BA，作为类似的参数RTR，处于不同的数值区间时，赋予不同的优化考虑，式中％指标_RTR表示处于某一风险下的参数占所有评估参数比例：

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

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

计算场地生态风险指数Q_ERA

根据场地特征，对四个层次的风险进行赋权，计算场地生态风险指数Q_ERA；首先，对Q_Chem、Q_BA、Q_Chem和Q_BA进行归一化处理：

Q_n＝(Q-Q_min)/(Q_max-Q_min)

Q_ERA＝∑Q_n× 权重/∑权重。