沉积物质量基准制定技术指南(T-CSES 11—2020).pdf

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1、ICS 13.020.01 CCS Z 00 团体标准 T/CSES 112020 沉积物质量基准制定技术指南 Technical guidelines for deriving sediment quality criteria 2020-10-10 发布 2020-10-15 实施中国环境科学学会 发 布 T/CSES 112020 I 目 次 前言.II引言.III1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 沉积物质量基准制定程序.25 数据收集和筛选.36 沉积物质量基准推导.47 沉积物质量基准校验和审核.58 沉积物质量基准应用.6附录 A（资料性）沉积物质量基准本土受

2、试生物推荐物种.7附录 B（资料性）推导沉积物质量基准的备选方法.8附录 C（规范性）物种敏感度分布模型与拟合优度评价准则.11附录 D（资料性）沉积物质量基准技术报告编制大纲.13 T/CSES 112020 II 前 言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国环境科学研究院提出。本文件由中国环境科学学会归口。本文件起草单位：中国环境科学研究院、南开大学、南京大学、南昌大学、中国海洋大学。本文件主要起草人：刘征涛、祝凌燕、张彦峰、李霁、闫振广、朱琳

3、、王晓南、王遵尧、葛刚、李正炎、周涛、高强、闫政、张中华。T/CSES 112020 III 引 言 国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定提出了“科学确定环境基准”的要求，将其作为建立和完善环境保护长效机制的重要内容之一。从国家“十一五”规划期间开始，研究人员依托国家水体污染控制与治理科技重大专项（“水专项”），切实推进了流域水环境底泥沉积物基准的相关研究，在借鉴先进方法技术的基础上，建立了较科学的流域水环境沉积物基准方法。2017年，生态环境部发布国家环境基准管理办法（试行），进一步加强和规范环境基准管理工作，该办法对环境基准研究、制定、发布、应用与监督等工作提出了详细的要求。为贯彻中

4、华人民共和国环境保护法、中华人民共和国水污染防治法和水污染防治行动计划，科学、规范地制定沉积物质量基准，制定本文件。T/CSES 112020 1 沉积物质量基准制定技术指南 1 范围 本文件规定了流域水环境沉积物质量基准的制定程序、数据的收集和筛选、沉积物质量基准的推导、校验和审核、应用。本文件适用于指导我国流域水环境（淡水河流、湖库）的沉积物质量基准的制定。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 27858 化学品 沉

5、积物-水系统中摇蚊毒性试验 加标于水法 GB/T 27859 化学品 沉积物-水系统中摇蚊毒性试验 加标于沉积物法 HJ/T 153 化学品测试导则 HJ/T 154 新化学物质危害评估导则 HJ/T 155 化学品测试合格实验室导则 HJ 831 淡水水生生物水质基准制定技术指南 3 术语和定义 HJ 831界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 沉积物质量基准 sediment quality criteria，SQC 流域水体沉积物中的污染物不对水生生物特别是底栖生物及其水生态功能产生危害的浓度或浓度范围。3.2 沉积物质量基准低值 sediment quality criteri

6、a-low，SQC-L 用于保护流域水环境中水生生物特别是底栖生物及其水生态功能的沉积物中污染物的浓度，低于该值，沉积物中污染物的生态风险较低。3.3 沉积物质量基准高值 sediment quality criteria-high，SQC-H 用于保护流域水环境中水生生物特别是底栖生物及其水生态功能的沉积物中污染物的浓度，高于该值，沉积物中污染物的生态风险较高。3.4 T/CSES 112020 2 物种敏感度分布 species sensitivity distribution，SSD 描述不同物种对环境胁迫因子敏感性相互关系的数据分布，通常采用环境污染因子的效应浓度与受影响物种的毒性累积

7、概率之间的关系曲线来表示。3.5 生物效应数据 biological effect data 由生物毒性试验或者观测调查得到的污染物的效应浓度值，包括产生有害生物效应的毒性数据和不产生有害效应的无毒性效应数据。3.6 评价因子 assessment factor 将单物种的实验室毒性数据外推至多物种的生态系统危害风险效应时，根据外推的不确定性，对代表性敏感生物毒性数据外推的经验性安全倍数，也称安全系数或外推系数，一般可为10、100、1000等。3.7 相平衡分配 equilibrium partition 以热力学动态平衡分配原理为基础，主要指污染物在不同环境介质相态中的浓度分布行为。3.8

8、 急慢性毒性比值 acute-chronic ratio，ACR 污染物的生物急性毒性与慢性毒性数值的比值。4 沉积物质量基准制定程序 4.1 基准制定目标 主要保护我国流域水体中的水生生物特别是底栖生物免受底泥沉积物中污染物的危害。4.2 基准制定内容 流域水环境沉积物质量基准制定包括生物筛选、生物毒性数据获取、基准值推导及校验等。4.3 基准制定程序 沉积物质量基准的制定主要包括以下三个步骤，制定程序见图 1。a)数据的收集和筛选；b)沉积物质量基准的推导；c)沉积物质量基准的校验和审核。T/CSES 112020 3 图1 沉积物质量基准的制定程序 5 数据收集和筛选 5.1 数据种类和

9、来源 5.1.1 数据种类 数据包括水环境沉积物毒性和理化性质数据，以及污染物的毒性、理化性质和环境分布数据等。5.1.2 数据来源 数据来源包括公开发表的文献资料、国内外相关数据库和实测数据。数据的测定应符合 GB/T 27858、GB/T 27859、HJ/T 153、HJ/T 154 和 HJ/T 155 的相关规定。T/CSES 112020 4 5.2 受试物种的选择 优先收集以本土流域水环境中代表性底栖生物作为受试生物的沉积物毒性数据，受试生物主要包括底栖甲壳类、水生昆虫类、水生寡毛类、腹足类、双壳类、底栖鱼类和沉水植物。推荐的沉积物毒性测试本土受试生物物种见附录A。受试生物筛选原

10、则包括：a)在我国地理分布较为广泛，有生态学代表性；在实验室养殖条件下能够驯养、繁殖并获得足够的数量，或具有充足的资源，有生物学特性较稳定的群体数量可供实验使用；b)对环境污染物具有较高的毒性敏感性，毒性效应比对性强；c)有规范的毒性测试终点和方法；d)是水生态系统的重要组成或生态类群代表性物种，能代表水体中不同营养级及相互关系；e)具有比较丰富的生物学资料，生物学特性明确；f)在实验室人工驯养、繁殖、试验时，简便易行，能够保持物种遗传性质稳定；g)采用野外捕获的物种进行毒性测试时，应确保其未接触过污染物。5.3 毒性数据的收集 流域水环境沉积物毒性数据的来源包括生物毒性试验、生物毒性数据库、

11、公开发表的文献数据等。毒性数据指标主要为基于生物个体水平的毒理学试验终点指标，通常包括对生物个体的急性毒性和慢性毒性指标。a)急性毒性指标主要反映相对于受试生物的生命史，在较短时间内暴露于污染物所产生的短期有害效应。测试时间一般不超过 96 小时，测试指标为死亡或生物体主要功能受损，一般用 LC50（半数致死浓度）或 EC50（半数效应浓度）表示；b)慢性毒性指标主要反映相对于受试生物的生命史，在较长时间内暴露于污染物所产生的长期有害效应。测试时间通常在 10 天以上。另外，可以选择底栖生物最敏感的生活阶段进行毒性测试。5.4 数据评估与筛选 5.4.1 数据评估与筛选的标准主要包括：a)使用

12、国际、国家或行业的标准测试方法，操作过程遵循良好实验室规范（good laboratory practice，GLP）；b)对于非标准测试方法的实验，所用实验方法科学合理；c)实验过程和实验结果的描述详细；d)文献提供了原始数据。5.4.2 用于沉积物质量基准制定的数据应符合以下筛选条件：a)受试生物的生物学分类信息、生活阶段和效应终点明确；b)实验过程中应严格控制实验条件，使受试生物处于合适的生长环境；c)实验应设置对照，对照组受试生物的生活生长状况良好，死亡率或有害效应率不高于 20%；d)试验结果中应列出沉积物的 pH、有机质含量、粒径分布等重要的理化参数信息；e)污染物的实测浓度与理论

13、浓度的偏差应小于或等于 20%，如果大于 20%，应采用实测浓度计算剂量-效应关系。6 沉积物质量基准推导 T/CSES 112020 5 6.1 基准的推导方法 优先推荐采用物种敏感度分布法推导沉积物质量基准。一般推荐至少需含目标水体代表性底栖生物不同门类8个物种以上生物的沉积物毒性数据，用来建立底栖物种的敏感度分布模型。可以利用急慢性毒性比值（ACR）推算沉积物毒性数据或质量基准。当毒性数据不能满足推导方法要求时，可以采用生物效应法、相平衡分配法、评价因子法等备选方法推导水环境沉积物质量基准。备选方法的适用条件及具体步骤见附录B。采用物种敏感度分布法推导沉积物质量基准的具体步骤如下（参照H

14、J 831）：a)毒性数据分布检验 将筛选获得的污染物的毒性数据进行正态分布检验。b)累积概率计算 将所有已筛选物种的毒性值按照从小到大的顺序排列，并给其分配序号R，最小的毒性值的序号为1，最大的毒性值序号为N，依次排列。如果有两个或者两个以上物种的毒性值相等，那么将其任意排成连续的序号，计算每个物种的毒性值的累积概率，按照公式（1）计算：%1001NRP （1）式中：P 累积概率，%；R 物种排序的序号；N 物种的个数。c)模型拟合与评价 推荐使用逻辑斯谛（logistic）分布、对数逻辑斯谛（logistic）分布、正态分布、对数正态分布、极值分布等五个模型进行数据拟合，根据模型的拟合优度

15、评价参数分别评价这些模型的拟合度（未特别说明则显著性水平为0.05）。模型方法和拟合优度评价原则应符合附录C的规定。最终选择的分布模型应能充分描绘数据分布情况，确保根据拟合的SSD曲线外推得出的沉积物质量基准在统计学上具有合理性和可靠性。d)沉积物质量基准外推 SSD曲线上累积概率5%对应的浓度值为HC5，即可以保护沉积物中95%的生物所对应的污染物浓度。根据推导基准的有效数据的数量和质量，除以一个安全系数（根据具体情况确定，通常为15之间），即可确定最终的沉积物质量基准。当毒性数据的数量大于10并涵盖3个以上的生物门类时，安全系数的取值为1。6.2 基准的结果表述 按照物种敏感度分布法，由沉

16、积物急性毒性数据推导的基准值作为沉积物质量基准高值（SQC-H），由沉积物慢性毒性数据推导的基准值作为沉积物质量基准低值（SQC-L）。沉积物质量基准以单位干重沉积物中污染物质量表示，单位为mg/kg。对于有机污染物，折算为有机质含量为1%时的沉积物质量基准。按照要求编写沉积物质量基准技术报告，报告大纲见附录D。7 沉积物质量基准校验和审核 7.1 基准的校验 T/CSES 112020 6 沉积物质量基准校验包括基于加标沉积物的实验室校验和基于实际沉积物的现场校验。a)实验室校验主要根据已推导的沉积物质量基准数值，采用实际流域水体的生物或底泥沉积物，设计系列浓度进行污染物加标沉积物毒性试验。

17、如果不同加标浓度的沉积物表现出相应合理的生物毒性，那么制定的基准值通过加标沉积物的实验室校验。b)现场校验是在取自实际流域水体现场的沉积物样品，分别添加不同的材料，选择性吸附或螯合沉积物中的非极性有机物、重金属或氨氮等污染物，去除干扰物质的毒性，保留受试物的毒性。测定沉积物中受试物的实际浓度，进行实际水体沉积物毒性试验，与已推导的沉积物质量基准阈值进行对比，如果沉积物中的污染物浓度表现出相应合理的生物毒性，那么推导的基准值可判断通过实际沉积物的现场校验或修正。一般情况下，在实验室校验和现场校验过程中，沉积物中污染物的浓度与生物毒性的符合程度达到或超过 70%，沉积物质量基准可以通过校验。7.2

18、 基准的审核 流域水环境沉积物质量基准的确定需要技术专家对基准值进行审核研判，审核项目包括：a)基准推导所用的数据是否可靠；b)受试物种的种类和数量是否符合目标水体沉积物质量基准推导要求；c)基准推导过程是否符合本文件；d)得出的基准值是否合理；e)是否有任何背离本文件的内容并评估是否可接受。8 沉积物质量基准应用 沉积物质量基准的应用包括：a)用于沉积物质量标准的制修订 水环境沉积物质量基准是制定水环境沉积物质量标准的基础。依据本文件制定出的沉积物质量基准可以用于指导沉积物质量标准的制修订。b)用于沉积物质量评价与风险评估 水环境沉积物质量基准是沉积物质量评价和风险评估的重要依据。依据本文件

19、制定的沉积物质量基准可用于水环境沉积物质量评价以及沉积物中污染物的风险评估。c)用于应急事故管理和环境损害鉴定评估 水环境沉积物质量基准为水环境污染物的应急事故管理和环境损害鉴定评估提供重要参考。当某一污染物造成突发性污染事故，而又没有相应的沉积物质量标准作为参考时，污染物的处理处置以及损害鉴定评估可以参照水环境沉积物质量基准进行。T/CSES 112020 7 A A 附 录 A（资料性）沉积物质量基准本土受试生物推荐物种 表A.1给出了沉积物质量基准本土受试生物推荐物种。表A.1 沉积物质量基准本土受试生物推荐物种 门 类 种 拉丁名 节肢动物门 底栖甲壳类 钩虾 Gammarus sp.

20、青虾 Macrobrachium nipponense 中华绒螯蟹 Eriocheir sinensis 水生昆虫类 摇蚊 Chironomus sp.环节动物门 水生寡毛类 夹杂带丝蚓 Lumbriculus variegatus 正颤蚓 Tubifex tubifex 霍甫水丝蚓 Limnodrilus hoffmeisteri 淡水单孔蚓 Monopylephorus limosus 苏氏尾鳃蚓 Branchiura sowerbyi 软体动物门 腹足类 圆田螺 Cipangopaludina sp.静水椎实螺 Lymnaea stagnalis 环棱螺 Bellamya sp.双壳类

21、河蚬 Corbicula fluminea 脊索动物门 底栖鱼类 泥鳅 Misgurnus anguillicaudatus 被子植物门 沉水植物 穗状狐尾藻 Myriophyllum spicatum 黑藻 Hydrilla verticillata T/CSES 112020 8 B B 附 录 B（资料性）推导沉积物质量基准的备选方法 B.1 生物效应法 当水环境污染物的沉积物毒性数据不能满足物种敏感度分布法推导沉积物质量基准的要求时，可以尝试使用生物效应法。此法适用于建立基于生物效应的水环境污染物沉积物质量基准。通过整理和分析大量的水体沉积物中污染物含量及其生物效应数据，确定沉积物中引

22、起生物毒性与其他有害生物效应的污染物浓度阈值。为保证数据的可靠性和一致性，需要对收集的数据进行严格的筛选，并不断进行更新。一般需要沉积物中污染物的生物效应数据和无生物效应数据的数量均在20个以上。应用此法建立沉积物质量基准的具体步骤为：a)生物效应数据库的建立 1)收集污染物的沉积物生物效应数据，包括：利用水环境中沉积物-水相平衡分配模型计算得到的生物效应数据；沉积物质量评价研究中得到的生物效应数据；沉积物生物毒性试验数据；沉积物现场生物毒性试验和底栖生物群落实地调查数据；2)记录相关信息，包括受试生物物种、暴露时间、效应终点、效应浓度等；3)将收集的数据分别整理为生物效应数据列和无生物效应数

23、据列，按照浓度数值从小到大排列。b)基准值的推导 将生物效应数据列中15%分位数计为效应数据低值（effects range-low，ERL），50%分位数计为效应数据中值（effects rang-median，ERM）。将无生物效应数据列中50%分位数计为无效应数据中值(no effect range-median，NERM)，无生物效应数据列中85%分位数计为无效应数据高值(no effect range-high，NERH)。利用统计得到的ERL、ERM、NERM和NERH计算阈值效应浓度（threshold effect level，TEL）和可能效应浓度（probable effe

24、ct level，PEL），按公式（B.1）和公式（B.2）计算：NERMERLTEL （B.1）NERHERMPEL （B.2）当沉积物中污染物的浓度低于TEL值时，对底栖生物的危害性不会发生；高于PEL值时，危害性可能发生；介于两者之间，表明不能确定危害性是否发生。可以将TEL作为沉积物质量基准低值（SQC-L），PEL作为沉积物质量基准高值（SQC-H）。B.2 相平衡分配法 相平衡分配法以热力学动态平衡分配理论为基础，可利用污染物的水生生物水质基准推导沉积物质量基准，适用于已经推导出水生生物水质基准的非离子型有机化合物，并且要求3.0lgKOW5.0。该方法假设：水环境中污染物在沉积物

25、-间隙水两相之间的交换快速而可逆，处于热力学平衡，可以用分配系数Kp描述；沉积物中污染物的生物有效性浓度与间隙水中该物质的游离浓度（非络合态的活性浓度）T/CSES 112020 9 呈良好的相关关系，而与沉积物中该污染物总浓度不相关；底栖生物与上覆水生物具有相近的敏感性，因而可将水质基准应用于沉积物质量基准中。根据相平衡分配理论，当水中某污染物浓度达到水质基准（WQC）时，此时沉积物中该污染物的含量即该污染物的沉积物质量基准（SQC），按公式（B.3）计算：WQCpSQCCKC （B.3）式中：Kp 有机污染物在表层沉积物固相-水相之间的平衡分配系数，它与污染物的理化性质和沉积物的理化性质有

26、关；CWQC水质基准的最终慢性值（FCV）或最终急性值（FAV）。当沉积物中有机碳的含量大于0.2%时，沉积物质量基准按公式（B.4）计算：WQCOCOCSQCCfKC （B.4）式中：KOC 有机碳-水分配系数，即污染物在沉积物有机碳和水中的浓度的比值；fOC 沉积物中有机碳的质量分数。KOC可以通过实验测定得到，也可以由KOC与辛醇-水分配系数KOW之间的经验关系公式计算得到，按公式（B.5）计算：OWOCKKlg9831.000028.0lg （B.5）通过该方法推导沉积物质量基准，foc按照1%计算。以FAV推导得到的值作为沉积物质量基准高值（SQC-H），以FCV推导得到的值为沉积物

27、质量基准低值（SQC-L）。B.3 评价因子法 当生物效应法和相平衡分配法的适用条件无法满足时，可以采用评价因子法推导污染物的沉积物质量基准。将单物种的沉积物毒性数据外推至多物种的生态系统效应时，根据外推的不确定性，对最敏感生物最小的效应数据除以评价因子（AF），可得到的预测无效应浓度作为沉积物质量基准阈值。所采用的毒性数据包括 NOEC、EC10、EC50、LC50等。在确定评价因子时，需要考虑的不确定性包括毒性数据的实验室内外的差异、种内和种间的生物学差异、短期毒性向长期毒性外推的不确定性、实验室数据向野外环境外推的不确定性。推荐采用的评价因子见表 B.1。按公式（B.6）计算：AFLCE

28、CNOECCxSQC50/（B.6）T/CSES 112020 10 表B.1 沉积物质量基准外推时采用的评价因子 毒性试验数据 评价因子 典型物种短期试验数据（LC50、EC50）1000 1 个物种长期试验数据或 3 个典型物种短期试验数据 100 不同食性及生活方式物种的 2 个长期试验数据 50 不同食性及生活方式物种的 3 个或 3 个以上长期试验数据 10 T/CSES 112020 11 C C 附 录 C（规范性）物种敏感度分布模型与拟合优度评价准则 C.1 物种敏感度分布（SSD）模型 C.1.1 逻辑斯谛（logistic）分布模型 21xxeey （C.1）式中：y累积概

29、率，%；x毒性值，g/L；毒性值的平均值，g/L；毒性值的标准差，g/L。C.1.2 对数逻辑斯谛（logistic）分布模型 2loglog1xxexey （C.2）式中，各符号含义同公式（C.1）。C.1.3 正态分布模型 22221xey （C.3）式中，各符号含义同公式（C.1）。C.1.4 对数正态分布模型 222ln21xexy （C.4）式中，各符号含义同公式（C.1）。C.1.5 极值分布模型 T/CSES 112020 12 xexeey1 （C.5）式中，各符号含义同公式（C.1）。C.2 拟合优度评价 模型拟合优度评价是用于检验总体中的数据分布是否与某种理论分布相一致的统

30、计方法（未特别说明则显著性水平为 0.05）。对于参数模型来说，检验模型拟合优度的评价参数包括：a)决定系数（coefficient of determination，R2）R2越接近 1，模型的拟合优度越好。b)均方根（root mean square errors，RMSE）RMSE 是观测值与真值偏差的平方根与观测次数比值的平方根，也称为回归系统的拟合标准差。RMSE 可以反映出模型的精密度，RMSE 越接近于 0，模型拟合的精密度越高。c)残差平方和（sum of squares for error，SSE）SSE 是实测值和预测值之差的平方和，表示每个样本各预测值的离散状况，又称为误

31、差项平方和。SSE 越接近于 0，表示模型拟合的随机误差效应越小。d)K-S 检验（Kolmogorov-Smimov test）K-S 检验是基于累积分布函数，用于检验一个经验分布是否符合某种理论分布，是一种拟合优度检验。如果 K-S 检验的结果为 P0.05，表示实际分布曲线与理论分布曲线不具有显著性差异，模型符合理论分布。T/CSES 112020 13 D D 附 录 D（资料性）沉积物质量基准技术报告编制大纲 D.1 前言 D.1.1 沉积物质量基准制定的重要性和必要性 D.1.2 沉积物质量基准的国内外研究现状 D.1.3 我国沉积物质量基准制定的特异性 D.2 污染物的环境问题概述 D.2.1 理化性质与用途 D.2.2 来源与分布 D.2.3 存在形式与环境行为 D.2.4 毒性作用机理 D.2.5 沉积物理化性质的影响 D.3 污染物的毒性 D.3.1 急性毒性 D.3.2 慢性毒性 D.3.3 其它毒性效应 D.4 沉积物质量基准的推导 D.4.1 沉积物质量基准高值 D.4.2 沉积物质量基准低值 D.5 沉积物质量基准的审核 D.5.1 基准推导过程是否符合本文件 D.5.2 得出的基准值是否合理 D.5.3 不同国家和地区沉积物质量基准的比较与分析 D.5.4 不确定性分析 D.5.5 其他需要说明的问题 D.6 参考文献 _