我国流域铜的长期水质基准预测模型研究——MLR vs. BLM

作者：邵美晨; 杨晓玲; 王梦晓; 穆云松^*; 白英臣^*; 吴丰昌

来源：环境科学研究, 2023, 36(06): 1236-1244.

DOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.02.05

• 重金属
• 水质基准
• 生物有效性
• 物种敏感度分布
• DOC

铜在实际水环境中的毒性效应受多种环境理化要素影响，识别典型环境因子进而建立生物有效性模型是获得“原位”水质基准的基础.国际上广泛应用的生物配位体模型(biotic ligand model, BLM)在实际使用过程中有局限性.本研究旨在BLM模型的基础上，探究更适用于铜的“原位”毒性校正方法，以更少的环境因子降低环境监管过程的经济和技术成本，为“因地制宜”确定金属水质基准提供理论依据和技术支撑.同时基于4门22种水生生物的慢性毒性数据，以影响铜生物有效性的关键水化学参数为自变量，即硬度(hardness,H)、pH和溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)，采用带有交互项的3种逐步多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)方法建模，从9个模型中筛选出最佳预测模型[R2=0.553 1,F=61.23,P<0.000 1,AIC(赤池信息准则，Akaike information criterion)=0.945 7,BIC(贝叶斯信息准则，Bayesian information criterion)=23.43].并参考我国典型流域水环境特征，正交设计216组水环境条件，对所有物种的慢性毒性值(chronic toxicity value,CTV)进行模型校正.结果表明：(1)以预测准确率(RFx,2.0)为评价指标，MLR模型较BLM模型提升了20%,MLR模型残差分析的等级评分也优于BLM模型.(2)确定最佳模型为Sigmoidal-Weibull函数(R2=0.986 1,F=1 609,P<0.001)，构建的三环境因子耦合的基准预测模型准确度高(R2=0.990 2,RMSE=0.041 06,F=7 238,P<0.001).(3)主要环境因子(H、pH和DOC)只使得SSD曲线水平移动[与中心(Xc)有关]，曲线形状无影响[振幅(A)、指数(d)和协同系数(k)恒定].(4)在模型的适用范围内，我国流域水体中铜的长期水质基准为4.619～53.75μg/L.研究显示，基于BLM模型框架的新MLR模型，具有高稳健性和准确性，有助于体现流域水生态管理的区域性差异.

• 单位
  中国人民大学; 环境基准与风险评估国家重点实验室; 中国环境科学研究院