定量离子特征参数-活性关系模型在预测土壤中无脊椎动物生态风险阈值的新进展学术资讯

近日，首都师范大学资环学院在环境领域国际著名期刊Journal of Hazardous Materials （IF:10.588）发表题为“Predicting the thresholds of metals with limited toxicity data with invertebrates in standard soils using quantitative ion character-activity relationships (QICAR)”的研究论文，该文通过系统分析土壤中无脊椎动物元素毒性阈值与其离子特征之间的关系，构建标准人工土壤中元素毒性阈值的预测模型，为土壤中毒性数据缺乏的元素生态风险评估提供依据。李金瓶硕士为第一作者，王学东副教授为通讯作者。

随着工农业的发展，每年有成百上千的化学物质进入到环境中，尤其是一些新型工业、高新科技行业发展，使一些不常见的化学元素也进入到土壤环境，而这些元素的生态毒性和风险人类却知之甚少，掌握其相关信息要经过大量的实验，费时费力，且一些实验过程繁琐还可能涉及伦理问题，从而导致对这些物质毒性数据累积不足、相关风险评价严重滞后。基于此，开发一种不依赖于毒理学测试的方法非常重要。定量离子特征参数-活性关系模型（QICAR）是建立在物质结构决定性质的原理上，能够高效预测未知污染物的毒性。过去QICAR主要应用于水环境，由于土壤和水体性质特点相差很大，使得其在土壤环境中的应用面临很大的挑战。

该研究以人工标准土壤（OECD和LUFA2.2）对无脊椎动物的毒性为切入点，结合数理统计方法，最终建立用于预测土壤中元素毒性的QICAR，克服了由于性质差异大而导致QICAR在土壤中难以建立难题。该研究结果显示，在OECD土壤中，土壤无脊椎动物Enchytraeus albidus 的致死率和繁殖率、Folsomia candida 和Eisenia fetida 的繁殖率均与元素的离子特征参数AN、AW和AN/△IP有显著相关性；在LUFA2.2土壤中，无脊椎动物Enchytraeus crypticus 和离子结构特征参数Z/AR2显著相关，而Folsomia candida 和BP显著相关。基于以上关系最终建立了用于预测标准土壤中元素的LC50或EC50QICAR模型，并利用田间土壤数据对模型进行了验证，结果表明实测与预测的logLC50/EC50之间误差<0.5个数量级，该模型为及时掌握土壤中未知毒性污染元素的生态风险提供了可能。

该研究得到国家自然科学基金项目（41877496）的资助。