积物中重金属生物毒性评价的研究进展
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中药重金属污染及其评价方法研究现状1. 引言中药是传统中医文化的重要组成部分,在现代社会中仍然有广泛的医疗和保健应用。
然而,近些年中药中的重金属污染引起了广泛的关注。
重金属是指密度较大、具有毒性的金属元素,包括铅、镉、汞等元素。
这些元素在中药中的存在威胁了人们的健康和生命。
为了对中药中的重金属污染进行控制和预防,需要对其进行评价。
因此,本文将介绍中药重金属污染的现状和评价方法。
2. 中药重金属污染现状中药中的重金属污染是一种严重的环境问题。
因为中药是通过天然植物和矿物产生的,这些植物和矿物会吸收和累积重金属元素。
此外,中药的生长地点和质量监管方面的不足,也导致了重金属污染的存在。
据研究发现,当前中药中最常见的重金属污染元素是铅、镉和汞。
这些元素在人体中的积累会引起多种不良反应,包括神经系统和心血管系统的损害。
3. 中药重金属污染评价方法为了评价中药中的重金属元素污染,研究人员开发了多种方法。
这些方法可以分为两类:分析化学方法和生物学方法。
3.1 分析化学方法分析化学方法是目前评价重金属污染的主要方法之一。
这些方法包括原子吸收光谱法、电子顺磁共振法和质谱法等。
其中,原子吸收光谱法是一种快速且准确的分析方法,可以在短时间内确定铅、镉等元素的浓度。
不过,分析化学方法的缺点在于其对于中药中其他化学成分的影响。
这些成分可能会干扰到对重金属的测量结果。
3.2 生物学方法生物学方法是另一种评价中药重金属污染的方法。
这些方法基于生物体对重金属污染的反应。
例如,生物鉴定方法可以评价到中药对细菌、水生生物和酵母菌等生物体的毒性作用。
生物学方法的优点在于可以避免原样中存在的其他化合物干扰。
但是,这些方法的缺点在于计算准确性和可重复性不高。
4. 结论中药中的重金属污染是一种严重的环境问题。
研究人员对于中药重金属污染的研究,包括评价方法的研究,可以帮助我们更好地控制和预防重金属污染元素对于人类健康的威胁。
在未来的研究中,我们需要不断地开发和完善评价方法,以更加准确地评价中药中的重金属污染。
生物体内镉代谢与毒理研究的进展近年来,随着环境污染的加剧,生物体内重金属污染问题受到了广泛关注。
其中,镉作为一种常见的重金属污染物,在自然界和人类日常生活中广泛存在。
镉具有强烈的毒性和生物积累性,可以损害生物体内的各种生理和代谢过程。
因此,研究生物体内镉代谢与毒理机制,具有重要的理论和应用价值。
一、生物体内镉代谢镉进入生物体内后,在体内的代谢过程中呈现出一系列复杂的变化。
一般来说,镉主要通过三种途径进入生物体内,分别为水、空气和食物摄入。
在进入生物体内后,镉会被分散到各个组织和器官中,其主要富集在肝、肾、骨骼和软组织等部位。
在生物体内,镉主要通过肝、肾等器官参与代谢和排泄。
其中,肝脏是镉代谢的重要场所之一。
镉在肝脏中会被转化为较少毒性的物质,如镉蛋白(CdMT)和镉硫(CdS)。
而这些物质会进一步转移到肾脏等器官中,最终通过尿液排出体外。
此外,一部分镉还会与生物体内的其他物质(如钙、铁和锌等)结合,形成相应的化合物。
这些化合物的代谢和运输过程也对生物体内镉的积累和毒性产生了重要的影响。
二、生物体内镉毒理机制尽管镉在体内的代谢和排泄过程中受到严格的控制,但其毒性依然相当大。
镉对人体的毒性主要表现为慢性毒性,会影响多个器官和系统的正常功能。
其中,较为明显的影响为:1. 影响肾脏功能肾脏是镉毒性的主要靶器官之一。
在镉进入肾脏后,它会直接影响肾小管细胞的结构和功能,导致细胞损伤和死亡。
此外,镉还会干扰肾脏的毒素清除和体内液体平衡,导致尿毒症等疾病。
2. 影响骨骼健康镉会与骨组织中的钙和其他元素结合,形成强大的韧性固体,导致骨质疏松和易骨折。
这些影响在儿童和老年人身上尤为明显,易导致骨骼发育异常和老年骨质疏松症等疾病。
3. 影响免疫系统镉会直接影响免疫细胞的周期和细胞凋亡,导致免疫系统功能下降和易感染。
此外,镉还可以干扰生物体内的几种重要激素和生长因子的调节,而这些物质恰好是免疫系统的重要调节因子,从而进一步影响免疫功能。
生物体内重金属的代谢和毒性研究随着现代工业和城市化的快速发展,大量的重金属被排放至环境中,导致了空气、水、土壤等中的重金属污染。
长期暴露在重金属污染环境下的人们会面临着严重的健康威胁,这是一个不容忽视的环境研究领域。
本文将讨论生物体内重金属的代谢和毒性研究,旨在全面了解生物对重金属的代谢过程及其所引发的毒性效应。
重金属污染:一场不容忽视的公共健康威胁重金属是指密度较大(大于5g/cm³),具有金属光泽和良好的延展性、可塑性、导电性和热导率的金属元素。
目前为止已知的重金属包括镉(Cd)、铬(Cr)、铊(Tl)、铅(Pb)、汞(Hg)、锰(Mn)和钴(Co)等。
正常情况下,这些重金属在环境中以微量存在,而它们的生物富集性和持久性使得它们逐渐积累在生物体内,导致环境中的重金属污染问题加剧。
重金属的毒性作用主要通过两个途径引起:直接影响细胞的功能和影响细胞内液体和离子的稳定性。
重金属的胁迫使得生物所需的重要生物分子发生失调。
以Cd为例,Cd被认为是最危险的重金属之一,它会降低植物和动物中非常重要的生理活性物质谷胱甘肽(GSH)的水平。
不仅会导致GSH代谢相关的酶活性下降,而且在GSH缺乏的情况下,重金属总量的增加。
生物体对重金属的代谢过程生物体对重金属的代谢是一个复杂的过程,其中包括吸收、转运、沉积和消除等过程。
在吸收方面,由于重金属容易溶于水,所以通过食物链入侵生物体内尤其是植物,动物食用植物,人类再食用动物,循环利用逐渐在食物链中富积。
在动物体内吸收重金属的过程中主要通过肠道吸收,且镉、铬、铅、汞等重金属吸收量与其化学形态有关。
细胞内主要通过离子通道,渗透膜和载体转运蛋白来运输重金属,传统上认为这种过程是被动的,即是一种无需耗能的自由扩散过程。
然而,现代生物学发现,生物体内存在许多主动转运蛋白,如ZnT蛋白(锌转运蛋白)和ZIP蛋白(重金属离子转运蛋白),这些蛋白认为可能介导开放通道,促进细胞内外重金属的传递。
水生生物毒性测试用于沉积物评价的研究进展
张水航;徐丽;姚玲爱;赵学敏;虢清伟;裴德富;马千里
【期刊名称】《环境化学》
【年(卷),期】2024(43)1
【摘要】针对沉积物污染问题的研究目前已建立了不同的评价方法与体系,目前常用的结合生物毒性测试的有效应导向分析(EDA)、沉积物毒性鉴别评价(TIE)、证据权重法(WOE)、物种敏感性分布法(SSD)和沉积物质量基准(SQG)等,这些方法在河流、湖泊等水体沉积物中污染物毒性效应表征及沉积物质量评价方面有重要应用.本文指出水生生物毒性测试应用的重要性,根据不同学者的研究内容归纳了水生生物毒性测试的方法学,对沉积物进行水生生物毒性测试的基质处理包括直接采用污染沉积物、洁净沉积物加标以及人工配置沉积物,受试生物主要包括浮游植物、浮游动物、底栖动物和鱼类,毒性试验终点包括急性毒性终点和慢性毒性终点;最后指出水生生物测试存在的问题,并对沉积物质量评价未来发展方向进行展望,以期为我国沉积物生物毒性测试标准方法的建立提供参考.
【总页数】14页(P138-151)
【作者】张水航;徐丽;姚玲爱;赵学敏;虢清伟;裴德富;马千里
【作者单位】沈阳建筑大学市政与环境工程学院;生态环境部华南环境科学研究所【正文语种】中文
【中图分类】X52
【相关文献】
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4.沉积物中重金属生物毒性评价的研究进展
5.环境生物测试技术对沉积物的毒性评价研究
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广西山口红树林生态自然保护区海域沉积物重金属污染状况及潜在生态风险评价广西山口红树林生态自然保护区位于广西南宁市东北部,是中国最大的红树林自然保护区之一。
红树林生态系统是海陆交错的特殊生态系统,具有重要的生态环境保护和生物多样性保护价值。
随着人类活动的增加,红树林生态系统面临着各种生态环境问题,其中之一就是海域沉积物的重金属污染。
本文就广西山口红树林生态自然保护区海域沉积物重金属污染状况及潜在生态风险进行评价。
一、重金属污染状况重金属是指相对密度大于4.5的金属元素,通常包括铅、镉、汞、铬、锌等元素。
这些重金属元素在自然环境中不易分解,对生物体具有慢性毒性和生物蓄积性,对生态系统具有较大的危害。
在山口红树林生态自然保护区海域的沉积物中,研究表明存在着一定程度的重金属污染。
主要表现在以下几个方面:1. 汞污染:在研究中发现,山口红树林生态自然保护区的海域沉积物中存在着汞的污染。
汞主要来自于工业排放和农业活动,沉积于河流和海洋底部的泥沙中,经过生物转化进入生态系统中。
而在红树林生态系统中,汞的蓄积将对红树林植物和动物产生不利影响。
2. 铅污染:红树林生态自然保护区的海域沉积物中还存在着铅的污染。
铅是一种广泛存在于环境中的重金属元素,主要来源包括燃煤、化肥、电镀、废水排放等。
铅的累积会影响红树林生态系统中的微生物、底栖生物和鱼类等生物。
山口红树林生态自然保护区海域沉积物中存在着一定程度的重金属污染,这对红树林生态系统的保护和恢复构成一定的威胁。
二、潜在生态风险评价针对山口红树林生态自然保护区海域沉积物重金属污染状况,需要进行潜在生态风险评价,以了解其对生态系统的影响程度,为后续的环境保护和治理工作提供科学依据。
1. 生物毒性评价:针对海域沉积物中的重金属污染,需要进行生物毒性评价。
通过生物毒性测试,可以评估汞、铅等重金属元素对水生生物的毒性效应,从而了解其对红树林生态系统中的底栖生物、鱼类等生物的影响程度。
第53卷第3期 辽 宁 化 工 Vol.53,No. 3 2024年3月 Liaoning Chemical Industry March,2024基金项目: 国家级大学生创新创业训练计划项目(项目编号:202110838006);甘肃省高等学校创新基金项目(项目编号:2021A -214)。
收稿日期: 2023-02-17农林废弃物吸附水体中重金属的研究进展苏士瑞,代学玉,文雷,郑晓明,王瑞美,冯怡君(兰州石化职业技术大学 石油化学工程学院,甘肃 兰州 730060)摘 要: 含有重金属的废水对环境、水生生物和人体健康等都产生了严重的影响。
废水中重金属的处理方法有很多,用农林废弃物吸附水体中的重金属离子实现了“变废为宝、以废治废”的目的,有广泛的应用前景。
介绍了农林废弃物吸附水体中重金属的机理及研究进展。
关 键 词:农林废弃物;生物吸附剂;重金属中图分类号:X703 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2024)03-0426-04近年来,随着工业生产的快速发展,石化、炼油、金属加工、机械制造、采矿、冶金等行业排放的生产废水中通常含有重金属,常见的有铜、铅、镉、铬、砷、镍、锌等[1-2]。
重金属具有化学性质稳定、难分解、易富集、可致癌等特点,在大气、土壤、水体中广泛存在,对自然环境、水体生物、人类健康等都造成了严重的影响。
1 重金属污染治理方法处理重金属废水常用的方法有化学沉淀法、电化学法、离子交换法、氧化还原法、膜分离法和吸附法等。
化学沉淀法操作简便、成本低、效率高、应用广,但产生的污泥易对环境产生二次污染。
电化学法操作方便、无需加入化学药剂、占地面积小,但成本高、 处理量小,使其应用受限。
离子交换法去除重金属效率高、操作简单,但成本高、离子交换剂容易被氧化或污染。
氧化还原法操作简便,但其使用范围较窄,易产生二次污染。
膜分离法效率高、操作简单,但成本高、膜容易被腐蚀、污染且使用寿命短。
沉积物中重金属生物毒性评价的研究进展范文宏1,陈静生1,洪松1,王立新2
(1.北京大学城市与环境学系,北京100871;2.北京大学环境科学中心,北京100871)
摘要:根据最新的文献综述了国际上沉积物中重金属毒性评价的研究进展。介绍了沉积物中重金属的主要结合相、影响沉积物中重金属生物毒性的因素和沉积物重金属生物毒性的评价方法等。关键词:沉积物;重金属;生物毒性评价中图分类号:X825文献标识码:A文章编号:1003-6504(2002)01-0036-04
关于水体沉积物中重金属的生物毒性问题是当前水环境重金属研究的热点问题之一。仅在1998至1999的两年中发表的论文就有200多篇。内容涉及到水体沉积物中重金属毒性的识别,毒性的指标,毒性检验及水体沉积物重金属质量基准的建立等,其中关键性的问题是重金属的毒性评价问题和沉积物质量基准的建立,本文根据国际上最新的文献对这些问题进行概括性介绍。1沉积物中重金属的主要结合相沉积物中重金属的生物毒性与其在水体沉积物中的形态有关,与其在沉积物相和间隙水相间的平衡过程有关。近年来DiToro[1!4]等人指出,水体沉积物中重金属的主要结合相是酸可挥发性硫化物(acidVolatilesulfide,AVS)、颗粒有机碳(particulateorganiccarbon,POC)和铁与锰的羟氧化物,这些结合相直接控制着沉积物中重金属的毒性。1.1酸可挥发性硫化物(AVS)在厌氧环境中,酸可挥发性硫化物是沉积物中重金属的最主要的结合相。AVS是一个操作性定义,指水体沉积物中活动性最强的金属硫化物,主要包括无定形FeS,马基诺矿,硫复铁矿和锰的单硫化物等[3]。20世纪90年代以来的研究表明:AVS可降低重金属的生物毒性。因为AVS可通过表面络合、共沉淀等过程与重金属结合,AVS中的FeS或MnS可被重金属置换生成更难溶的硫化物沉淀。1.2颗粒有机碳(POC)沉积物中的POC(主要是腐殖酸)对金属具有强烈的吸附作用。在没有AVS的好氧沉积物中或是在金属浓度大于AVS的厌氧的沉积物中,POC是重金属的最重要的结合相[4]。基金项目:自然科学基金资助项目(49971018)作者简介:范文宏(1971-),男,博士研究生,主要攻读方向为环境地球化学。1.3铁和锰的羟氧化物(FeOOHMnOOH)在好氧沉积物中,铁和锰的羟氧化物也是沉积物中重金属主要结合相。Tisser等[4]曾在两个湖的沉积
物中分离出铁和锰的羟氧化物,检验到重金属与天然铁锰羟氧化物的结合。
2影响沉积物重金属毒性的因素沉积物中化学物质的毒性与该物质的生物有效性是联系在一起的。对重金属来说只有可被生物吸收的重金属才有可能对生物产生潜在的毒性。重金属在细胞内的迁移可由两类模型来描述,第一类模型假定金属络合物的溶解和交换是在细胞膜上进行的,过程受动力学限制;第二类模型假定重金属从水相到细胞膜的迁移和随后的表面络合反应发生得都很快,并且在膜表面达到了平衡,限制因素是进入细胞的迁移。有人曾用鳃结合模型来解释溶液中的络合相对重金属毒性的影响,发现在鳃的吸附位饱和程度和鱼的致死性之间存在着较强的相关关系。这一模型提示我们,重金属的生物利用过程并不是一个完全的生物机制。2.1重金属形态对生物毒性的影响一系列研究表明游离的水合重金属离子是生物可吸收的形态,水化学参数(pH,碱度,配位体,Eh)和其它形态的重金属(如羟基络合态)以及非化学参数都是通过影响游离自由离子在水相和细胞内的活度而影响其生物有效性和生物毒性。沉积物中重金属的总浓度与其生态效应之间没有相关性,但当沉积物中重金属的浓度用某一沉积物相(如厌氧沉积物中AVS和POC,以及好氧沉积物中的
羟氧化铁和POC)标准化后,重金属浓度与生态效应的相关性会得到改善。但这种相关性并不意味着生物能直接吸收沉积物颗粒中的重金属。一般认为只有间隙水中的自由金属离子能直接产生生物效应,而沉积物的重金属浓度和沉积物水化学控制着间隙水中的自・63・
第25卷第1期2002年1月由金属离子的活度,从而影响沉积物中重金属的毒性。2.2间隙水中配位体与重金属毒性的关系生物体对沉积物重金属的吸收主要是通过间隙水进行的,因此间隙水的组成和状态对重金属的毒性影响很大。间隙水中往往溶解了大量的有机和无机配位体,这些配位体一方面能与重金属络合,促进了沉积物中重金属的释放,使间隙水中实际溶解的重金属浓度明显地高于根据颗粒相和水相分配模型所预测的浓度;另一方面因重金属与配位体络合而使自由离子的活度降低,从而降低了金属的生物毒性。在厌氧环境中金属与硫化物和多硫化物的络合作用可能决定着间隙水中金属形态的形成。2.3表面沉积物的氧化作用与重金属的毒性的关系表面沉积物是一个对氧化还原电位极为敏感的化学和生物系统,氧化还原电位很小的提高就可能引起MeS和H2S的氧化,使沉积物中金属向间隙水中的释放作用加剧,从而增大金属对生物的毒性作用。当有氧气进入时,沉积物中的硫化氢和FeS(AVS)会被迅速地氧化。沉积物中的POC无论是在需氧沉积物或厌氧沉积物中都会被氧化。两者的氧化速率将影响AVS的浓度和此后在沉积物和间隙水中溶解的金属浓度。3沉积物重金属生物毒性评价评价沉积物重金属毒性的方法近年来取得了一些可观的进步。主要包括生物检验方法、数值计算方法以及基准值方法。3.1生物检验方法(毒理试验方法)对评价重金属的生物毒性而言,毒理学方法是唯一的可靠的方法。进行沉积物的毒理学研究,首先必须解决实验相的选择问题。用于沉积物毒理学研究的实验相可归纳为如下几个部分:有机萃取相、水提取复溶相、间隙水相、全底泥相及现场分析。一些动物的毒理试验表明,沉积物的毒性与间隙水的污染程度密切相关,而且间隙水相试验避免了沉积物物理因子对生物测试的影响,实验简便,是进行沉积物毒理学研究的理想实验相。确定规范的实验生物也是当前沉积物毒理学研究的重点之一。接触整个沉积物的水生试验物种(底栖动物)是检验沉积物毒性的最好的生物,但由于他们对化学物质的敏感度低于其他生物,大量的沉积物毒理研究还是以非底栖动物进行。1970年之后,在污染沉积物的毒性评价中使用的非深海的水生物种已经包括细菌、浮游植物、大型植物、浮游动物、鱼和两栖动物。最近有学者将生物指标(biomarker)引入沉积物毒理学研究中,它是指在有机体个体上测得的生物化学、生理学或病理学响应,它提供了在污染环境中暴露和/或一些低于致死量的暴露影响,曾被Benson等人用于污染沉积物的危险识别和风险评价[5,6]。金属硫
醇(MT)是最具有可能性的生物指标,曾有人测量了比目鱼和螃蟹MT的浓度和蛋白质水平(HsP70)来评价金属熔炉附近被污染的沉积物。其它的生物指标也有使用的前途,Hamoutene等人曾以海草的过氧化脂
中的硫代巴比妥酸含量作为生物指标,Meinelt等人以梭子鱼的不同组织中的存在的巨噬细胞中心(MC)作为生物指标,重金属的浓度和胆汁的毒性也曾被作为生物指标而使用。毒理试验能够直接反映化学物质对水生生物的影响,尤其是几种化学物质对水生生物的联合作用,以及环境因子对化学物质毒性的影响,并且为致毒机理的研究积累资料。目前国外已经积累了大量的毒理实验数据,但我国在这方面的研究还处于起步阶段。3.2数值计算方法数值计算方法是根据描述沉积物中重金属的结合和释放机制的几种模型,利用计算机来计算金属在沉积物和间隙水之间的分配和形态形成,从而预测和评价沉积物金属的毒性,例如FITEGL,HYDRAGL,
MINEGL+,MINTEGA2和WHAM等。Pagenkopf等人提出了生物吸附位模型,Chapman等人已经应用该模型检验了不同化学系统中鱼的毒性,是比较有前途的方法之一。数值计算方法在应用时往往受到限制:例如土—水相的平衡假定是不切实际的;许多热力学常数是在25C或很低的离子强度下给出的,很难推
广到高离子强度下的水体(海水);计算也受到形态常数信息的限制,大部分重金属的硫化物,多硫化物,硫醇和氨基酸的形成常数,及重金属与天然形成的铁、锰羟氧化物和有机物的表面络合常数均不能清楚地了解。尽管如此,热力学计算的使用频率仍很高,这是因为它对过程的解释是有效的。3.3利用基准值的评价方法更常用的预测和评价沉积物金属毒性的方法是利用水质和沉积物基准进行的。沉积物重金属的生物毒性评价必须考虑重金属的可能来源(间隙水、上覆水和沉积物)和响应的位置。虽然重金属对生物产生影响的途径并不清楚,沉积物中重金属的毒性仍可能通过水中的自由重金属离子或者通过适宜结合相标准化的沉积物重金属浓度来预测。3.3.1间隙水和上覆水方法虽然间隙水或上覆水中的自由金属离子活度是沉积物金属生物毒性的最直接和最合理的预测介质,但是因金属离子活度的分析方法不足而受到限制。为避・73・
沉积物中重金属生物毒性评价的研究进展范文宏,等免测定自由金属离子活度的难度,建议可利用单独水体的暴露实验的标准化浓度、IWTU(间隙水毒性单位)、IWCTU(间隙水毒性基准单位)来预测被金属污染的沉积物的毒性[4]:IWTU=!([Me]i,IW/LC50,i)(1)IWCTU=!([Me]i,IW/W CI)(2)[Me]i,IW是间隙水中i种金属的溶解浓度,LC50,i是受试有机体在含有i种金属的水中暴露的LC50,W Ci是i种金属的水质基准。通常会发现当IMTU小于0.5时,对受试有机体不能产生显著的毒性。I-WTU的测量最近被推荐作为制定沉积物质量基准的方法。因此LC50和另外的水暴露毒性临界点是以金属浓度的形式给出,并且可以根据水化学和受试有机体来修改。由于间隙水中的金属的络合作用比其它水体要强,因此间隙水的LC50将有望高一些。3.3.2沉积物方法间隙水、上覆水和沉积物金属的生物毒性很可能是由沉积物金属浓度和沉积物性质控制的,沉积物中金属浓度的测量较为方便,因此以沉积物金属浓度测量为基础的金属生物毒性的预测是一个可行的管理手段。金属污染的沉积物毒性的评价和预测主要包括污染的识别和定量,通常是与沉积物质量基准值做比较。按制定方法沉积物质量基准可被分为响应型和数值型两种。按表达方法可分为基于干重浓度的基准值,SEM/AVS,POC标准化金属浓度等。(1)基于干重浓度的沉积物基准值基于干重浓度的沉积物基准值并不能解释影响生物有效性和毒性的因素,而仅仅是以沉积物干重表示的浓度值,有时很难让研究者直接利用。(2)SEM/AVS方法在厌氧沉积物中自由金属离子活度是由金属硫化物的溶解能力控制的。除铁、锰外的所有金属的溶度积都很低,若没有其它的自由金属离子来源,间隙水中的自由金属离子的活度很低,不足以产生毒性。基于这一关系,DiToro等人推荐了一个SEM/AVS模型,被表达为镉、铜、镍、铅和锌的总摩尔浓度与AVS摩尔浓度的比值,当AVS/SEM小于1时,不能观察到沉积物的毒性,同时当AVS/SEM大于1时,毒性既有可能产生又有可能不产生。该模型在实验室和野外被急性、慢性的毒理试验深入细致地验证过。Hasen等曾报道过实验室生物检验结果,实验室样品和野外样品在SEM大于AVS时的产生毒性的概率都是79%。该方法与基于干重的基准值方法相比,优点在于它可以解释影响厌氧沉积物中重金属产生生物毒性的原因。缺点在于该方法不能评价规定以外的二价金属离子的毒性,并且SEM