美国溶解氧基准标准及其对我国的启示（一）

近年来我国水质量整体改善，但全国采用统一的溶解氧标准易导致不同地区水体欠保护或过保护。美国拥有相对完善的溶解氧标准体系，在综述了美国溶解氧基准标准制定体系的基础上，初步分析了我国溶解氧标准现存的不足及美国溶解氧标准制定对我国的启示。美国国家环境保护局通过分析不同溶解氧暴露情况对水生生物的影响，针对淡水和海水两种栖息地环境，对冷水和温水物种及其不同生活史阶段分别制定溶解氧基准值。美国各州参照溶解氧基准，考虑社会经济、反降级政策等因素，在不同时间和地点分别制定了保护指定水体功能的溶解氧标准值。我国现行的溶解氧标准值，主要参考国外发达国家标准制定，缺少对我国溶解氧背景浓度和水生生物溶解氧敏感性的基础研究。为制定符合我国国情的溶解氧基准标准，需在综合考虑我国气候、地理条件等自然因素对溶解氧影响基础上，开展水生生物对溶解氧敏感性、栖息地环境对物种及溶解氧浓度影响的相关研究工作，并综合考虑反降级政策，防止水体进一步恶化。

我国溶解氧标准在借鉴国外水质标准的基础上制定。我国幅员辽阔，地形复杂、气候多样，南北水体饱和溶解氧差异显著，全国采用统一的溶解氧标准易导致不同地理气候区域水体的欠保护或过保护。近年来我国水环境质量总体呈向好趋势，正迈向生态文明建设的新阶段，为有利推进生态环境高水平保护，现急需通过科学的方法制定符合我国国情的溶解氧标准，实现水环境的精准保护。美国从20世纪40年代开始探索建立水质标准，目前已经形成一套较为完善的溶解氧标准体系。美国国家环境保护局(US EPA)制定国家层面的溶解氧基准，各州参照溶解氧基准结合具体水体功能制定溶解氧标准，并定期(三年一次)对溶解氧标准进行审查和修订，US EPA最终审批并监督实施。该文通过系统梳理美国溶解氧基准标准制定体系，对比分析我国溶解氧标准体系现存不足，初步提出美国溶解氧标准制定对我国的启示。

1美国溶解氧基准

溶解氧基准是指对水生生物产生可接受影响的最低溶解氧浓度，是溶解氧标准制定的理论依据。美国现行的溶解氧基准包括1986年US EPA发布的淡水溶解氧基准和2000年发布的海水溶解氧基准。根据水生生物对溶解氧敏感性的不同，分别探讨了溶解氧对冷水生物和温水生物及其不同生活史阶段生长和生存的影响，制定了淡水和海水溶解氧的慢性基准值和急性基准值。

US EPA针对冷水鱼和温水鱼的早期生活史阶段和其他生活史阶段，分别制定了溶解氧基准值(见表1)。冷水鱼被认为是鲑科鱼类或与鲑科鱼类的溶解氧敏感度相似的生物，一般生活在20℃以下水体中。温水鱼适宜生存的温度较高，所需的溶解氧基准值较低。不同生活史阶段的鱼类对溶解氧的敏感度不同，鱼类在早期生活史阶段对溶解氧更敏感，需要制定更高的溶解氧基准值。为了保护冷水鱼栖息地常见的昆虫，溶解氧急性基准值采用4 mg/L，替代鲑科鱼类的急性基准值3 mg/L。为满足7 d平均值的要求，限制溶解氧1 d最小值的发生频率为每年3次，或将冷水鱼可接受的溶解氧1 d最小值增至4.5 mg/L，温水鱼溶解氧1 d最小值增至3.5 mg/L。

基于弗吉尼亚州(Virginia)夏季入海口和近岸海域脊椎动物和鱼类的毒理数据，US EPA制定了海水(入海口和近岸海域)溶解氧基准值(见表2)，该值适用于弗吉尼亚州入海口和近岸海域(从低潮线向海域延伸3 m范围)水生生物的保护。根据表2中的公式，各州采用自有的生物毒性数据可以推导其相应的溶解氧基准值。海水基准值分析了在持续性低氧(大于24 h)和间歇性低氧(小于24 h)两种暴露方式下，低氧对水生生物不同生命阶段的影响。在持续低氧暴露情况下，采用处于未成熟和成熟阶段水生生物的急性毒性效应数据，利用毒性百分数排序法计算得到溶解氧急性基准值为2.3 mg/L；采用处于生长阶段水生生物的慢性毒性效应(4~29 d生长损失)数据，利用毒性百分数排序法计算得到溶解氧慢性基准值(4.8 mg/L)；当水中溶解氧浓度介于二者之间需要采用幼体增长阶段模型，通过设定可接受增长累积损失(5%)，推导在该浓度下水生生物允许暴露间隔的持续时间，以评价该栖息地是否适合物种幼体生长。

在间歇低氧暴露情况下，需通过低氧状态的持续时间和强度，根据不同阶段的公式，计算得到溶解氧的允许浓度和最大允许天数，判断溶解氧的实际浓度是否达到水生生物生长和生存要求。间歇低氧暴露下处于未成熟和成熟阶段水生生物的溶解氧基准值根据溶解氧在不同时间(h)造成的死亡率进行公式拟合，以CMC(基准最小浓度值)为终点计算得到；生长阶段的数据与持续低氧暴露下生长阶段中慢性毒性数据来源相同，利用间歇低氧暴露24 h的生长损失(为持续低氧暴露24 h生长损失的1.56倍)，计算得到某一时间内总生长损失小于25%的溶解氧浓度和暴露允许时间；幼体增长阶段利用生长阶段计算得到TTD曲线(时间-死亡率曲线)，将数据带入TTD曲线得到最大日死亡率，再根据死亡率-允许天数曲线，得到该死亡率下的最大允许天数。

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