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從FIAM到BLM：如何透過模型預測金屬對水生生物的影響？
在水生毒理學中，生物配位子模型（BLM）被視為一種重要工具，該模型主要用來評估水體中金屬的生物可用性以及金屬在生物體鰓表面上的積累能力。BLM的預測結果依賴於特定地點的水質條件，包括pH值、硬度及溶解有機碳等參數。以此模型中致死積累值（LA50）為基準，該數值是指在暴露的生物中造成50%死亡的金屬累積量，從而預測更普遍的致死濃度值，並進一步推動水體質量標準的發展。
水質的變化顯著影響金屬的毒性，因此，了解這些變數至關重要。
BLM模型自自由離子活度模型（FIAM）和鰓表面相互作用模型（GSIM）衍生而來，這兩個模型同樣探討了金屬如何與水生環境和生物相互作用。美國環境保護署（EPA）當前採用BLM作為設立水體質量標準的依據，也正計劃將其擴展至海洋與河口環境的應用。
歷史背景
對於水質參數如何改變金屬毒性對水生生物的影響的理解仍在增長中。早在1973年，Zitko等人便證明自由金屬離子在毒性評估中扮演了更為重要的角色。1976年，他們又發現鈣離子（Ca2+）和鎂離子（Mg2+）與金屬離子之間存在競爭，水的硬度則降低了金屬的毒性。這些發現為現在所稱的自由離子活度模型（FIAM）奠定了基礎。
金屬供應的動態和其與生物相互作用的結果是當前生物配位子模型發展的核心。
定量資訊
BLM旨在預測金屬在鰓表面的致死積累（LA50），這取決於特定區域的水質。EPA建議在使用BLM進行水質預測時，至少需考慮十個主要水質參數，並可能使用有機酸及硫化物的數據。雖然水溫也被考慮，但其影響相對較小。
水的pH值對金屬的生物可用性和毒性有重大的影響，通常pH越高，金屬的生物可用性越低。
此外，溶解有機碳（DOC）同樣影響金屬的毒性，增加的DOC可以使金屬與有機碳結合，降低其對生物體的可用性。在BLM模型中，Ca2+、Mg2+、Na+及K+這些主要陽離子對結果亦有顯著影響。
局限性與不確定性
BLM的局限性及不確定性在於它所依賴的數據來源，水質標準多是基於總金屬或溶解金屬的濃度，而這些通常是從標準化的實驗室方法推導出來的，可能無法充分反映實際環境中的動態因素。
不同類型的生物配位子模型
EPA的生物配位子模型與水質標準
根據《清水法》第304(a)(1)條款，EPA負責制定基於當前科學資訊和數據的水質標準。EPA自2007年以來接受使用BLM來協助產生針對銅的特定水體水質標準。
HydroQual/Windward BLM
BLM最早由HydroQual Inc.的研究人員開發，其軟件僅限於淡水系統的多種金屬，雖然正在開發海洋模型。該公司後於2010年被HDR Inc.收購，相關網頁亦隨之停止使用。
當前與未來的研究
現階段，EPA已認可BLM在銅的探討與清理中的應用，這是因為對銅的詳細特徵化及測試顯示出該模型的有效性。未來，HydroQual正著手開發針對土壤金屬影響的新模型，進一步拓寬BLM的應用範疇。
在面對水質標準的制定和水生生物保護的挑戰時，BLM作為一項預測工具的局限性是否會影響我們對水環境的理解和管理呢？
