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1、环境风险评价及管理环境风险评价及管理北京师范大学资源学院北京师范大学资源学院曹红斌曹红斌2006.9-2007.1生态风险评价背景o80年代初期，研究始于美国o80年代后期，美国NRC(National Research Council)发起构建生态风险评价的概念框架o1992年，美国环保厅发表了生态风险评价framework的报告书o自此以后，此研究领域得到迅速发展。生态风险评价定义o针对环境生物，预测不希望出现的事情发生的可能性的过程。o评价终点(endpoint)不希望出现事情的具体内容oStressor导致不希望出现的事情发生的要素。如，化学物质、物理要素(建筑物建造、土地开发等)、生
2、物要素(外来种、病毒等)、气象学要素(有害紫外线的增加、温度上升)等。生态风险评价的步骤问题设定解析 暴露解析 stressor要素解析风险推算和说明生态学分级o个体 individual单体生物，作为生物可区分的最小单位o种群 population占有一定空间的同种个体的集合o生物群落 communities在某一区域混合存在的不同种类生物的集合。生态系统的生物部分。o生态系统 ecosystems在某一地域生存的所有生物和非生物环境的总和。例如，森林，湖沼。o景观 landscape气候、植生、土地利用、物质循环、生物等相互影响的关系体中，自然和人类双方的作用形成的系统。问题设定o评价终点
3、由生态系中的研究对象及研究对象所具备的可测定或推定的特质两个要素构成。另外，评价终点加上保护、维持、恢复等字眼、或以增减的方向、具体的数字等修饰，来表现所期望的环境状态，就成为环境管理的目标。比如，苍鹰的个体数的恢复。一般来讲，生态风险评价，多数场合考虑种群、生物群落、生态系统层次上的保护。但是，针对濒危物种，要考虑易感个体的保护。问题设定评价终点的选定标准评价终点的选定标准评价终点的选定标准评价终点的选定标准o生态学上的适宜性 其存在对于生态系统的机能和构造具有较大影响的生物种作为评价终点，符合生态学上的适宜性原则。o对stressor要素的感受性 同一营养级的生物，stressor要素对多
4、种生物有毒性影响，则选择感受性高的生物种作为评价终点。o与管理目标的关联性 例如，藻类本身的社会关心度虽不高，但它是一次生产，在生态学上具有重要作用，且对鱼类等社会关心度较高的高营养级生物的保护有重要影响，因此，在很多国家，化学物质审查时成为评价终点。问题设定八个受到普遍关注的生态学研究对象八个受到普遍关注的生态学研究对象八个受到普遍关注的生态学研究对象八个受到普遍关注的生态学研究对象o湖泊，河流，河口的水系生物群落o固有种的地域群体及其栖息地o具有严重有害性结果的生态事件(比如，鸟和鱼类的大量死亡)o重要的生态系统的机能和服务o湿地o需要紧急特别保护的生态系统o濒危种及其栖息地o其他特别重要
5、的场所问题设定o通常选定的生态学研究对象的特质个体水平(濒危种):个体的生存和繁殖成功种群水平:生物量(个体数)和生物生产量生物群落水平:种的多样性及量最近的研究热点:种群水平的濒危种绝灭概率，推测存留时间概念模型解析计划测定项目内容例影响指标(measures of effects 或measurement endpoint)推测Stressor因素的暴露导致的对评价终点的影响时所用的测定值Stressor因素下的致死率、繁殖率、生存率、产卵率、孵化数等生态系统对象生物指标(measures of ecosystem and receptor characteristics)评价对象生物的举
6、动、影响栖息地的事象、生活史参数的测定值水温、水流速、物理障碍物的状态、饵的分布与量；不存在stressor因素时的致死率、繁殖率、生存率、产卵率、孵化数等暴露指标(measures of exposure)Stressor因素的存在、移动，表达；stressor 因素暴露量的测定值污染物浓度、溶解氧浓度、营养盐类浓度、水温等风险推算o野外观察研究 收集对象生物的影响数据和暴露数据，测定野外实际发生的生物学变化。其优点是可以考虑同时发生的复数个stressor因素及复杂生态系统的关系，进行综合评价。缺点是，同一条件的反复测定比较困难，生态学影响的检出灵敏度较低。风险推算o暴露和影响的点推定的比
7、较 Hazard比(HQ)=(预测)暴露浓度预测无影响浓度 而，预测无影响浓度=基准毒性值/安全系数 基准毒性值可以是半致死浓度(LC50)，无影响浓度(NOEC)等。相应的安全系数也不同。风险推定o暴露及影响分布的统计学解析毒性影响(感受性)考虑分布，暴露量采用点推定例，OECD，Guidance Document for Aquatic Effects Assessment，1995.RIVM，Environmental Risk Limits in The Netherlands,1999.U.S.EPA，Guidelines for deriving numerical nationa
8、l water quality criteria for the production of aquatic organisms and their uses，1985毒性影响(感受性)及暴露量均考虑分布例，Solomon,K.R.et al.Ecological risk assessment of atrazine in north American surface waters.Environ.Toxicol.Chem.,15:31-76风险推定o种的感受性分布 对于化学物质等stressor因素的感受性，因生物种的不同而不同。感受性种间差异的统计学分布，叫做种的感受性分布。虽然不可能对
9、生态系统中所有生物种进行毒性试验，但需若干生物种的毒性数据，才可推导出可信度较高的感受性分布。OECD，个以上种；Netherlands，4个以上分类群；USEPA，8个指定科。风险推定o对于p%的生物种有害的浓度HCpHCp=(NOEC的几何平均值)exp(Smk)Sm 无影响浓度NOEC的自然对数标准偏差；k 毒性数据数m、p值、NOEC分布及HCp置信区间所确定的常数。表7.4风险推定o对95%的生物种不产生影响的浓度 GMCV为同属生物最高允许浓度MATC的几何平均值；将GMCV由小到大排序，序号为N；采用累积概率0.05附近的4个数据计算FCV；感受性分布设定为对数三角分布。风险推定
10、o同时考虑暴露分布及感受性分布毒性评价和浓缩性评价-调查化学物质对水生生物的毒性影响的代表实验o毒性实验方法o不同物种和成长阶段的毒性值变化o试验时的水质和毒性o急性毒性和慢性毒性o多物质复合毒性o评价浓缩和蓄积的实验方法o脂溶性与浓缩性o浓缩性的影响因子o生物降解oMicrocosm微宇宙，Mesocosm中宇宙实验法毒性试验方法201藻类生长阻碍试验202水蚤急性游泳阻碍试验203鱼类急性毒性试验204鱼类延长毒性试验205鸟类食饵毒性试验206鸟类繁殖性试验207蚯蚓急性毒性试验208陆生植物生长试验209活性污泥呼吸阻碍试验210鱼类初期生活阶段毒性试验211水蚤繁殖试验212鱼胚仔鱼
11、期短期毒性试验213蜜蜂急性经口毒性试验214蜜蜂急性接触毒性试验215幼鱼生长毒性试验216土壤微生物：氮转化试验217土壤微生物：碳转化试验毒性试验方法o对于每一种试验方法，都给出了受试生物种、试验期间、试验浓度、生物密度、试验温度、试验条件、观察项目等具体规定。o例如，游泳阻碍试验，15秒不能游泳可视为游泳阻碍，求其半数游泳阻碍浓度；作为鱼类亚急性试验的延长毒性试验的评价指标，还要考虑异常游泳行为、对外部刺激的反应、外观变化、摄饵的低下和体重变化，等。不同物种和生长阶段的毒性值变化o以苯酚为例，149种以上的生物的LC50，最大值与最小值的比约为1500；同一纲的昆虫类，最大值与最小值的
12、比约为1000；鱼类为30。又如，有机磷杀虫剂，LC50感受性最高的蚊子与感受性最低的一种昆虫的比为100万。o以鱼类为例，从卵到胚的阶段感受性低，仔鱼到初期幼鱼阶段感受性高，之后，感受性没有太大变化。试验时的水质和毒性 根据化学物质的种类不同，水质条件的变化可能会对水生生物的毒性产生很大影响。o水温一般来讲，随着温度的上升毒性增强，被认为跟水生生物代谢机能随温度上升活性增大有关；对于DDT等特殊化学物质，毒性则随温度的上升而下降。opH值酸碱环境都会造成水生生物生存困难o硬度对金属的毒性影响较大，多数金属毒性随硬度的增高而降低。硬度对多数有机物毒性影响不大。o盐分一般来讲，金属离子的毒性随盐
13、分的上升而降低；有机物则既有上升的，又有下降的。急性毒性和慢性毒性 由急性毒性值可推出慢性毒性值，大多数的化学物质，48-96小时LC50与长期影响限界浓度的比为0.1-0.03多物质复合毒性o阴离子界面活性剂和铜离子共存时，相加以上的作用；非离子界面活性剂与铜离子共存时，相加以下的作用。o若干种有机磷农药对水蚤的游泳阻碍为相加作用。评价浓缩和蓄积的实验方法BCF的测定（与BAF的区别？）o生物中和水中化学物质达到平衡浓度时，实测二者的比o未达平衡状态，也可以由吸入试验和不含试验物质的水中的排出试验的吸收及排出速度常数确定脂溶性与浓缩性 疏水性(脂溶性)高的化学物质易在鱼体中浓缩富集。logB
14、CF=0.85logPow-0.70浓缩性的影响因子o暴露浓度 不变，线性增长，曲线增长。o分子大小分子断面最大直径为9.5以上的分子无法透过鱼鳃吸收。生物降解o化学物质在环境中可完全分解为水和二氧化碳等无机物质，叫做无机化。无机化的过程原来的毒性消失了，但有可能生成毒性和蓄积性更高的污染物，需注意。o主要分为包含多种生物的混合培养系试验和单一种的纯粹培养系试验。前者多用于污水处理场和环境水中的生物降解；后者主要用于特定化学物质的处理、分解生成物的确认及分解机构的解明。Microcosm微宇宙，Mesocosm中宇宙实验法o尽可能在实验室中模拟再现自然环境，或者将自然界的一部分，或者采集自然界
15、的植物群落，动物群落与土壤、底泥、水混合在试验室中构建系统，或者将单一分离的多种生物与底泥和水混合构建系统，来调查毒性，调查化学物质对生物群落的影响。o问题是试验的再现性。The Standardized Aquatic Microcosm has been the focus of a series of experiments that investigate the effects of three jet fuels over as long as 180 days duration.The 3 liter experimental units are filled with a me
16、dium that simulates freshwater and a sand sediment is employed.Sixteen organisms are inoculated in known amounts to form a simple ecological structure.The system is then dosed and followed for a minimum of 63 days.The organisms are counted and other measurements made twice a week.This method was ori
17、ginally developed by Frieda Taub at the University of Washington with modifications made by the Institute.We used these systems to examine the persistence and effects of Jet A,JP-4 and JP-8 on aquatic communities.The multivariate statistics used in the data analysis confirmed the persistence of effe
18、cts even after degradation of the fuel to non-detectable levels.These observations led to the formulation of the Community Conditioning Hypothesis.Standardized Aquatic Microcosm Conditioned Equidistant Outdoor Mesocosm(CEOM).This type of facility is designed to conduct more extensive experiments tha
19、n can be accomplished using laboratory based systems.Shown under construction,the CEOM consists of 24 experimental units that surround a central conditioning tank.The experimental units are arranged in groups of four around the central conditioning tank in a wheel and spoke manner.The migration path
20、s from the central conditioning tank to each experimental unit are equal.The CEOMs were developed by Wayne Landis,April Markiewicz,and Robin Matthews.Conditioned Equidistant Outdoor MesocosmThe individual units are covered in plastic to prevent the rains and wind from disturbing the mesocosm units.T
21、hese coverings were found to be particularly durable throughout the year.Reliably dosing systems of this size was an issue as mixing was often incomplete.The concentration in the water column was similar no matter the dose to the surface.Another issue was the small differences in microclimates withi
22、n the setting resulting in small temperature and illumination differences among the replicates.Mercury Study Report to CongressVolume VI:An Ecological Assessment for Anthropogenic Mercury Emissions in the United States问题：1 BCF与BAF的概念2-13、5-72 汞暴露对生物个体，种群，生物群落及生态系统的影响有哪些？3 为什么研究酸雨分布区域?怎样评价？4 如何选择评价终点？2-39、40、415 针对汞暴露的风险评价，既往研究都作了哪些工作？用了哪些方法？6 本报告书如何评价生态风险？选择甲基汞的原因?2-3