10章-污染生态风险评价

1第十章污染生态风险评价2生态风险评价是生态毒理学的前沿领域之一，是一个预测人类活动对不同水平的生态系统产生有害影响可能性的过程。美国EPA(1992)定义为：生态风险评价是研究一种或多种压力形成或可能形成的不利生态效应的可能性的过程。它应用数学、计算机等技术手段，结合生态毒理学等多学科研究结果，预测污染物对生态系统的有害影响。3第一节环境污染与生态风险一、环境激素与其他化学品污染问题1.环境激素最近几年，环境激素问题开始引起世界关注，西方国家将其与臭氧层破坏及温室效应相提并论。环境激素的污染范围广、影响大，直接威胁人类和动物的生存、生长和发育。关于环境激素的影响不断有新的发现和报道，特别是针对于某种生物，但是很少有对其进行综合的生态风险评价。4引发生态风险的重要源头是化学品的环境危害。化学品广泛应用于工业、农业和人们生活中，而其中被研究的只有几百种，仅局限于致畸、致癌方面，有关内分泌、代谢和遗传的方面不多。在人们日常所接触的大量化学品中，如抗氧化剂、洗涤剂、塑料制品等，它们含有环境激素，对生物体内的正常激素功能产生影响。2.化学品5生态风险就是生态系统及其组分所承受的风险。是指在一定区域内，具有不确定性的事故或灾害对生态系统及其组分可能产生的作用。这些作用的结果可能导致生态系统结构和功能的损伤，从而危及生态系统的安全和健康。二、生态风险及其特点6生态风险除了具有一般意义上“风险”的涵义外，还具有如下特点：不确定性；危害性；内在价值性；客观性。7第二节风险评价的生态毒理学基础一、概述生态风险评价是一门多学科交叉的知识与技术，它包括环境化学、生物学和生态毒理学。其目的是使用有效的毒理学与生态学信息，估计有害的生态事件发生的可能性。生态风险评价不仅仅局限于对化学物质影响的评价，还包括其他内容。目前有关化学品的生态风险评价工作占主要地位。8化学品生态风险评价的过程实际上就是对毒性试验结果以及环境污染状况的比较和解释。某种化学物质在环境中要产生危害，必须具备两个条件：①它本身具有对生物产生伤害的性质，也就是属于“有毒”或“有害”的特性；②它在环境中的量必须达到一定水平，而且与生物发生接触并被吸收，而导致生物的不良效应。二、毒理学数据的作用9图1.化学品对水生生物生态风险评价决策树污染源排放利用模型预测化学品水环境暴露浓度（EEC）进行鱼（f）、浮游动物（c）、藻类（a）的毒性试验，获得LC50或EC50研究长期毒性风险指数（Q）=EEC/LC50(EC50)Q(f,c)0.1,Q(a)0.3Q(f,c)≤0.001,Q(a)≤0.0030.001Q(f,c)≤0.1,0.003Q(a)≤0.3高风险低风险计算t时间后的环境暴露浓度EEC（0，t）进行慢性毒理实验，观测不可见效应浓度（NOEC）计算Q=EEC(0,t)/NOECQ0.1Q≤0.0010.001Q≤0.001高风险低风险中等风险10第三节生态风险评价及其程序一、生态风险评价的发展史生态风险评价是近十几年逐渐兴起并得到发展的一个研究新领域。在20世纪70年代，各工业化国家的环境管理政策是“零风险”的环境管理。在进入80年代后，产生了风险管理。风险管理观念着重权衡风险级别与减少风险的成本，着重解决风险级别与一般社会所能接受的风险之间的关系。生态风险评价为风险管理提供科学依据和技术支持，因而得到了迅速发展。11（1）环境影响评价环境影响评价(environmentalimpactassessment，EIA)是对某项人类活动将来所可能产生的环境影响(环境质量变化)进行的预测和评估。目的：为全面规划、合理布局、防治污染和其他公害提供科学依据。目前在进行项目开发或工程建设时，都要求进行环境影响评价。(一)环境影响评价与环境风险评价12环境风险评价，是对某建设项目或区域开发行为诱发的灾害以及自然灾害，对人体健康、经济发展、工程设施、生态系统等可能带来的损失进行识别、度量和管理。这些灾害具有一个重要的特点—不确定性。环境风险评价就是要对这些具有不确定性的灾害事件可能造成的环境后果，及可能给人类造成的损失进行度量和评价。根据环境风险评价中的风险承受者(即风险受体)的不同，可以分为对人的健康风险评价(healthriskassessment)和对生态系统的生态风险评价(ecologicalriskassessment)。（2）环境风险评价13生态风险评价(ecologicalriskassessment，ERA)是评价所有人类活动对生态系统可能带来的影响，它主要研究各种灾害(包括环境污染)对生态系统及其组分的可能影响。这一研究从关注人类本身扩展到生态系统，对环境整治、自然保护和生物多样性保护等都具有重要意义。(二)生态风险评价14二、生态风险评价的程序受体分析建立评价目标（终点），确定存在问题危害分析即接触-效应分析，就是根据危害识别确定的主要有害物质、评价受体、评价终点，研究在不同暴露水平下，受体影响或暴露的危害效应暴露分析暴露分析主要包括两方面的内容：一方面是分析进入环境的有害物质的迁移转化过程，以及在不同环境介质中的分布和归趋；另一方面是受体的暴露途径、暴露方式和暴露量风险表征风险表征是危害分析和暴露分析的综合，它表示有毒有害化学品对生物个体、种群、群落或生态系统是否存在不利影响(危害)，以及这种不利影响(危害)出现的可能性判断和大小的表达风险管理综合其他标准（经济、法律和社会的），制定防止或减少环境危害的措施图2生态风险评价程序图15(一)问题的提出(受体分析)ERA要考虑个体、种群、群落和生态系统等若干层次的不良效应。ERA的关键问题是确定要保护的目标和对象，即评价终点。ERA的终点分为评价终点和度量终点。16评价终点是环境价值，指要保护的对象及ERA的目标或焦点。评价终点的样本包括濒危物种的保护(如大熊猫、白鳍豚)、有经济价值的资源保护(如各类渔场)，或水质(特别是饮用水水源)的保护。在选择评价终点时，Suter建议遵循以下标准：①社会重要意义；②生物重要意义；③意义明确的可操作性定义；④预测和度量的可评价性；⑤危险的可疑性。17度量终点是生态学效应的表征过程中实际用到的终点。在某些情况下，评价和度量终点可能是相同的。如果评价终点是某一濒危物种，那么，度量它们可能是不切实际的，因此可选取与这个物种密切相关或相似的物种作为替代种和度量终点。Suter推荐下列条件作为终点的标准：①可预测性和响应；②易度量；③适当的干扰尺度；④适当的接触途径；⑤适当的短暂动态；⑥较低的自然变异；⑦所度量效应的表征；⑧可广泛的应用；⑨标准的度量；⑩包括现存的数据。18接触-效应分析，是根据危害识别确定的主要有害物质、评价受体、评价终点，研究在不同的暴露水平下，受体响应或暴露的危害效应。有许多评价危害的度量方法，首先进行的往往是对死亡影响的实验，主要是通过急性毒性实验。单个种的测定并不能用于评价生态系统的影响，因此要选择适当的替代种，鉴别出直接和间接的影响，再通过外推方法进行进一步的评价。选择的替代种应是自然界存在物种的代表，替代种的选择首先考虑的是这些种易于培养、敏感、容易获得，并且有现成的数据库。(二)危害分析(接触-效应分析、危害评价、生态危险)191)资料调研，调查、收集与所研究内容有关的暴露剂量-效应方面的资料。2)方案设计，根据评价终点设计实验方案。3)进行实验。4)结果分析，要求提供与某种可接受的生态效应相应的有害物质的剂量或浓度阈值，或提供剂量-效应、浓度-效应、时间-剂量-效应、或时间-浓度-效应等关系。5)外推分析，有三种不同性质的外推：一种是根据同类有害物质已有的实验资料和已建立的外推关系；一种是把实验室分析建立的关系外推到自然环境或生态系统中；还有一种是由一类终点的分析结果外推到另一类终点。接触-效应分析的主要程序包括：20暴露分析主要包括两方面的内容：一方面是分析进入环境的有害物质的迁移转化过程，以及在不同环境介质中的分布和归趋；另一方面是受体的暴露途径、暴露方式和暴露量。最主要的信息是受体接触量的大小、时间选择和持续时间。对于还没有释放到环境中的物质，用模型模拟方法进行预测。对环境中已存在的物质，用环境分析方法进行监测，理想的方法是模拟和监测结合起来。(三)暴露分析211)有害物质生态过程分析。了解化学物质在环境中的迁移、转化和归宿的主要过程和机制。2)建立模型。首先，选择或建立模拟有害物质在环境中的转归过程的数学模型或其他物理模型，并确定模型参数的种类和估算方法；其次，借助计算机研究模型方程的计算方法；最后，校验模型，选择独立于模型参数估算使用过的资料和其他实例资料进行验证。3)转归分析。利用计算机数学模型和污染源强资料，分析有害物质在环境中的转归过程和时空分布结果。4)暴露分析。包括暴露途径分析、暴露方式分析和暴露量计算。暴露分析包括以下几个步骤：22风险表征是危害分析和暴露分析的综合，它表示有毒有害化学物质对生物个体、种群、群落或生态系统是否存在不利影响(危害)和这种不利影响(危害)出现的可能性判断和大小的表达。1．风险表征内容确定表征方法：根据评价项目的性质、目的和要求，确定风险表征的方法。综合分析：主要比较暴露与剂量-效应、浓度-效应关系，分析暴露量相应的生态效应，即风险的大小。不确定性分析：分析整个评价过程中产生不确定性的环节，不确定性的性质及其在评价过程中的传播，如有可能，对不确定性的大小进行定量的评价。风险评价结果描述：对评价进行文字、图表的陈述。(四)风险表征23风险表征的方法分为定性风险表征和定量风险表征两种。定性风险表征要回答的问题是有无不可接受的风险，以及风险属于什么性质，便于管理和决策者做出进一步的决定，一般不需要复杂的数学模型。定量风险表征不但有无不可接受的风险及风险的性质，而且要从定量角度给出风险值的大小。2．风险表征方法24定性的风险表征只是定性地描述风险，用“高”、“中”、“低”等描述性语言表达，或者说明有无不可接受的风险。主要方法:专家判断法风险分级法敏感环境距离法比较评价法(1)定性风险表征25定量风险表征要给出不利影响的概率，它是受体暴露于有害环境，造成不利后果的可能性的度量。常用不利事件出现的后果的数学期望值来估算，风险(R)等于事件出现的概率(P)和事件后果或严重性(S)的乘积：R=P×S。在实际评价时，常用的方法有商值法、连续法、外推误差法、错误树法、层次分析法和系统不确定性分析等。其中，最普遍、最广泛应用的风险表征方法为商值法。(2)定量风险表征26第四节生态风险评价的发展一、生态风险评价展望美国环保局1996年制定出生态风险评估准则，指出了ERA的研究方向从传统的人类健康风险评估扩展到包括气候变化、生物多样性丧失、多种化学品对生物影响的风险评估。现在，ERA的研究重点主要放在生态系统对环境干扰的敏感性上。分子生态学能从本质上说明生物在自然界的变化，今后必将在生态风险评估研究中发挥重要作用。航空遥感、卫星数据和GIS等技术的应用，为生态风险评价提供了更为科学和精确的手段。27生态风险评价的未来发展方向将主要集中在以下几个方面：1)评价终点的选择取向群落和生态系统水平。这种评价终点更复杂，但是在生态学上更真实，因为它反映了群落之间、生物与环境之间相互作用的复杂性。2)生物物种的选择集中于濒危和较敏感物种。3)模拟生态系统的毒性试验是野外群落毒性试验和单种室内毒性试验的过渡，模拟生态系统的空间尺度、生物数量、多样性和物理控制是需要解决的问题。284)各种模型被用于生态风险研究，生物效应模型与迁移、转化模型和暴露模型的衔接。污染毒性效应预测模型有很大的发展，尤其是在数据的获取和验证方面。5)系统的弹性(恢复能力)和耐受性是污染影响评价的合适指标。6)如何减少不确定性因素，加强对群落生态系统水平风险预测模型(包括模拟模型和数值模型)的研究和改进。29区域生态风险评价是在区域尺度上描述和评估环境污染、人为活动或自然灾害对生态系统及其组分产生不利作用的可能性和大