水生态风险评估方法探讨

水生态风险评估方法探讨娄保锋;陈洁【摘要】水生态风险评估可以为水环境和水生态保护决策提供服务，其技术问题和实践越来越引起高度关注。我国的生态风险评估工作尚处于起步阶段，如何开展评估尚缺乏具有操作性的技术指南，因而使从业人员无章可循。鉴于此，阐述了水生态风险评估的相关概念，并结合实践需要探讨了评估区域的划分、生态受体和评估终端的选择、暴露和效应分析、基于概率的风险分析等方面的技术问题，以期为该领域的技术人员开展此项工作提供参考。%Thewaterecologyriskevaluationcanhelpdecision-makingofwaterenvironmentandwaterecologyprotection,anditstechnicalproblemandpracticearouseconcerns.InChina,theecologyriskevaluationisatapreliminarystage,andthereisnofeasibletechnicalguidanceforthepractitionerstofollow.Therefore,therelativeconceptsinwaterecologyriskevaluationisdemonstrated,andthedivisionofevaluationarea,selectionofecologicalreceptorsandevaluationterminal,analysisofexposureandeffect,riskanalysisonthebasisofprobabilityarediscussedbyconsiderationofpractice.【期刊名称】《人民长江》【年(卷)，期】2014(000)018【总页数】4页(P1-4)【关键词】水生态;风险评估;生态受体;暴露分析;效应分析【作者】娄保锋;陈洁【作者单位】长江流域水资源保护局长江流域水环境监测中心，湖北武汉430010;长江流域水资源保护局长江流域水环境监测中心，湖北武汉430010【正文语种】中文［中图分类】X52近年来，生态环境问题倍受社会广泛关注。在新修订的《环境保护法》中将生态保护红线写入法律，在更高、更严格的层面上为保护和改善环境，防治污染和其他环境公害，保障公众健康，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展提供了法律保护。保障生态环境的安全是《环境保护法》的根本目的，是我国经济社会可持续发展的战略需求。而生态风险评估是为生态环境保护决策提供技术支撑的一种有效手段，是近年来新兴的一个研究热点。在健康风险评价和生态风险评价（两者都属于环境风险评价）方面，以美国为代表的发达国家起步较早，理念和技术较为先进。而我国在这方面基本上还处于起步阶段，已有的相关文献也是以介绍水生态风险评估概念为主，在研究深度和技术手段方面非常有限［1-3］。有鉴于此，本文拟对水环境生态风险评估的有关知识和技术手段进行探讨，以期为开展水生态风险评估项目及从事相关工作的人员提供参考。1国内外研究概况1•1国外美国的生态风险评估是在人体健康风险评价的基础上发展起来的。1990年，USEPA风险评价专题组正式提出生态风险评价的概念；1992年，USEPA颁布了生态风险评估框架［4］;1998年，USEPA正式颁布了《生态风险评估指南》［5］,提出了生态风险评估的程序，主要包括问题形成、暴露和效应分析、风险表征等（图1）。欧盟在生态风险评估方面和美国有所区别，其工作的开展是在新化学物质环境影响评估的基础上发展起来的，侧重于根据化学品的生产量、进入环境的量、所纳入环境的具体情况（如水量大小）等来评估其在环境介质中的浓度及危害。澳大利亚的生态风险评估侧重于化学污染物和重金属对土壤的影响，并在1999年建立了比较完备的土壤生态风险评估指南［6］。加拿大、新西兰等国家的生态风险评估基本上和美国一致，其工作的开展基本上按照美国的《生态风险评估指南》，并在此基础上结合本国国情，对具体操作程序和方法进行了适当调整［7］。近年来，生态风险评估从单一化学污染物、单一受体发展到多风险源、多受体，并开始关注各种人类活动对区域甚至流域所产生的影响。1.2国内我国关于生态风险评估的研究起步较晚，至今国家相关部门尚未发布关于生态风险评估的技术导则等技术文件。自1990年代以来，我国学者陆续开始介绍引入美国等国家生态风险评估的概念和方法。我国在化学物质对水生态环境的风险评估，及区域和景观生态风险评估方面开展相对较多。在水生态环境的风险评估方面，主要研究有毒有机污染物、重金属等物质的生态效应，如张路等研究了有机氯农药和多环芳烃的蓄积性及其生态风险［8］,赵肖等研究了滴滴涕对太湖经济鱼类的危害风险［9］,王胜强等研究了海河沉积物中重金属的潜在风险［10］。2生态风险评估流程美国在推动生态风险评估发展的过程中起了很大作用，1992年USEPA对生态风险评估进行了定义［4］,即生态风险评估（EcologicalRiskAssessment,ERA）是在不确定性的事件（如环境污染）或灾害的胁迫下生态系统及其组分可能产生或正在发生的不利效应可能性的评估过程（USEPA,1992），也即受到一个或多个胁迫因素影响后，对不利的生态后果可能性所进行的评估。《生态风险评估指南》提出生态风险评估主要包括3个步骤（见图1）:问题形成(Problemformulation).暴露和效应分析(Analysisphase)、风险表征(Riskcharacterization)。图1水生态风险评估流程问题形成。包括确定风险评估的目标和区域范围、风险源的识别、生态风险评估方案的制定等。需要考虑的内容有区域的环境管理目标、生态环境所存在的问题、压力源、效应，相关的科学技术问题(如评估终端和评估模型)及评价目的。在这个阶段需要完成的具体任务是评估终端的选择、概念模型的确定、分析方案(或技术路线)的制定。暴露和效应分析。压力的暴露情况、压力-效应关系是生态风险评估的主要部分，包括暴露评估和效应评估。暴露评估即分析压力在环境中的存在状况，如水生态风险评估中，当压力指有毒有害化学污染物时，暴露评估即指水体中有毒有害污染物的浓度和分布。效应分析指一种压力或多重压力下生态受体的变化和响应。风险表征。对暴露于各种胁迫下的不利生态效应的综合判断和表征风险评估结果、包括假定、不确定性、分析过程的优点和局限性、证据支撑等。风险表征有定性和定量两种形式，定性的风险表征是否存在不可接受的风险及风险性质;定量的风险表征不仅回答是否存在不可接受的风险及风险性质，还需定量分析风险的大小。3水生态风险评估有关技术问题3.1生态风险评估相关术语生态风险。是在不确定性的事件(如环境污染)或灾害的胁迫下生态系统及其组分可能产生或正在发生的不利效应，具有不确定性、危害性、客观性、动态性等特征。压力。可以引起不利效应的任何物理的、化学的、生物的实体。可以考虑一种压力，也可考虑多种压力。生态受体。是指可能受到危害的对象，也称风险承受者，可以是一个生态系统，也可以是其中的一个组分;可以是生物体，也可以是非生物体。评估终端。是生态系统或其组分的属，性，一般选择在外界压力下易遭受损害的指标，强调可测度性。如生物个体死亡率、繁殖力受损程度、组织病理学异常、种群水平的物种数量、群落水平的物种丰度等。暴露分析(评估)。调查分析各风险源在评估区域中的分布、流动及其与风险受体之间的接触暴露关系。如，受体和干扰之间的暴露途径、强度、时空范围，干扰源、暴露发生的可能性等。3.2评估区域的划分在生态风险评估中，区域的划分非常重要，一般是把区域分成若干个适当的单元，评估每个单元的生态风险，然后对整个区域进行综合评价，如一个区域的平均效应或单元的效应分布。3.3生态受体和评估终端的选择生态受体和评估终端两者联系密切，又有所区别，其选择对生态风险评估的结果和客观性至关重要。生态受体可以是生物体的组织、器官，也可以是种群、群落、生态系统等不同层次的生态实体。由于生态环境中可能受到压力源影响或危害的受体种类很多，不同生态受体对压力的反应又往往不同，不可能对每种生物或生态受体都进行分析或评估，因而需要有针对性地进行选择，其基本原则是选择一种或几种典型的具有代表性的受体，根据其受影响或危害的情况即可了解整个生态系统所承受的风险。而评估终端是通过生态受体来实现的，生态受体是评估终端的载体。评估终端最重要的特征是可测度性，这样才能使生态风险评估具有可操作性。评估终端选取还需考虑的原则有生态相关性、敏感性和管理目标。常用的评估终端如:生物个体死亡率、繁殖能力的损害、种群水平的物种数量、群落水平的物种丰度等。3.4暴露分析暴露分析是指风险源与风险受体之间存在或潜在存在的接触或共生关系，水生态风险评估中最受关注的一种暴露分析是水体中污染物在环境中的浓度，时空分布特征。不仅要关注上覆水体中的污染物，而且需关注沉积物中、生物体组织中的污染物，因为这些介质都会与生物受体接触，都属于从源到受体过程的一个环节。暴露分析分为监测和模型两个手段。前者即通过实地采样，来分析环境介质中的污染物种类和浓度，后者通过选择合适的模型，来模拟污染物在地表水体中的迁移、转化和归宿。3.5效应分析效应分析包括危害评价，如生物水平上的个体病变、死亡，种群水平上的种群密度、生物量、年龄结构的变化，群落水平上物种丰度的减少，生态系统水平上的物质流和能量流的变化。效应分析的一个重要方面是压力-响应关系，如果压力是有毒有害物质，则压力-响应关系就是有毒有害物质对生物的毒性效应，剂量（或浓度）-效应关系是生态风险评估的重要组成部分。剂量（浓度）-效应关系的获取有毒性试验和模型法两种方式。毒理学试验已经有较为成熟的方法，在这方面的成果也已经非常丰富。但对于数量巨大的化学物质，受物力、人力、财力的限制，不可能对每一种化学物质都进行毒性试验，因而基于化学结构和毒性的相关关系，用定量的结构-活性关系模型（QSAR）来描述毒性效应也受到人们的重视［11］。对水环境中的生态风险评估而言，浓度-效应关系曲线、LC50（半致死浓度）、LOAEC（可观测到不利效应的最低浓度）、NOAEC（没有观测到不利效应的最高浓度）、水质基准等都是浓度-效应关系的表现形式，采取哪种方式需根据实际情况而定。当存在多重压力时，压力-响应关系的分析具有一定难度，可首先对单一压力建立压力-响应关系，然后再进行组合。3.6风险表征和风险分析风险表征是生态风险评估的结果描述，指各种压力下不利生态效应的综合表征。风险表征的前期是风险评估，风险评估是将暴露情况和效应数据整合并评估不利生态效应可能性的过程。风险表征的表达方式有定性和定量两种。定性的风险表征即说明是否存在不可接受的风险及风险性质。定量的风险表征在定性的基础上还需说明风险的大小。风险的定量分析需要建立暴露与效应之间的定量关系。这种定量关系的获得需要以大量的试验、监测和复杂的模型计算。由于整个过程的各个环节都存在一定程度的不确定性，因而对不确定性的定量化分析也是生态风险评估的一个关键技术问题。风险表征的基本方法有商值法、概率密度函数重叠面积法、联合概率分布曲线法等。商值法是使用最多、最简单的风险表征方法，其过程是首先确定污染物浓度标准限值，取水环境中污染物浓度与标准限值的商值，再根据商值大小及相应的标准来评估风险大小。概率密度函数重叠面积法是将暴露浓度和毒性数据的概率密度曲线置于同一坐标下，两条曲线的重叠面积部分即反映了生态风险的概率。以毒性数据的累积概率为横坐标，以污染物暴露浓度的反累积概率为纵坐标，可以得到该污染物的联合概率分布曲线，曲线上的某个点表示X%的生物物种受到危害的概率为y%。4结语水生态风险评估是应对水生态风险、保障水质安全和生态安全的需要，可为生态风险管理、水生态环境保护决策提供重要依据。水生态风险评估的关键是在实践中如何就某些关键问题化繁为简，使水生态风险评估过程既有可操作性，又能使评估结果具有客观性、有效性，真正能为水生态环境管理和保护决策提供依据。本文在评价区域的划分、生态受体和评估终端的选择、暴露和效应分析、风险分析等方面的关键问题所进行的探讨可为水生态风险评估的开展提供有益参考。参考文献：[1]赵钟楠，张天柱.基于生态系统水平的河流风险评价[J].中国环境科学，2013,33(3),516-523.[2]王晓峰.生态风险评价及研究进展[J].环境研究与监测，2012,25(3),61-63.[3]聂新艳，王文杰，秦建新，等.规划环评中区域生态风险评价框架研究[J].环境工程技术学报，2012,2(2),154-161.[4]USEPAFrameworkforecologicalriskassessment.EPA/630/R-92/001[S].Washington,DC:RiskAssessmentForum,U.S.EPA,1992.[5]USEPAGuidelinesforecologicalriskassessment.EPA/630/R-95/002Fa[S].Washington,DC,U.S.EPA,1998.[6]Austr