環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理教材課件

1、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)背景80年代初期，研究始于美國(guó)80年代后期，美國(guó)NRC(National Research Council)發(fā)起構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念框架1992年，美國(guó)環(huán)保廳發(fā)表了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)framework的報(bào)告書自此以后，此研究領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)背景80年代初期，研究始于美國(guó)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定義針對(duì)環(huán)境生物，預(yù)測(cè)不希望出現(xiàn)的事情發(fā)生的可能性的過程。評(píng)價(jià)終點(diǎn)(endpoint)不希望出現(xiàn)事情的具體內(nèi)容Stressor導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的事情發(fā)生的要素。如，化學(xué)物質(zhì)、物理要素(建筑物建造、土地開發(fā)等)、生物要素(外來(lái)種、病毒等)、氣象學(xué)要素(有害紫外線的

2、增加、溫度上升)等。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定義針對(duì)環(huán)境生物，預(yù)測(cè)不希望出現(xiàn)的事情發(fā)生的可能生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的步驟問題設(shè)定解析 暴露解析 stressor要素解析風(fēng)險(xiǎn)推算和說(shuō)明生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的步驟問題設(shè)定生態(tài)學(xué)分級(jí)個(gè)體 individual單體生物，作為生物可區(qū)分的最小單位種群 population占有一定空間的同種個(gè)體的集合生物群落 communities在某一區(qū)域混合存在的不同種類生物的集合。生態(tài)系統(tǒng)的生物部分。生態(tài)系統(tǒng) ecosystems在某一地域生存的所有生物和非生物環(huán)境的總和。例如，森林，湖沼。景觀 landscape氣候、植生、土地利用、物質(zhì)循環(huán)、生物等相互影響的關(guān)系體中，自然和人類雙方的作用形成

3、的系統(tǒng)。生態(tài)學(xué)分級(jí)個(gè)體 individual單體生物，作為生物可區(qū)問題設(shè)定評(píng)價(jià)終點(diǎn)由生態(tài)系中的研究對(duì)象及研究對(duì)象所具備的可測(cè)定或推定的特質(zhì)兩個(gè)要素構(gòu)成。另外，評(píng)價(jià)終點(diǎn)加上保護(hù)、維持、恢復(fù)等字眼、或以增減的方向、具體的數(shù)字等修飾，來(lái)表現(xiàn)所期望的環(huán)境狀態(tài)，就成為環(huán)境管理的目標(biāo)。比如，蒼鷹的個(gè)體數(shù)的恢復(fù)。一般來(lái)講，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，多數(shù)場(chǎng)合考慮種群、生物群落、生態(tài)系統(tǒng)層次上的保護(hù)。但是，針對(duì)瀕危物種，要考慮易感個(gè)體的保護(hù)。問題設(shè)定評(píng)價(jià)終點(diǎn)問題設(shè)定評(píng)價(jià)終點(diǎn)的選定標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)學(xué)上的適宜性 其存在對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能和構(gòu)造具有較大影響的生物種作為評(píng)價(jià)終點(diǎn)，符合生態(tài)學(xué)上的適宜性原則。對(duì)stressor要素的感受性 同

4、一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物，stressor要素對(duì)多種生物有毒性影響，則選擇感受性高的生物種作為評(píng)價(jià)終點(diǎn)。與管理目標(biāo)的關(guān)聯(lián)性 例如，藻類本身的社會(huì)關(guān)心度雖不高，但它是一次生產(chǎn)，在生態(tài)學(xué)上具有重要作用，且對(duì)魚類等社會(huì)關(guān)心度較高的高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的保護(hù)有重要影響，因此，在很多國(guó)家，化學(xué)物質(zhì)審查時(shí)成為評(píng)價(jià)終點(diǎn)。問題設(shè)定評(píng)價(jià)終點(diǎn)的選定標(biāo)準(zhǔn)問題設(shè)定八個(gè)受到普遍關(guān)注的生態(tài)學(xué)研究對(duì)象湖泊，河流，河口的水系生物群落固有種的地域群體及其棲息地具有嚴(yán)重有害性結(jié)果的生態(tài)事件(比如，鳥和魚類的大量死亡)重要的生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)能和服務(wù)濕地需要緊急特別保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)瀕危種及其棲息地其他特別重要的場(chǎng)所問題設(shè)定八個(gè)受到普遍關(guān)注的生態(tài)學(xué)研究對(duì)象問

5、題設(shè)定通常選定的生態(tài)學(xué)研究對(duì)象的特質(zhì)個(gè)體水平(瀕危種):個(gè)體的生存和繁殖成功種群水平:生物量(個(gè)體數(shù))和生物生產(chǎn)量生物群落水平:種的多樣性及量最近的研究熱點(diǎn):種群水平的瀕危種絕滅概率，推測(cè)存留時(shí)間問題設(shè)定通常選定的生態(tài)學(xué)研究對(duì)象的特質(zhì)概念模型概念模型解析計(jì)劃測(cè)定項(xiàng)目?jī)?nèi)容例影響指標(biāo)(measures of effects 或measurement endpoint)推測(cè)Stressor因素的暴露導(dǎo)致的對(duì)評(píng)價(jià)終點(diǎn)的影響時(shí)所用的測(cè)定值Stressor因素下的致死率、繁殖率、生存率、產(chǎn)卵率、孵化數(shù)等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)象生物指標(biāo)(measures of ecosystem and receptor charac

6、teristics)評(píng)價(jià)對(duì)象生物的舉動(dòng)、影響棲息地的事象、生活史參數(shù)的測(cè)定值水溫、水流速、物理障礙物的狀態(tài)、餌的分布與量；不存在stressor因素時(shí)的致死率、繁殖率、生存率、產(chǎn)卵率、孵化數(shù)等暴露指標(biāo)(measures of exposure)Stressor因素的存在、移動(dòng)，表達(dá)；stressor 因素暴露量的測(cè)定值污染物濃度、溶解氧濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽類濃度、水溫等解析計(jì)劃測(cè)定項(xiàng)目?jī)?nèi)容例影響指標(biāo)(measures of ef風(fēng)險(xiǎn)推算野外觀察研究 收集對(duì)象生物的影響數(shù)據(jù)和暴露數(shù)據(jù)，測(cè)定野外實(shí)際發(fā)生的生物學(xué)變化。其優(yōu)點(diǎn)是可以考慮同時(shí)發(fā)生的復(fù)數(shù)個(gè)stressor因素及復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。缺

7、點(diǎn)是，同一條件的反復(fù)測(cè)定比較困難，生態(tài)學(xué)影響的檢出靈敏度較低。風(fēng)險(xiǎn)推算野外觀察研究風(fēng)險(xiǎn)推算暴露和影響的點(diǎn)推定的比較 Hazard比(HQ) = (預(yù)測(cè))暴露濃度預(yù)測(cè)無(wú)影響濃度 而，預(yù)測(cè)無(wú)影響濃度= 基準(zhǔn)毒性值/安全系數(shù) 基準(zhǔn)毒性值可以是半致死濃度(LC50)，無(wú)影響濃度(NOEC)等。相應(yīng)的安全系數(shù)也不同。風(fēng)險(xiǎn)推算暴露和影響的點(diǎn)推定的比較風(fēng)險(xiǎn)推定暴露及影響分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)解析毒性影響(感受性)考慮分布，暴露量采用點(diǎn)推定例，OECD，Guidance Document for Aquatic Effects Assessment，1995. RIVM，Environmental Risk Limit

8、s in The Netherlands, 1999. U.S.EPA，Guidelines for deriving numerical national water quality criteria for the production of aquatic organisms and their uses，1985毒性影響(感受性)及暴露量均考慮分布例，Solomon, K.R. et al. Ecological risk assessment of atrazine in north American surface waters. Environ. Toxicol. Chem.,

9、15:31-76風(fēng)險(xiǎn)推定暴露及影響分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)解析風(fēng)險(xiǎn)推定種的感受性分布 對(duì)于化學(xué)物質(zhì)等stressor因素的感受性，因生物種的不同而不同。感受性種間差異的統(tǒng)計(jì)學(xué)分布，叫做種的感受性分布。 雖然不可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中所有生物種進(jìn)行毒性試驗(yàn)，但需若干生物種的毒性數(shù)據(jù)，才可推導(dǎo)出可信度較高的感受性分布。OECD，個(gè)以上種；Netherlands，4個(gè)以上分類群；USEPA，8個(gè)指定科。風(fēng)險(xiǎn)推定種的感受性分布風(fēng)險(xiǎn)推定對(duì)于p%的生物種有害的濃度HCpHCp=(NOEC的幾何平均值)exp(Smk)Sm 無(wú)影響濃度NOEC的自然對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差；k 毒性數(shù)據(jù)數(shù)m、p值、NOEC分布及HCp置信區(qū)間所確定的常數(shù)。

10、表7.4風(fēng)險(xiǎn)推定對(duì)于p%的生物種有害的濃度HCp環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理教材課件風(fēng)險(xiǎn)推定對(duì)95%的生物種不產(chǎn)生影響的濃度 GMCV為同屬生物最高允許濃度MATC的幾何平均值；將GMCV由小到大排序，序號(hào)為N；采用累積概率0.05附近的4個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算FCV；感受性分布設(shè)定為對(duì)數(shù)三角分布。風(fēng)險(xiǎn)推定對(duì)95%的生物種不產(chǎn)生影響的濃度風(fēng)險(xiǎn)推定同時(shí)考慮暴露分布及感受性分布風(fēng)險(xiǎn)推定同時(shí)考慮暴露分布及感受性分布毒性評(píng)價(jià)和濃縮性評(píng)價(jià)-調(diào)查化學(xué)物質(zhì)對(duì)水生生物的毒性影響的代表實(shí)驗(yàn)毒性實(shí)驗(yàn)方法不同物種和成長(zhǎng)階段的毒性值變化試驗(yàn)時(shí)的水質(zhì)和毒性急性毒性和慢性毒性多物質(zhì)復(fù)合毒性評(píng)價(jià)濃縮和蓄積的實(shí)驗(yàn)方法脂溶性與濃縮性濃縮性的影響因子

11、生物降解Microcosm微宇宙，Mesocosm中宇宙實(shí)驗(yàn)法毒性評(píng)價(jià)和濃縮性評(píng)價(jià)-調(diào)查化學(xué)物質(zhì)對(duì)水生生物的毒性影響的代毒性試驗(yàn)方法201藻類生長(zhǎng)阻礙試驗(yàn)202水蚤急性游泳阻礙試驗(yàn)203魚類急性毒性試驗(yàn)204魚類延長(zhǎng)毒性試驗(yàn)205鳥類食餌毒性試驗(yàn)206鳥類繁殖性試驗(yàn)207蚯蚓急性毒性試驗(yàn)208陸生植物生長(zhǎng)試驗(yàn)209活性污泥呼吸阻礙試驗(yàn)210魚類初期生活階段毒性試驗(yàn)211水蚤繁殖試驗(yàn)212魚胚仔魚期短期毒性試驗(yàn)213蜜蜂急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)214蜜蜂急性接觸毒性試驗(yàn)215幼魚生長(zhǎng)毒性試驗(yàn)216土壤微生物：氮轉(zhuǎn)化試驗(yàn)217土壤微生物：碳轉(zhuǎn)化試驗(yàn)毒性試驗(yàn)方法201藻類生長(zhǎng)阻礙試驗(yàn)210魚類初期生活階段毒

12、性毒性試驗(yàn)方法對(duì)于每一種試驗(yàn)方法，都給出了受試生物種、試驗(yàn)期間、試驗(yàn)濃度、生物密度、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)條件、觀察項(xiàng)目等具體規(guī)定。例如，游泳阻礙試驗(yàn)，15秒不能游泳可視為游泳阻礙，求其半數(shù)游泳阻礙濃度；作為魚類亞急性試驗(yàn)的延長(zhǎng)毒性試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，還要考慮異常游泳行為、對(duì)外部刺激的反應(yīng)、外觀變化、攝餌的低下和體重變化，等。毒性試驗(yàn)方法對(duì)于每一種試驗(yàn)方法，都給出了受試生物種、試驗(yàn)期間不同物種和生長(zhǎng)階段的毒性值變化以苯酚為例，149種以上的生物的LC50，最大值與最小值的比約為1500；同一綱的昆蟲類，最大值與最小值的比約為1000；魚類為30。又如，有機(jī)磷殺蟲劑，LC50感受性最高的蚊子與感受性最低的一

13、種昆蟲的比為100萬(wàn)。以魚類為例，從卵到胚的階段感受性低，仔魚到初期幼魚階段感受性高，之后，感受性沒有太大變化。不同物種和生長(zhǎng)階段的毒性值變化以苯酚為例，149種以上的生物試驗(yàn)時(shí)的水質(zhì)和毒性 根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的種類不同，水質(zhì)條件的變化可能會(huì)對(duì)水生生物的毒性產(chǎn)生很大影響。水溫一般來(lái)講，隨著溫度的上升毒性增強(qiáng)，被認(rèn)為跟水生生物代謝機(jī)能隨溫度上升活性增大有關(guān)；對(duì)于DDT等特殊化學(xué)物質(zhì)，毒性則隨溫度的上升而下降。pH值酸堿環(huán)境都會(huì)造成水生生物生存困難硬度對(duì)金屬的毒性影響較大，多數(shù)金屬毒性隨硬度的增高而降低。硬度對(duì)多數(shù)有機(jī)物毒性影響不大。鹽分一般來(lái)講，金屬離子的毒性隨鹽分的上升而降低；有機(jī)物則既有上升的，又

14、有下降的。試驗(yàn)時(shí)的水質(zhì)和毒性 根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的種類不同，水質(zhì)急性毒性和慢性毒性 由急性毒性值可推出慢性毒性值，大多數(shù)的化學(xué)物質(zhì)，48-96小時(shí)LC50與長(zhǎng)期影響限界濃度的比為0.1-0.03急性毒性和慢性毒性 由急性毒性值可推出慢性毒性值多物質(zhì)復(fù)合毒性陰離子界面活性劑和銅離子共存時(shí)，相加以上的作用；非離子界面活性劑與銅離子共存時(shí)，相加以下的作用。若干種有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)水蚤的游泳阻礙為相加作用。多物質(zhì)復(fù)合毒性陰離子界面活性劑和銅離子共存時(shí)，相加以上的作用評(píng)價(jià)濃縮和蓄積的實(shí)驗(yàn)方法BCF的測(cè)定（與BAF的區(qū)別？）生物中和水中化學(xué)物質(zhì)達(dá)到平衡濃度時(shí)，實(shí)測(cè)二者的比未達(dá)平衡狀態(tài)，也可以由吸入試驗(yàn)和不含試驗(yàn)物質(zhì)的

15、水中的排出試驗(yàn)的吸收及排出速度常數(shù)確定評(píng)價(jià)濃縮和蓄積的實(shí)驗(yàn)方法BCF的測(cè)定（與BAF的區(qū)別？）脂溶性與濃縮性 疏水性(脂溶性)高的化學(xué)物質(zhì)易在魚體中濃縮富集。 logBCF=0.85logPow-0.70脂溶性與濃縮性 疏水性(脂溶性)高的化學(xué)物質(zhì)易在濃縮性的影響因子暴露濃度 不變，線性增長(zhǎng)，曲線增長(zhǎng)。分子大小分子斷面最大直徑為9.5以上的分子無(wú)法透過魚鰓吸收。濃縮性的影響因子暴露濃度生物降解化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中可完全分解為水和二氧化碳等無(wú)機(jī)物質(zhì)，叫做無(wú)機(jī)化。無(wú)機(jī)化的過程原來(lái)的毒性消失了，但有可能生成毒性和蓄積性更高的污染物，需注意。主要分為包含多種生物的混合培養(yǎng)系試驗(yàn)和單一種的純粹培養(yǎng)系試驗(yàn)。前

16、者多用于污水處理場(chǎng)和環(huán)境水中的生物降解；后者主要用于特定化學(xué)物質(zhì)的處理、分解生成物的確認(rèn)及分解機(jī)構(gòu)的解明。生物降解化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中可完全分解為水和二氧化碳等無(wú)機(jī)物質(zhì)，Microcosm微宇宙，Mesocosm中宇宙實(shí)驗(yàn)法盡可能在實(shí)驗(yàn)室中模擬再現(xiàn)自然環(huán)境，或者將自然界的一部分，或者采集自然界的植物群落，動(dòng)物群落與土壤、底泥、水混合在試驗(yàn)室中構(gòu)建系統(tǒng)，或者將單一分離的多種生物與底泥和水混合構(gòu)建系統(tǒng)，來(lái)調(diào)查毒性，調(diào)查化學(xué)物質(zhì)對(duì)生物群落的影響。問題是試驗(yàn)的再現(xiàn)性。Microcosm微宇宙，Mesocosm中宇宙實(shí)驗(yàn)法盡可能The Standardized Aquatic Microcosm has b

17、een 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 medium that simulates freshwater and a sand sediment is employed. Sixteen organisms are inoculated in known amounts to form a s

18、imple 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 originally developed by Frieda Taub at the University of Washington with modifications made by the Institute.We used these s

19、ystems 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 effects even after degradation of the fuel to non-detectable levels. These observations led to the formulation of the Commu

20、nity Conditioning Hypothesis.Standardized Aquatic Microcosm Standardized Aquatic MicrocosmConditioned Equidistant Outdoor Mesocosm (CEOM). This type of facility is designed to conduct more extensive experiments than can be accomplished using laboratory based systems. Shown under construction, the CE

21、OM 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 paths from the central conditioning tank to each experimental unit are equal. The CEOM

22、s 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. These 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 w