環(huán)境風(fēng)險評價及管理教材課件

1、環(huán)境風(fēng)險評價及管理環(huán)境風(fēng)險評價及管理生態(tài)風(fēng)險評價背景80年代初期，研究始于美國80年代后期，美國NRC(National Research Council)發(fā)起構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評價的概念框架1992年，美國環(huán)保廳發(fā)表了生態(tài)風(fēng)險評價framework的報告書自此以后，此研究領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。生態(tài)風(fēng)險評價背景80年代初期，研究始于美國生態(tài)風(fēng)險評價定義針對環(huán)境生物，預(yù)測不希望出現(xiàn)的事情發(fā)生的可能性的過程。評價終點(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)險評價定義針對環(huán)境生物，預(yù)測不希望出現(xiàn)的事情發(fā)生的可能生態(tài)風(fēng)險評價的步驟問題設(shè)定解析 暴露解析 stressor要素解析風(fēng)險推算和說明生態(tài)風(fēng)險評價的步驟問題設(shè)定生態(tài)學(xué)分級個體 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)分級個體 individual單體生物，作為生物可區(qū)問題設(shè)定評價終點由生態(tài)系中的研究對象及研究對象所具備的可測定或推定的特質(zhì)兩個要素構(gòu)成。另外，評價終點加上保護(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，蒼鷹的個體數(shù)的恢復(fù)。一般來講，生態(tài)風(fēng)險評價，多數(shù)場合考慮種群、生物群落、生態(tài)系統(tǒng)層次上的保護(hù)。但是，針對瀕危物種，要考慮易感個體的保護(hù)。問題設(shè)定評價終點問題設(shè)定評價終點的選定標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)學(xué)上的適宜性 其存在對于生態(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價終點，符合生態(tài)學(xué)上的適宜性原則。對stressor要素的感受性 同

4、一營養(yǎng)級的生物，stressor要素對多種生物有毒性影響，則選擇感受性高的生物種作為評價終點。與管理目標(biāo)的關(guān)聯(lián)性 例如，藻類本身的社會關(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，且對魚類等社會關(guān)心度較高的高營養(yǎng)級生物的保護(hù)有重要影響，因此，在很多國家，化學(xué)物質(zhì)審查時成為評價終點。問題設(shè)定評價終點的選定標(biāo)準(zhǔn)問題設(shè)定八個受到普遍關(guān)注的生態(tài)學(xué)研究對象湖泊，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所問題設(shè)定八個受到普遍關(guān)注的生態(tài)學(xué)研究對象問

5、題設(shè)定通常選定的生態(tài)學(xué)研究對象的特質(zhì)個體水平(瀕危種):個體的生存和繁殖成功種群水平:生物量(個體數(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:種群水平的瀕危種絕滅概率，推測存留時間問題設(shè)定通常選定的生態(tài)學(xué)研究對象的特質(zhì)概念模型概念模型解析計劃測定項目內(nèi)容例影響指標(biāo)(measures of effects 或measurement endpoint)推測Stressor因素的暴露導(dǎo)致的對評價終點的影響時所用的測定值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)對象生物指標(biāo)(measures of ecosystem and receptor charac

6、teristics)評價對象生物的舉動、影響棲息地的事象、生活史參數(shù)的測定值水溫、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，表達(dá)；stressor 因素暴露量的測定值污染物濃度、溶解氧濃度、營養(yǎng)鹽類濃度、水溫等解析計劃測定項目內(nèi)容例影響指標(biāo)(measures of ef風(fēng)險推算野外觀察研究 收集對象生物的影響數(shù)據(jù)和暴露數(shù)據(jù)，測定野外實際發(fā)生的生物學(xué)變化。其優(yōu)點是可以考慮同時發(fā)生的復(fù)數(shù)個stressor因素及復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，進(jìn)行綜合評價。缺

7、點是，同一條件的反復(fù)測定比較困難，生態(tài)學(xué)影響的檢出靈敏度較低。風(fēng)險推算野外觀察研究風(fēng)險推算暴露和影響的點推定的比較 Hazard比(HQ) = (預(yù)測)暴露濃度預(yù)測無影響濃度 而，預(yù)測無影響濃度= 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)，無影響濃度(NOEC)等。相應(yīng)的安全系數(shù)也不同。風(fēng)險推算暴露和影響的點推定的比較風(fēng)險推定暴露及影響分布的統(tǒng)計學(xué)解析毒性影響(感受性)考慮分布，暴露量采用點推定例，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)險推定暴露及影響分布的統(tǒng)計學(xué)解析風(fēng)險推定種的感受性分布 對于化學(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)計學(xué)分布，叫做種的感受性分布。 雖然不可能對生態(tài)系統(tǒng)中所有生物種進(jìn)行毒性試驗，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，個以上種；Netherlands，4個以上分類群；USEPA，8個指定科。風(fēng)險推定種的感受性分布風(fēng)險推定對于p%的生物種有害的濃度HCpHCp=(NOEC的幾何平均值)exp(Smk)Sm 無影響濃度NOEC的自然對數(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)險推定對于p%的生物種有害的濃度HCp環(huán)境風(fēng)險評價及管理教材課件風(fēng)險推定對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，序號為N；采用累積概率0.05附近的4個數(shù)據(jù)計算FCV；感受性分布設(shè)定為對數(shù)三角分布。風(fēng)險推定對95%的生物種不產(chǎn)生影響的濃度風(fēng)險推定同時考慮暴露分布及感受性分布風(fēng)險推定同時考慮暴露分布及感受性分布毒性評價和濃縮性評價-調(diào)查化學(xué)物質(zhì)對水生生物的毒性影響的代表實驗毒性實驗方法不同物種和成長階段的毒性值變化試驗時的水質(zhì)和毒性急性毒性和慢性毒性多物質(zhì)復(fù)合毒性評價濃縮和蓄積的實驗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中宇宙實驗法毒性評價和濃縮性評價-調(diào)查化學(xué)物質(zhì)對水生生物的毒性影響的代毒性試驗方法201藻類生長阻礙試驗202水蚤急性游泳阻礙試驗203魚類急性毒性試驗204魚類延長毒性試驗205鳥類食餌毒性試驗206鳥類繁殖性試驗207蚯蚓急性毒性試驗208陸生植物生長試驗209活性污泥呼吸阻礙試驗210魚類初期生活階段毒性試驗211水蚤繁殖試驗212魚胚仔魚期短期毒性試驗213蜜蜂急性經(jīng)口毒性試驗214蜜蜂急性接觸毒性試驗215幼魚生長毒性試驗216土壤微生物：氮轉(zhuǎn)化試驗217土壤微生物：碳轉(zhuǎn)化試驗毒性試驗方法201藻類生長阻礙試驗210魚類初期生活階段毒

12、性毒性試驗方法對于每一種試驗方法，都給出了受試生物種、試驗期間、試驗濃度、生物密度、試驗溫度、試驗條件、觀察項目等具體規(guī)定。例如，游泳阻礙試驗，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的延長毒性試驗的評價指標(biāo)，還要考慮異常游泳行為、對外部刺激的反應(yīng)、外觀變化、攝餌的低下和體重變化，等。毒性試驗方法對于每一種試驗方法，都給出了受試生物種、試驗期間不同物種和生長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。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。不同物種和生長階段的毒性值變化以苯酚為例，149種以上的生物試驗時的水質(zhì)和毒性 根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的種類不同，水質(zhì)條件的變化可能會對水生生物的毒性產(chǎn)生很大影響。水溫一般來講，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)境都會造成水生生物生存困難硬度對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。硬度對多數(shù)有機(jī)物毒性影響不大。鹽分一般來講，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。試驗時的水質(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LC50與長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，相加以上的作用；非離子界面活性劑與銅離子共存時，相加以下的作用。若干種有機(jī)磷農(nóng)藥對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，相加以上的作用評價濃縮和蓄積的實驗方法BCF的測定（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，實測二者的比未達(dá)平衡狀態(tài)，也可以由吸入試驗和不含試驗物質(zhì)的

15、水中的排出試驗的吸收及排出速度常數(shù)確定評價濃縮和蓄積的實驗方法BCF的測定（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，曲線增長。分子大小分子斷面最大直徑為9.5以上的分子無法透過魚鰓吸收。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機(jī)物質(zhì)，叫做無機(jī)化。無機(jī)化的過程原來的毒性消失了，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)系試驗和單一種的純粹培養(yǎng)系試驗。前

16、者多用于污水處理場和環(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機(jī)物質(zhì)，Microcosm微宇宙，Mesocosm中宇宙實驗法盡可能在實驗室中模擬再現(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，動物群落與土壤、底泥、水混合在試驗室中構(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)，來調(diào)查毒性，調(diào)查化學(xué)物質(zhì)對生物群落的影響。問題是試驗的再現(xiàn)性。Microcosm微宇宙，Mesocosm中宇宙實驗法盡可能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