我国生态风险评价研究

文章编号:1003-7578(2008)03-070-05

我国生态风险评价研究3

李谢辉1,李景宜1,2

(1.兰州大学资源与环境学院,兰州　730000;

2.陕西省宝鸡文理学院地理科学与环境工程系,宝鸡　721007)

　　提　要:我国的生态风险评价研究起步较晚,理论技术和应用研究薄弱,而且缺乏生态风

险管理。本文首先对生态风险评价的基本概念、内涵、通用理论框架做了介绍,然后在此基础

上,通过综合分析一些在水环境和自然灾害生态风险评价、重金属沉积物生态风险评价、区域

生态风险评价、农田系统与转基因作物、生物安全以及项目工程等方面的实例,对我国近年来

生态风险评价的现状和存在问题进行了讨论,并对今后的研究方向做了一些展望。

关键词:环境风险评价;理论框架;生态风险评价;风险管理

中图分类号:X171.1　　　　　　　文献标识码:A

80年代世界上发生了几起震惊于世的特大恶性环境污染事故,包括1984年印度博帕尔市农药厂异氰酸酯毒气大泄漏,1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故,以及1993年中国深圳市化学品仓库大爆炸等。这些事件大大刺激和推动了环境风险评价的研究和开展[1]。生态风险评价(Ecol ogical R isk A ssess2 ment,ERA)是环境风险评价的重要分支,是以化学、生态学、毒理学为理论基础,应用物理学、数学和计算机等科学技术,预测污染物对生态系统的有害影响[2]。1992年,美国国家环保局(USEP A)首先正式出台了《生态风险评价指南》。随后,其他国家,如加拿大、英国、澳大利亚、荷兰等国也在90年代中期提出并开展了生态风险评价的研究工作[3]。我国的生态风险评价研究起步较晚,目前还没有国家权威机构发布的诸如生态风险评价技术导则等文件。本文首先对生态风险评价的基本概念、内涵、通用理论框架和内容做了介绍,然后在此基础上通过对部分案例进行分析,对我国近年来生态风险评价的研究现状和存在问题进行了讨论,并对今后的研究方向进行了展望。

1生态风险的内涵

风险一般指遭受损失、损伤或毁坏的可能性,通常定义为在一定时期产生有害事件的概率与有害事件后果的乘积[4]。生态风险指一个种群、生态系统或整个景观的正常功能受外界胁迫,从而在目前和将来减少该系统内部某些要素或其本身的健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值的可能性。生态风险评价则是指在一个或多个胁迫因素影响后,对不利的生态后果出现的可能性进行评价的过程[5]。

生态风险分析属于生态学与风险数学相交叉的新兴边缘学科,也是现代生态学研究的一个前沿性问题[6]。不确定性和危害性是生态风险的两个根本属性。风险评价开始于20世纪80年代,经历了20世纪80年代以前的萌芽阶段、20世纪80年代的发展阶段—人体健康评价阶段、20世纪90年代的大发展阶段—生态风险评价阶段、20世纪90年代末～21世纪初的区域生态风险评价共四个阶段的发展[7]。一般地,生态风险评价主要包含危害评价、暴露评价、受体分析和风险表征四个部分。美国学者Barnthouse则将风险评价概括为以下步骤:选择终点、定性并定量地描述风险源、鉴别和描述环境效应、采用适宜的环境

3收稿日期:2007-1-24。

基金项目:国家自然科学基金项目(40501077);陕西省社会科学基金项目(06E016Z);陕西省教育厅自然科学基金项目(07JK179)和中国博士后科学基金项目(20070410811)资助。

作者简介:李谢辉(1977-),女,石河子人,博士研究生,主要从事资源环境遥感及生态风险管理研究。

E-mail:lixiehui325328@163.com

迁移模型评估生态风险暴露的模式、定量计算风险暴露水平与效应的相关性、以及综合以上得到的最终生

态风险评价结果[8]。

2生态风险评价的理论框架

20世纪90年代初,美国科学家Joshua L i p t on 等提出了被普遍接受的ERA 框架。美国国家环保局在1992年发表了生态风险评价工作框架(Fra me work f or ERA ,U.S .EP A,1992),1998年又公布了《生态风险

评价指南》(Guidelines f or ERA U.S .EP A ,1998),对1992年的工作框架进行了完善和补充。指南中提出了生态风险评价“三步走”,即:问题形成,分析和风险表征,同时还要求在正式的科学评价之前,首先要制定一个总体规划,以明确评价目的。目前,国内这方面的研究大都是基于美国EP A 在1998年公布的《生

态风险评价指南》的基础上进行发展的,其详细的框架(图1)[4,9]。

图1　美国生态风险评价流程(U.S .EP A,1998)Fig .1　The framework of ERA in American (U.S .EP A,1998)问题形成阶段是生态风险评价的第

一阶段,是整个评价的依托。它主要是建

立风险评价的目标,确定存在问题以及制

定一个分析数据和表征风险的计划。分

析阶段是数据的技术研究阶段,它归纳出

了生态暴露以及压力与生态效应的关系,

具体包括暴露表征和生态效应表征两个

基本内容。风险表征是生态风险评价的

最后阶段,它的目标是使用分析阶段的结

果,估计在问题形成阶段中分析计划里所

确认的评价终点究竟面临多少风险,并解

释风险评估,最后报告结果,它主要给出

明确的信息,供风险管理人员做出环境决

策[10]。

在生态风险评价问题形成阶段之前,

风险的评价者、管理者以及相关的当事人

会为了实现管理目标和评价目标的协调

一致,制定规划以及提供有助于评价工作

的可用资源。在风险表征阶段之后,风险

的评价者和管理者会进行正式的交流,一

般来说风险的管理者会把风险评价的结

果传递给有关的当事人。生态风险评价

和生态风险管理是截然不同的两种活动,

前者包括了对不利影响的可能性的评估,

而后者包括对特定风险反应过程的选择,

可以作为生态风险评价结果的补充。在

评价的三个阶段中,都伴随着数据的获取,迭代和监测。监测结果为评价提供了重要的输入项,通过在生态环境中确认生

态变化,它们能极大地促进评价的进程,同样也可以用于评估评价者做出的预测是否准确[11]。

3我国生态风险评价实例研究

以上生态风险评价和基础理论只是一个通用性框架,在实际风险评价工作中,这些原则和程序不是一成不变的。相反,由于生态系统的多样性和环境污染的复杂性,具体的风险评价类型是多种多样的,通用性的评价程序中有些步骤可以简化,有些要增加内容甚至要改变通用程序。

目前,国内外有关生态风险评价的研究正处在总结、完善的阶段,还有许多问题有待研究。从20世纪

・17・第3期李谢辉等　我国生态风险评价研究

90年代以来,我国学者在介绍和引入国外生态风险评价研究成果的同时,对水环境和自然灾害生态风险评价、重金属沉积物的生态风险评价、区域生态风险评价、农田系统与转基因作物、生物安全以及项目工程等领域的生态风险评价基础理论和技术方法进行了探讨。

殷浩文[12]提出水环境生态风险评价的程序基本可分为5部分:源分析、受体评价、暴露评价、危害评

价和风险表征。这也是目前国际上生态风险评价研究最集中、成果最丰富的领域。其中,危害评价是水环境生态风险评价的核心,重点是建立污染物浓度与生物效应之间的关联,目前常用的研究方法包括急性毒

性试验、慢性毒性试验、全废水监测、群落及系统毒性试验等。李辉霞等[13]根据生态风险评价原理,结合

太湖流域的自然特点,提出成因分析法的指标模型,并通过分析太湖流域八个大中城市的汛期降雨量和地形地貌因子,得出洪涝灾害生态风险的影响度和各个城市洪涝灾害的生态风险度。

陈峰等[14]为了了解煤矸石堆放对周围土壤重金属污染的危害程度,通过对矸石山周围土壤采样,采

用Hakans on 潜在生态风险指数法对土壤重金属污染进行了潜在生态风险评价,并得出总的潜在生态风险

程度为轻微,单个元素Pb 的污染程度很强,Cd 是最主要潜在生态风险因子的结论。王胜强等[15]采用单

因子指数法和Hakans on 生态风险指数法,通过分析海河5个断面沉积物中典型重金属污染物Cu 、Pb 、Zn 、Cd 、Cr 的含量,定量确定了海河沉积物中重金属的污染程度和潜在生态风险。

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小的过程。许学工和付在毅[16]在研究区域生态风险评价时指出,环境中对生

态系统具有危害作用并具有不确定的因素不仅仅是污染物,还包括各种自然灾害和人为事故,如洪水、风暴、地震、滑坡、火灾和核泄漏等,这些灾害性事件也是生态系统的风险源,而且将影响到较高层次和较大尺度的生态系统。因此将区域生态风险评价的方法步骤概括为:研究区的界定与分析、受体分析、风险源分析、暴露与危害分析以及风险综合评价等几个部分,并将此方法成功应用于辽河和黄河三角洲湿地区域

生态风险评价的研究中[17,18]。

张学林等[19]提出了区域农业景观生态风险评价的初步构想,提出了区域农业景观生态风险评价框架

和方法,即:确定生态风险评价区域尺度—风险识别—剂量—效益关系评价—暴露评价—风险表征。魏伟

等[20]对转B t 基因棉花的生态风险评价进行了研究。外来植物入侵已成为严重威胁生态系统健康发展的

全球性问题,对外来植物进行生态风险评价可有效地防御和降低入侵风险。马晔等[21]基于生态风险评价

理论,通过对外来植物入侵特性和过程的分析,探讨了外来植物入侵生态风险的评价方法。

另外,李自珍等[6,22]通过建立数学模型,对河西地区土地盐渍化作出风险评价,对该地区石羊河流域

水资源管理做出风险决策分析;并就单个风险源给出了一种实用的风险评价方法—盐渍化土壤的盐渍风

险评价数学模型,还将灰色系统理论应用于风险评价,构建了实用的生态风险评价模型。臧淑英等[23]以

大庆市为研究区域,根据其土地利用结构特征,构造了综合性生态风险指数,同时利用空间分析方法对生态风险指数进行了变量空间化。通过对生态风险指数采样结果进行半变异函数分析和空间插值,编制了

大庆市生态风险程度分布图,以分析解释研究区的生态风险空间分布特征和形成机理。孙心亮等[24]通过

研究城市生态风险的内涵与动因,建立了生态风险评价的数学模型,并利用该模型从不同角度计算出河西走廊7个城市的生态环境风险强度。

通过以上的实例分析可以看出,我国生态风险评价研究经历了从环境风险到生态风险到区域生态风险评价的发展历程,风险源由单一风险源扩展到多风险源,风险受体由单一受体发展到多受体,评价范围由局地扩展到区域景观水平。从生态风险评价的目的来看,其方法可分为优先权,建立标准和指南,为管理进行风险评价3类;从评价的准确程度来看,可以分为定性和定量两类。定性的评价方法包括综合定性

法、专家打分法、公众打分法、半定量法打分、定性分级法等因子权重法[25],其风险表征主要是对风险进行

定性描述,用“高”、“中”、“低”表达,或说明有无不可接受的风险或说明风险是否可以接受;定量的评价方法要对风险表征给出不利影响的概率,多采用商值法、连续法、外推误差法、错误树法、层次分析法和系

统不确定法等[2]。另外,还有定性和定量结合的等级动态评价法(HP DP )和生态等级风险评价法(PE 2

TER ),目前主要针对区域尺度进行风险评价[26,27]。

由于我国的生态风险评价研究还处于起步阶段,理论技术研究薄弱,缺乏生态风险管理。现行的环境管理中对污染物的生态风险控制还没有具体、可操作的规定,生态风险评价在建设项目环境保护管理中的应用也很少。以上实例中的大多数研究都只涉及生态风险中的一部分,如暴露分析和效应分析。在生态风险表征中,大多都没有表征,只是进行了评价,而且评价多采用定性方法。我们知道,不确定性存在

・27・干　旱　区　资　源　与　环　境第22卷

于风险评价的整个过程中,在风险源的识别、风险可能性的判断上,各种外推(如物种间外推、不同等级生物组织间外推、由实验室向野外情况外推、由高剂量向低剂量外推等)中都存在不确定性。以上研究论文中,大多都没有进行不确定性分析,从而降低了评价结果的准确性。对风险受体的研究,也主要集中在生物个体和种群水平,对较高层次如群落和生态系统水平的风险评价研究,包括生态系统水平的评价终点的选择、生态效应定量评价方法的研究较少。在理论研究方面,我国生态风险评价的模型应用较少,而且单一,在引入国外模型的过程中,由于模型的使用条件和前提不同,在本地化时,对评价指标和参数缺少较多的修改和验证。

4展望

生态风险评价经历了十几年的发展,评价范围已经扩展到景观和区域尺度,评价内容也更加全面,多风险因子(化学污染、生态事件、人类活动等),多风险受体、多评价端点已经成为风险评价的一个特点。综上所述,通过认识目前我国生态风险评价的研究现状,为使评价结果更准确地反映实际情况,今后我国的相关学者们需要在以下一些方面进行更深入的研究:

(1)评价终点选择趋向群落和生态系统水平。这种变化可能使终点更复杂和难以解释,但在生态学上更真实,它反映了群落之间相互作用和生物与环境相互作用的复杂性。

(2)加强不确定性评价,并通过实验方法的改进和对生态系统的深入认识,发展各种外推理论,建立合适的外推模型,逐步减少不确定性。

(3)由于生态风险评价技术是一门综合性的应用技术,它需要采用各种模型,如生物效应模型、迁移转化模型、暴露分析模型等。要综合利用数学、系统学和计算机技术(如模糊数学理论、灰色系统理论和GI S 技术)等科学技术,建立群落、生态系统水平上的风险评价预测模型。另外,各种模型的使用条件和前提必须明确,并加以验证。

(4)评价方法中要多采用定量方法,而且对评价标准的建立要全面,可以考虑通过制定相对标准和绝对评价标准来实现。

(5)生态风险管理(Ecol ogical R isk Manage ment,ERM )是依据ERA 的结果,结合其它标准来制定防止或减少环境危害的措施。ERM 是ERA 的最终目的,而ERA 为ER M 提供了理论依据。因此,以后要加强ERM 的研究,使ERA 能够真正的为环境管理决策服务,尽快建立适合我国生态环境的ERA 标准方法和技术指南,以及科学的生态风险决策管理法律和法规。

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Study on Ecolog i ca l R isk Assess m en t i n Ch i n a

L I Xie -hui 1,L I J ing -yi 1,2

(1.College of Res ource and Envir onment,Lanzhou University,Lanzhou 　730000;

2.Depart m ent of Geographical Science and Envir onmental Engineering,Baoji College of A rts and Sciences,Baoji 　721007,China )

Abstract

Research of Ecol ogical R isk A ssess ment (ERA )began late in China,resulting in the weakness in relevant theoretical technol ogy and app lied study,as well as the lack of exp l oring regulati on of Ecol ogical R isk Manage 2ment (ERM ).I n this paper,basic concep ts,meaning and general fra me work of ERA are intr oduced at first,then status quo and existing p r oble m s of ERA in China are discussed .Some exa mp les involving ERA in water en 2vir on ment,natural disasters,heavy metal sedi m ents,regi on,far m land syste m ,genetically modified cr op s,bi o -safety and p r ojects etc are analyzed .I n additi on,s ome p r os pects are put f or ward t o research directi ons of ERA in future .

Key words:Envir on mental risk assess ment;theoretical fra me work;ERA;risk manage ment ・47・干　旱　区　资　源　与　环　境第22卷