湖泊生态修复基准环境的制定:古生态学面临的机遇

全球范围内的湖泊生态环境均出现了不同程度的退化,对其进行生态修复的最终目的,就是要将受损的生态系统尽量恢复到人类干扰前或接近人类干扰前的生态状况,即基准环境.湖泊生态系统是长期演化的产物,其形成及演化机制必须从历史的视角加以考察,因此基于湖泊沉积物的古生态学技术在制定基准环境方面有着独特的优势.本文从基准环境的定义、建立的常用方法、基本特征和典型应用几个方面介绍了古生态学手段在湖泊生态修复中的应用,提出中国今后利用古生态学手段在水环境治理工作的应用前景.

江汉湖群基准环境与现代环境中的摇蚊属种组合变化

了解湖泊生态系统基准环境和历史演变规律是进行湖泊生态环境保护和管理的关键.本文研究江汉湖群32个浅水湖泊现代环境和基准环境下的摇蚊组合特征,分析摇蚊组合变化的趋势和影响因素,并探讨了江汉湖群生态和营养参考值.研究发现Paratanytarsus penicillatus-type、Microchironomus tener-type、Cricotopus sylvestris-type、Polypedilum nubifertype、Dicrotendipes nervosus-type、Procladius等为基准环境下的摇蚊优势种.现代环境中Chironomus plumosus-type、Microchironomus tabarui-type、Procladius、Tanypus、Propsilocerus akamusi-type等富营养种明显增多.摇蚊组合CONISS聚类分析结果表明,32个湖泊主要分为3类,其中21个湖泊(第Ⅰ、Ⅱ类)的摇蚊属种与基准环境相比发生了显著变化,主要原因是流域营养盐输入和水生植被的破坏.本研究介绍了摇蚊古生态研究在重建湖泊基准环境方面的应用,并为湖泊管理和生态修复提供参考数据.

基于生态安全的我国土壤镉环境基准研究

土壤镉(Cd)污染的生态安全问题不容忽视,我国目前尚缺乏基于生态风险的土壤Cd环境基准。本研究通过调研国内外关于土壤Cd的生态毒性研究,收集并筛选基于我国土壤的Cd毒性效应数据,采用物种敏感性分布法并结合Cd的生态毒性预测模型,推导不同用地方式下的土壤全量和EDTA提取态Cd生态安全环境基准。共收集与筛选出包含13个物种或生态过程的126个土壤Cd生态毒性数据,其中陆生植物毒性数据60个(6个物种)、无脊椎动物毒性数据39个(3个物种)、生态过程毒性数据27个(4种指标)。土壤Cd生态毒性预测模型研究结果表明,土壤pH是影响Cd生态毒性的最重要因子。自然保护地和农业用地、公园用地、住宅用地、商服及工业用地不同土壤pH值范围的土壤全量Cd生态安全基准分别为1.91~5.25、3.94~11.1、7.59~22.0和10.5~30.8 mg·kg^(-1),基于EDTA提取态Cd的生态安全基准分别为1.13~3.12、2.34~6.62、4.51~13.1和6.24~18.4 mg·kg^(-1)。研究结果可为我国土壤污染风险管控标准的制修订提供依据。

土壤环境基准的科学问题与研究方法:以Cd为例

土壤环境基准是土壤环境质量标准制定的科学依据和基础。环境基准是土壤环境保护研究的前沿领域,涉及土壤环境化学、环境毒理学、生物学和风险评估等多学科交叉与基础性科学问题,了解和解决其所涉及的这些科学问题,是土壤环境基准研究的前提。本文针对土壤环境基准研究中影响重金属毒性阈值的非生物因子、生物因子、剂量效应关系测定中等几个关键科学问题进行了阐述,包括土壤老化因子与淋洗因子的矫正,低剂量刺激效应拟合及毒性数据归一化方法等,最后以农田土壤Cd为例,推导出不同性质土壤中Cd环境基准(HC_(5))及其与土壤性质的连续性分布曲线方程(LogHC_(5)=0.132pH+0.083OC+0.008CEC-1.448),以期为农田土壤环境指标基准的研究提供参考与借鉴。

美国场地土壤筛选值研究及其对中国土壤环境基准研究的启示

土壤环境基准是土壤环境标准和土壤环境保护的基础。美国是世界上最早关注污染场地保护并开展土壤污染风险管控的国家之一,并形成了较为完善的体系,但我国在这方面还处于起步阶段。为此,本文以美国为例,综述其在土壤筛选值(SSLs)方面的研究,通过分析美国在土壤污染防治方面的法律法规和技术规范,系统梳理美国在SSLs方面的研究成果,从直接摄入、皮肤吸收、摄入污染地下水、吸入室外挥发物与颗粒物和蒸汽侵入5个方面阐述美国基于人体健康风险的SSLs制定的理论方法。在此基础上,为我国土壤环境基准研究提出了几点建议:进一步加强我国土壤环境基准研究工作,立足我国国情开展土壤环境基准研究,加强本土化参数研究和土壤环境基准研究规范化,以及协同开展土壤地下水环境基准研究,以期为我国土壤环境基准研究与制定提供参考。

基于文献数据的PAHs生态安全土壤环境基准研究

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)具有致癌、致畸、致突变等“三致”效应,其造成的土壤污染问题受到世界各国的强烈关注。然而我国基于生态安全的土壤风险筛选值和管控标准仍未确立,致使当前土壤生态安全风险评估仍无据可依。通过系统调研国内外土壤中PAHs的生态毒性研究结果,针对16种优先控制PAHs,筛选获得248组毒性数据(Effect concentration10,EC10和No observed effect concentration,NOEC),并利用物种敏感性分布法推导出不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准。不同用地方式下各PAH的生态安全土壤环境基准分别为1.00~10.60 mg·kg^(–1)(自然保护地和农用地)、1.03~25.44 mg·kg^(–1)(公园用地)、1.12~51.00 mg·kg^(–1)(住宅用地)、1.20~68.41 mg·kg^(–1)(商服及工业用地)。该研究结果可为我国土壤生态安全环境质量标准的制定和PAHs污染土壤的生态风险评估提供数据支撑和方法指导。

基于地下水安全的六价铬土壤环境基准值推导案例

重金属污染物六价铬[Cr(Ⅵ)]毒性较大,迁移性强,对地下水安全带来很大威胁,现行相关土壤标准多忽视了地下水安全,亟需制定基于地下水安全的Cr(Ⅵ)土壤环境基准值为污染场地监管提供支撑。调研借鉴国外制定基于地下水安全的污染物环境基准值的方法,以浙江黏壤土、江苏壤质砂土和吉林壤质黏土为研究对象,进行室内静态吸附试验,获得3种土壤的Cr(Ⅵ)分配系数。土壤参数及含水层相关参数通过查阅调研国内文献获得,采用美国环境保护署在土壤筛选指南中提出的土壤筛选值(soil screening level,SSL)方法,基于《地下水质量标准》(GBT 14848-2017)反推得到基于地下水安全的土壤环境基准值。研究结果表明:基于地下水安全的Cr(Ⅵ)土壤环境基准值分别为0.944,0.690,0.514 mg/kg,研究结果与国外以保护地下水安全为目的的基准值较为接近,但各研究地区土壤性质的差异使得基准值有所差别。因此各地监管机构在完善土壤环境质量评价体系时应当构建各地土壤及含水层参数数据库,为本地区土壤污染治理提供参考。研究结果可为我国各地区推导基于地下水安全的重金属土壤环境基准值提供科学依据。

基于生态风险的土壤短链氯化石蜡环境基准研究

短链氯化石蜡(Short Chain Chlorinated Paraffins,SCCPs)是一种持久性有机污染物,广泛应用于电缆、人造革等工业生产中,具有很强的生物毒性,并可以通过多种途径进入土壤环境,威胁着土壤生态环境安全。针对新污染物之一的SCCPs,已经有相关研究做出了基于淡水环境的基准,而目前关于SCCPs的土壤生态环境基准和风险的研究仍旧缺乏。鉴于此,本研究分别采用物种敏感度分布法和分配系数法推导了土壤中SCCPs的生态环境基准阈值,并对我国典型土壤中的生态风险进行了评价。结果表明:采用物种敏感度分布法得出土壤的无效应浓度为71.46mg/kg;采用分配系数法得到土壤的无效应浓度为10.1mg/kg。经过与相关研究对比,最终选择利用分配系数法得到的基准值作为SCCPs的土壤生态环境基准值。由于物种选择和研究方法的差异性等,本研究获得的SCCPs土壤生态环境基准与其他国家存在一定差异。另外,运用风险商值法对土壤中的SCCPs环境风险进行评价,结果表明,目前我国主要地区的不同土壤类型中SCCPs的HQ值为7.23×10^(-5)~0.5017,为低风险。本研究的结果可为土壤SCCPs环境质量标准的制定与环境风险管理提供参考依据。

我国土壤环境基准受试无脊椎动物筛选研究

为筛选土壤环境基准受试土壤无脊椎动物,依据其生态学意义、地理分布范围等选出具有代表性的本土土壤无脊椎动物,从公开发表的文献、ECOTOX等权威数据库中搜集其毒性数据,采用物种敏感度分布法对土壤无脊椎动物的物种毒性数据进行敏感性分析。结果表明:环节动物门正蚓科的爱胜蚓属(赤子爱胜蚓、安德爱胜蚓)、正蚓属(陆正蚓、粉正蚓)、异唇蚓属(背暗异唇蚓)、带丝蚓科的带丝蚓属(夹杂带丝蚓)、钜蚓科的环毛蚓属(威廉环毛蚓)、线蚓科的白线蚓属(球肾白线蚓、白线蚓)可作为土壤环节动物类基准受试生物;节肢动物门长角科的长角属(白符■、跳虫、曲毛裸长■)、等节科的等节属(小原等节■)、洼甲螨科的平懒甲螨属(盾平懒甲螨)可作为土壤节肢动物类基准受试生物;软体动物门玛瑙螺科的玛瑙螺属(非洲大蜗牛)可作为土壤软体动物类基准受试生物;线虫动物门小杆线虫科的广杆线虫属(秀丽隐杆线虫)、异皮线虫科的根结线虫属(南方根结线虫)可作为土壤线虫动物类基准受试生物。根据毒性数据筛选获得17种土壤无脊椎动物分属4门、15科,可以作为土壤环境基准受试生物。

中国湖泊水环境基准的研究进展

中国湖泊污染形势严峻、生态健康效应复杂,亟需适合中国区域特点的水环境基准作为加强污染控制、治理和管理的理论依据,但目前我国湖泊水环境基准的系统研究尚未开展.本文从水环境基准的意义、概念、研究历史、现状和发展趋势等几个方面对中国湖泊水环境基准研究进行了剖析回顾和展望:首先阐述了开展区域性水环境基准研究的迫切性和科学意义,揭示了"科学确定基准"的内涵;然后详细回顾了国内外湖泊水环境基准的研究历史、现状及存在的关键问题,提出了湖泊水环境基准的"三性"原则(科学性、基础性和区域性),指出环境暴露、效应识别和风险评估是基准研究的三个关键环节;最后提出中国湖泊水环境基准的研究方向和发展趋势.本文强调:阐明中国水环境的演变规律和特征,需要开展水环境污染过程和生态毒理效应研究;建立具有我国区域特点的湖泊水环境基准理论、技术和方法体系是面向国际科学前沿和解决中国环境管理重大科技需求的重要任务,它既可推动中国毒理学、生物学、生态学及环境与生物地球化学等学科的发展,又可为湖泊流域的环境管理和污染防治提供技术支撑,整体提升我国环境保护科学研究的水平和国际地位.

基于生态风险的铅(Pb)土壤环境基准研究

环境基准是指环境介质中的有毒有害物质对特定受体不产生不良或有害效应的临界限值。环境基准是制修订环境标准的科学依据。通过文献调研筛选获得土壤Pb的生态毒性数据,采用物种敏感性分布法对所获生态毒理数据进行建模分析。基于95%物种保护水平,外推得到基于生态风险的Pb的土壤环境基准值为80.5 mg·kg^(-1)。与其他国家和地区类似土壤环境基准值相比,笔者研究得到的外推基准处于中等偏保守水平。研究结果可为制订保护陆生生态物种的Pb土壤环境标准值提供科学依据。

我国土壤环境基准研究与展望

土壤环境基准的研究,对于环境保护和食品安全具有极为重要的战略意义。为了推动我国今后在国家层面上开展土壤环境基准的系统研究,本文还对土壤环境基准的概念和内涵进行了阐述和辨析,并首次提出了分类开展土壤环境基准的设想并进行尝试性分类。在此基础上,对我国土壤环境基准研究现状和动态进行了概述,提出了今后本领域的研究方向、路线和重点。

国内外基于保护地下水的土壤环境基准的推导与比较

通过对20个国家和地区的土壤环境基准体系的调研发现,多数国家和地区在制定本地土壤环境基准时都考虑了污染物通过淋溶作用进入地下水的暴露途径,但只有少数几个国家专门制定了基于保护地下水的土壤环境基准。对这些国家土壤环境基准中的指标种类、数量及限值进行了比较。从计算模型、假设条件、参数选择以及保护目标等4个方面,总结分析了不同国家推导基于保护地下水的土壤环境基准的关键技术和影响因素。探讨了进一步丰富与完善我国制定基于保护地下水的土壤环境基准的方法与策略,并指出了当前我国在土壤环境基准的研究与实践工作中所面临的困难与挑战。

土壤环境基准/标准研究需要解决的基础性问题

土壤环境基准/标准研究是一个复杂的系统工程,涉及到多方面的基础性问题。了解和解决其所涉及的这些基础性问题,是土壤环境基准/标准是否科学准确并在国家层面上能否全面应用的前提。本文从土壤环境基准/标准研究相关的概念及其内涵、基础方法标准化、生物受体的选择和变量归一化4大方面阐述了土壤环境基准/标准研究需要解决的基础性问题,从而为全面系统地开展此项研究工作提供思想、理论、方法和技术等依据。具体来说,包括"环境质量"、"土壤环境质量"、"土壤质量"、"土壤污染"、"污染土壤"、"土壤环境质量基准"、"污染土壤修复基准"等诸多相关概念,采样、前处理、分析步骤和测试方法等的统一与标准化,敏感种与优势种等生物受体的正确选择,以及涉及到总量与有效态或提取态、复合污染与交互作用的情况、土壤本身的一些影响因素(土壤类型、有机质、粘粒、pH、Eh和CEC等)、土壤外部的一些影响因素(地理区域、温度、水分或湿度、施肥或农业措施等)诸多变量的基础数据的归一化处理。最后,结合这些基础性问题,对土壤环境基准/标准的研究进行了展望。

我国土壤环境基准优先污染物的筛选及清单研究

基于国内外已有优先污染物的筛选方法,综合分析国内外相关污染物名录及文献资料,建立了我国土壤环境基准优先污染物的筛选程序、原则,筛选了我国土壤环境基准优先污染物清单.结果表明,本文筛选出的土壤环境基准优先污染物依次为滴滴涕、镉、苯并[a]芘、铅、多氯联苯、砷、铬、汞,建议我国未来土壤环境基准值的制定以优先污染物为基础,综合考虑土壤环境基准保护对象、社会发展需求及科技发展水平的影响,有针对性地展开研究工作.

北部湾涠洲岛原油污染物的海水环境质量基准研究

选择9种我国本土海洋生物对北部湾涠洲岛原油污染物的急性生物毒性进行测试,并基于测试获得的毒性数据,利用美国水生生物基准推算方法,对该原油污染物的海水环境基准阈值进行推导,结果表明:原油样品对卤虫、褶皱臂尾轮虫、太平洋纺锤水蚤、中国对虾、三疣梭子蟹、彩虹明樱蛤、牙鲆、半滑舌鳎、青岛大扁藻的LC50(或EC50)分别为10.28,2.37,4.88,0.31,0.81,65.88,19.02,9.10,0.23mg/L;涠洲岛原油污染物的急性和慢性海水质量基准阈值分别为0.06,0.012mg/L.研究结果可为我国海上溢油事故损害评估提供科学依据.

油田化学驱用部分水解聚丙烯酰胺环境基准值研究

为明确油田化学驱用聚合物是否会对矿区生态环境产生影响,依据国际构建环境基准所需最低毒性数据和实验选种准则,引入部分水解聚丙烯酰胺为环境本底引物,筛选出具有大港油田矿区特征的三门八科全覆盖的环境生物毒理受试物种,开展受试物种毒性实验,构建环境基准理论数值模型。结果表明,受试物种的环境生物急/慢性毒理值比为9.98,利用物种敏感度分布曲线法推导在用聚合物(部分水解聚丙烯酰胺)对矿区急/慢性环境基准值分别为672.93、7.43 mg/L时,其急/慢性环境基准值具有很高的安全边际承受浓度,大规模应用不会对油田矿区造成较大的环境安全风险。

中国环境基准理论与方法学研究进展及主要科学问题

环境基准是指环境介质中的环境要素对特定保护对象不产生不良或有害效应的最大限值,是环境标准制修订的科学依据。环境基准理论与方法学一直是国际环境科学和环境保护科学研究领域的前沿,也是国家环境管理的重大科技需求。本文在总结国际和我国环境基准研究成果的基础上,较为系统地阐述了环境基准的基本概况、理论方法学及重要进展。同时,结合学科特点和环境基准科技需求,综合分析了与环境基准理论方法学密切相关的系列关键科学问题。

生态环境行政处罚裁量基准制度的适用与完善

在现代行政法治建设当中,行政自由裁量权在行政执法实践当中发挥了极其重要的作用,在我国绝大多数的行政行为当中,都存在着行政裁量基准的影子。但是聚焦到“环境”领域,对生态环境行政处罚裁量基准制度的研究仍然不够,许多问题仍需我们去研究和解决。当前,生态环境行政处罚裁量基准制度当中仍然存在着裁量基准制定主体权限划分不明确、制定程序不规范、逸脱规则缺位以及司法机关的审查态度不一等问题。对此,迫切需要对生态环境行政处罚裁量基准制定主体的权限进行明确界定,对其制定程序进行规范,增设逸脱条款,明晰司法审查的力度。

基于环境基准的太湖氨氮最大容量研究

环境基准反映了环境介质中污染物的阈值剂量与保护对象的临界效应之间的对应性,其本质是一种下限阈值。经由推导和检验而得到的环境基准,可以在环境管理方面广泛应用。太湖位于我国经济最发达的地区之一——长江三角洲,其水质直接影响着该地区的生活与经济,太湖水环境污染主要是氨氮污染。该研究以太湖为对象,推导出太湖的氨氮环境容量,确定氨氮浓度控制目标和最大容许排放量,为今后太湖氨氮减排与治理提供理论依据。通过环境基准共性推导模式,建立和率定了水环境系统阈值响应模型;为了确定环境容量,开展了多种情景的模型模拟,将实测值与模拟值进行独立样本T检验,得出模拟值与实测值之间并无差异;建立的水环境系统的阈值响应模型具有一定的有效性。基于模拟结果比较而确定了氨氮的环境容量为1.334 mg·L^(-1),将其作为氨氮污染控制目标。以太湖流域2010氨氮年均浓度0.26 mg·L^(-1)为初始浓度,以20 a为模拟期,模拟不同排放强度下氨氮的浓度变化。将控制目标代入阈值响应模型,分析了不同排放情景下氨氮的浓度,通过情景模拟发现,氨氮的综合响应、消极响应(水体氨氮浓度对氨氮排放的响应)和积极响应(水体的自净能力)在不同排放强度下呈现出不同的变化特征。发现如果以20 a为目标期限,为保证氨氮浓度不超过污染物浓度控制目标,氨氮年度排放量要低于7.2×10~4t。