中国环境基准研究重点方向探讨

环境基准是环境标准的科学依据,在国家环境质量评价和风险管理体系中处于基础地位。它主要是依据特定对象在环境介质中的暴露数据,以及与环境要素的剂量效应关系数据,通过科学判断得出的,涉及环境化学、毒理学、生态学、流行病学、生物学和风险评估等前沿学科领域。国家环境基准研究是一个长期的系统工程,本文基于环境基准研究的学科特点和国际前沿,结合国家科技需求和相关领域的研究现状,综合分析并提出了未来中国环境基准研究的重点研究方向:1)环境基准的理论与方法学;2)环境基准基础数据库;3)基准目标污染物的筛选甄别和优先排序技术;4)水体营养物基准;5)生物测试与毒性评价技术;6)人体暴露评价理论与相关技术;7)环境基准的审核和校对;8)环境基准与标准转化理论及其对环境管理支撑技术。本文从环境基准学科发展的角度,阐述了与环境基准研究紧密相关的8个重点研究方面的国内外研究进展、关键科学问题以及未来重点研究内容。同时指出,这些重要的研究方向是环境基准研究的根本,未来环境基准的长期战略发展必将是建立在各个重要方向长足发展的基础之上,环境基准研究也必带动这些方向的共同蓬勃发展,为环境地球化学、毒理学、生态学等学科领域发展注入活力。

区域环境风险评价及其关键科学问题

随着环境中能够检出的有毒污染物种类不断增多,基于制定环境标准来控制有毒污染物的传统方法正在受到挑战,而环境风险评价研究已成为当前环境领域研究的热点.加强风险评价方法研究,认识区域具有潜在风险的有毒污染物环境暴露与环境效应的关系,探讨风险评价中的关键科学问题,为风险管理提供科学依据已显得尤为紧迫.综述和讨论了环境风险评价技术的发展历史和区域生态风险评价存在的科学问题,并对深入开展区域环境风险评价研究提出了建议.

固液界面吸附机制与模型——“环境水质学前沿专栏”序言

固液界面吸附是环境水化学及水处理技术研究中的一项重要内容.本文阐述了目前固液界面吸附研究方面取得的主要进展,对吸附剂表面性质、吸附络合物形态、表面反应描述中使用的一些重要实验技术、理论计算方法和模型模拟手段进行了系统的介绍,并展望了固液界面吸附研究的发展趋势.表面表征技术、理论计算及表面络合模型的发展、应用和结合有力地促进了人们对各种固液界面体系吸附机制的深入理解,对于阐明污染物在水环境中迁移转化规律,及开发新型吸附剂有着重要的科学意义.

水环境样品体外生物测试效应触发值的研究进展

水环境样品综合毒性的体外生物测试可以直接获得水环境中众多污染物共存状态下的生物毒害信息,已成为水环境污染评估和诊断的重要手段之一。但由于目前没有用于判定水质优劣的毒性效应限值标准,导致其很难被用于水质管理。为此,越来越多的研究聚焦于推导体外生物测试的效应触发值(effect-based trigger value,EBT)。本文综述了EBT建立的背景和推导原则,并总结了以健康保护为目标和以生态保护为目标的多种EBT推导方法,其中针对饮用水水质的EBT以保护人体健康为前提,主要基于每日容许摄入量(allowable daily intake,ADI)、体内安全浓度、癌症发病率增加10%的每日剂量(TD10)和环境质量标准(environmental quality standard,EQS)中的水质指导值(guideline value,GV)推导,针对地表水的EBT以生态保护为目标,依据地表水EQS中的GV值和物种敏感度分布(SSD)曲线中的第5个百分位数的危险浓度(hazardous concentration,HC5)推导。本文系统比较了不同方法推导出的体外生物测试EBT值和特征,总结了EBT在水环境中的应用,以期为高通量体外生物测试用于水质评估提供理论依据和技术支撑。

城镇污水处理厂抗生素抗性基因的环境传播途径与机制

城镇污水处理厂是抗生素抗性基因(ARGs)发生转移、传播的重要场所,同时也是环境中ARGs污染的主要来源。对城镇污水处理厂中ARGs向环境介质中的传播途径、影响因素与传播机制进行了综述。结果表明,ARGs可通过出水排放、污泥土地施用、再生水灌溉、气溶胶逸散等途径迁移至环境介质(如受纳水体、土壤、空气)中;ARGs在环境介质中的扩散和存留行为受介质理化性质影响;ARGs在环境介质中主要通过可移动遗传元件(MGEs)介导的水平基因转移(HGT)传播耐药性。

环境分子科学与环境纳米技术

传统的分子科学和新兴的纳米技术近年来广泛地渗入和覆盖了环境科学与技术,对环境污染现象的微观过程与机理研究注入了新的活力,进一步加深对环境污染从本质上的认识,为环境保护开展更高效的技术工艺开辟了新的途径.论文综合评述了环境分子科学与环境纳米技术的发展概况,并对我国该领域的研究提出一些认识和讨论意见.

环境内分泌干扰物筛选和测试研究中的鱼类实验动物

环境内分泌干扰物的筛选与测试方法的研究是近年来环境科学领域的热点问题.在水生态毒理学研究中,目前的研究重点之一是发展方法学,如基于鱼类实验动物的离体或活体测试方法.对内分泌干扰物鱼类筛选测试的科学基础、内分泌干扰物的生物性标志、筛选测试方法以及用于内分泌干扰物筛选测试的几种主要鱼类实验动物进行了介绍,同时提出了建立适合我国实际情况的内分泌干扰筛选测试鱼类实验动物,并提出系统的鱼类实验动物培育和筛选测试方法体系的必要性.

“z值评价-风险评估-技术核验”统计评价模型用于低样本量能力验证——以水质监测为例

为解决低样本量下的能力验证z比分数评价结果可能偏离参加者真实能力水平的问题,建立了“z值评价-风险评估-技术核验”统计评价模型,以“一带一路”共建国家“水中铁和氟化物的检测”国际能力验证项目为例进行了验证。结果显示:样本量为14家(低样本量)、指定值与样本真值相对误差的绝对值大于4%时,铁检测项目获得“满意”评价结果的14家参加者中,5家存在数据“不准确”中/高风险;氟化物检测项目获得“满意”评价结果的11家参加者中,7家存在数据“不准确”中/高风险。技术核验反映出的突出问题是参加者未按照检测方法的要求实施质量控制措施,标准曲线绘制、试剂配制、关键仪器参数设置记录缺失,原始记录可追溯性较差。由此证实了数据风险点的存在,同时也印证了该统计评价模型的可靠性和必要性。

原子力显微镜在环境样品研究与表征中的应用与展望

简要阐述了原子力显微镜仪器操作原理及最新成像技术发展情况;结合作者近期的研究工作,从环境微生物界面观察与表征、腐殖酸在微界面上的聚集行为观测、无机高分子絮凝剂的界面形貌及行为观察以及膜材料表面结构观测与表征等4个方面对原子力显微镜在环境领域内的应用情况作了概括介绍.最后,对原子力显微镜在环境微界面研究与表征中的应用前景进行了展望.

流域土壤基质与非点源磷污染物作用的3种模式及其环境意义

以华北地区典型农业流域为研究对象 ,针对流域不同空间分布和干扰程度下的土壤基质与污染径流中磷素的相互作用过程进行了模拟研究 .研究发现 ,土壤基质与磷的作用过程呈 3种模式 ,持留型、释放型及持留 释放转换型 .持留型土壤基质对污染径流中磷酸盐具有较强的吸附作用 ,能有效持留径流中的磷素 ;释放型土壤基质则以解吸过程为主导 ,向径流中释放大量的磷素 ;持留 释放转换型土壤基质则呈动态性 ,当径流中磷酸盐含量较低时 ,解吸过程占优 ,以磷素释放为主 ,当径流中磷酸盐含量较高时 ,吸附过程占优 ,以磷素持留为主 .结果表明 ,在自然环境及人类干扰的作用下 ,流域异质性景观下的土壤基质与非点源污染物的作用过程差异明显 ,其生态功能具有时空动态性 .从非点源污染发生的角度来看 ,在空间上 ,土壤基质可成为污染物的汇或释放源 ;在时间上 ,同一区域存在源 汇功能的动态转化 .因此 ,异质性景观中土壤基质与污染物作用过程动态机制的认识与判定 。

北京工业废水和城市污水环境激素污染状况调查

利用固相萃取前处理技术和高效液相色谱、气相色谱方法,分析研究北京地区重点污染源排水(包括工业废水和城市污水)中主要环境激素(邻苯二甲酸酯、有机氯农药、有机氮农药、有机磷农药、菊酯类农药、烷基酚和双酚A)的残留状况.调查分析了分布在北京市10个区县的污水处理厂、化工行业、冶金焦化行业、医院及其洗涤中心、印钞行业、食品加工行业和制药行业等7类22个单位排水中的8种邻苯二甲酸酯,17种有机氯农药,7种有机氮和有机磷农药,4种菊酯类农药,4种烷基酚及双酚A共40种环境激素类物质的质量浓度.并着重分析了污水处理厂进、出水中的环境激素的浓度水平.结果表明,北京地区工业废水和城市污水中广泛存在着环境激素污染,但其质量浓度并未超过现行排放标准.

水生态基准方法学概述及建立我国水生态基准的探讨

水生态基准的研究和制定对于控制进入水环境污染物的种类和数量,保护水体生物多样性及整个水生态系统的结构和功能具有重要意义.论文对不同国家和地区现有的主要水生态基准推导方法进行了概述,并从基准保护目标、数据的收集与评估、基准的计算方法等几个方面对各国水质基准推导方法进行了比较.参照国外水质基准的推导过程及我国水生态系统的特征,探讨了合理可行的水生态基准保护目标、计算方法及推导流程,并对我国水生态基准的推导中可能存在的问题进行了讨论.

我国重点流域地表水中29种农药污染及其生态风险评价

针对我国重点流域水体,包括长江流域、黄河流域、太湖流域、松花江流域、黑龙江流域、东江流域、南水北调中线和东线等,分析了29种农药(18种有机氯农药、6种有机磷农药、3种三嗪类农药、1种酰胺类和1种取代杂环类农药)在流域地表水中浓度,并使用风险商的方法进行了生态风险评价。结果显示,在27个采样点地表水样中一共检出9种农药,包括α-六六六、α-氯丹、γ-氯丹、西玛津、阿特拉津、乙草胺、扑草净、敌敌畏和噁草酮。其中,阿特拉津、乙草胺、扑草净、噁草酮和敌敌畏的检出率分别为100.0%,74.1%,59.3%,37.0%和33.3%;α-六六六、α-氯丹、γ-氯丹和西玛津均只有1~2个采样点检出。阿特拉津在各采样点浓度范围为7.0 ng·L-1~1 289.5 ng·L-1;乙草胺浓度范围为未检出(ND)~579.9 ng·L-1;扑草净浓度范围为ND^104.2 ng·L-1;噁草酮浓度范围为ND^32.6 ng·L-1;敌敌畏的浓度范围为ND^204.5 ng·L-1。研究发现,阿特拉津在太湖流域、黑龙江流域和松花江流域具有潜在生态风险;乙草胺在松花江流域有潜在生态风险;噁草酮在长江流域、太湖流域、松花江流域和黑龙江流域有潜在生态风险;敌敌畏在长江流域、黄河流域和东江流域具有潜在生态风险。上述4种需要重点关注的水体污染物中,仅阿特拉津和敌敌畏被列入地表水环境质量标准(GB3838-2002),但都没有保护水生生物或保护水生态的标准。

中国主要河流中多环芳烃生态风险的初步评价

以现有的中国主要河流中多环芳烃(PAHs)的浓度数据为基础,通过定义1个危害商,利用商值法筛选出菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、和苯并[a]芘7种对水生生态具有潜在风险的PAHs.以河流水相中PAHs浓度数据为依据,结合毒性数据库中PAHs水相浓度对水生生物的毒性数据,用概率风险评价法分析了这7种PAHs对水生生物的生态风险.结果表明,7种筛选出的PAHs风险大小依次为:蒽>芘>苯并[a]蒽>荧蒽>苯并[a]芘>菲>.

生产过程中抗生素与抗药基因的排放特征、环境行为及控制

世界卫生组织在2000年的报告中将抗生素抗性列为本世纪人类在健康领域面临的最大挑战之一,有关抗药基因传播机制与控制技术的研究已经成为国际环境科学领域的一个前沿问题.本文以生产量大、使用历史长的几种发酵类和化学合成类生素为对象,以典型城市污水厂为对照系统,全面评估抗生素生产及废水处理过程中抗生素与抗药基因的排放特征;把传统的筛选培养方法与高通量测序技术及生物信息学手段有机结合,深入研究抗生素胁迫下整合子对抗性基因的重组作用及质粒介导的结合转移作用,以揭示抗药基因在抗生素压力驱动下主要的水平转移机制;构建多通道生物膜流动暴露系统进行抗生素最小选择浓度评价;研究针对抗生素生产全过程的抗生素及抗药基因控制多级屏障技术,为抗药基因的污染控制与管理提供全面系统的科学基础.

北方某市城区水环境中轮状病毒的初步检测

轮状病毒(Rotavirus,RV)是引起全世界婴幼儿肠胃炎的最主要病原体.在我国,儿童秋季腹泻发病达到高峰,也主要由轮状病毒引起.论文改进了RT-nested-PCR检测水中轮状病毒的方法,于2006年10月对北方某市城区水环境(包括污水、地表水和饮用水)中的轮状病毒进行了初步检测.结果表明,该市某污水厂进水和不同工艺段出水、主要公园的景观水体、主要自来水厂进水和出水以及城区管网水,均检出轮状病毒.综合分析从水源到管网的过程,认为管网水中的轮状病毒可能与水源水污染有关.管网水中有轮状病毒检出,说明秋季该市饮用水中存在潜在的轮状病毒传染源.同期对管网水进行的细菌学指标检测,没有发现总大肠菌群、耐热大肠菌群、粪链球菌,可见目前城市供水水质标准中的细菌学指标并不能准确反映病毒污染状况.

温榆河夏季浮游植物群落结构及其与环境因子的关系

随着温榆河龙道河段生态修复工程的运行,水质发生变化,浮游植物群落结构也随之改变。于2011年7月中旬夏季浮游植物水华发生期对温榆河水质和浮游植物进行同步监测,4个河段共计布设17个采样点,温榆河上段、龙道河、清河段各4个采样点,温榆河下段选取5个采样点,调查各河段浮游植物种类,分析其群落组成与多样性,评价生态修复工程效果;同时运用冗余分析(RDA)研究流域浮游植物与环境因子的关系。结果表明,夏季温榆河流域浮游植物共检出8门、55属、99种,优势种共15种,以微囊藻和颤藻为主,其中温榆河上段和龙道河优势种类最多,均为9种;流域浮游植物平均密度为237.99×106个/L;其中,清河段平均密度最大,为430.05×106个/L,温榆河上段浮游植物密度最低,为85.18×106个/L;清河段蓝藻门占浮游植物群落的93.84%,而龙道河段蓝藻门比例为66.57%;4个河段的Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数大小依次是龙道河>温榆河上段>温榆河下段>清河段。浮游植物密度与水体环境因子的RDA分析表明,DO和pH是影响浮游植物分布的显著性因子;裸藻门、黄藻门和甲藻门的密度与DO和pH呈显著正相关,微囊藻密度与DO和pH呈显著负相关。比较4个河段的微囊藻频度、密度、Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数得出,龙道河段的生态修复工程措施能有效降低微囊藻水华的爆发,减少浮游植物密度,增加浮游植物生物多样性,但水质仍属于中污染状态。

环境中抗药基因水平转移研究进展

抗药基因是一种新型环境污染物,一旦被致病菌获得,将导致抗生素的临床使用失效,从而危害公共健康。抗药基因可通过转移因子在细菌间传播,加剧抗药基因的扩散效应,提升了环境健康风险性,因此抗药基因水平转移受到了越来越多的关注。本文介绍了抗药基因水平转移的分子机制,总结了不同环境中各种抗药基因水平转移途径的研究现状,并对该领域将来的研究方向提出了展望,以期为环境中抗药基因的调查评估、污染控制及合理管理提供理论参考。

水环境质量预报预警大数据平台研究

构建基于水环境模型的水质预报预警大数据平台是一项复杂的系统工程,主要面临模型的规模计算及其引发的模拟结果规模存储、规模分析的挑战。相关挑战极大地限制了水环境质量预报预警业务的深入开展,但目前国内外关于此方面的研究极少。为此,提出了水环境质量预报预警大数据平台框架。该框架以水环境模型体系为基础,以大数据集群计算体系为核心,通过水环境模型融合大数据技术,以实现水环境质量预报预警应用服务为目标,旨在解决预报预警业务自动化和自定义化问题。框架明确了水环境质量预报预警大数据平台的组成及建设流程,并以实际项目为案例,介绍了实现框架的技术方案并证明了其可行性。研究成果可为重新审视复杂水环境模型与大数据技术的关系提供新的见解,也可为基于大数据技术的水环境质量预报预警平台的构建提供思路和参考。

蛋白酶对水环境中病毒的灭活作用

以大肠杆菌噬菌体T4作为模式病毒 ,研究了蛋白酶对病毒的灭活作用 .试验结果表明 :蛋白酶灭活病毒的效果明显 .适宜条件下 ,6 7 5u/mL的蛋白酶K处理 1h对纯水中病毒 (6 2× 1 0 5PFU/L)和生活污水中病毒 (7 2× 1 0 5PFU/L)灭活率分别达到了 99 4 %和 4 9 4 % ,处理 3h的灭活率分别是 >99 9%和 81 1 % ;工业蛋白酶 1 398在 75 0u/mL酶浓度下处理 1h对纯水水中病毒 (1 7× 1 0 5PFU/L)灭活率达到 74 4 % .