杞麓湖水环境特征调查及风险评价研究

水生态风险评价是随着生态风险评价的发展而发展起来的一个分支。20世纪80年代随着风险评价得到很大发展，由早期（20世纪70～80年代）的关于意外事故的环境风险评价［26］转变人体健康评价阶段的环境风险评价［27-28］，并采用毒理分析的方法进行化学污染物的生态影响研究［29-31］。毒理评价依据等级试验的方法，通过生态终点污染物浓度与环境期望值的比较确定污染状况。等级试验包括多个层次：物种、生活史、生物组织。美国橡树岭国家实验室（ORNL）的风险评价研究人员发表一系列文章，阐明化学毒理对生态过程和动态的影响，为从环境风险评价到生态风险评价的转变奠定了基础。美国国家研究委员会（NRC）1983年提出的风险评价框架，其核心内容也是围绕人体健康与安全的，它指出生态风险评价不但要有可以明确表述影响的可能性，而且要有一个包含标准方法途径的明确框架［32。

20世纪90年代，迎来了生态风险评价大发展阶段。Barnthouse and Sute的评价框架是第一次尝试将人体健康评价框架改编成生态风险评价框架［33］，该框架体现了生态风险评价不同于人体健康评价的地方主要在于：生态风险评价强调风险源识别、生态描述和评价终点的选择；将预先的分析过程与暴露评价、影响评价结合起来；设计了一个流程图，将暴露评价、影响评价并列起来，并在暴露评价、影响评价的过程中体现危害识别。1990年，美国环境保护署（EPA）提议在风险因子中加入非化学压力因子，压力因子由化学物质、放射性物质，发展到自然因子［34］。在20世纪90年代，EPA开展了一系列专题和案例研究，其中包括流域评价了，直接促成了新的框架（EPA1998）的产生［35］。EPA（1998）的框架更强调评价者、管理者和所有者之间的讨论。EPA（1998）框架颁布以后，水生生态系统、流域的生态风险评价等［36-37］应运而生。EPA（1998）的评价框架提供了一个完整的进行生态风险评价的过程，但是它没有充分体现出管理者和所有者的重要性。世界卫生组织（WHO）对EPA框架进行了修改，把生态风险评价与风险管理、所有者参与放在并列的位置，进一步强调管理者与所有者的地位，更有助于生态风险评价参与决策管理［38-39］。

21世纪以来研究者把生态风险评价应用到大尺度区域，由单因子的评价方法演变为综合因子评价方法，从针对单一受体分析发展到针对多种受体，探索构建新的评价方法和模型进行评价，使其更适合于不同生态终点的水生态系统。

（1）风险源由单一源向多源的转化

生态环境中对水生态系统具有负面作用的风险源不仅只有人为活动产生的化学污染物，还包括修堤坝、开采矿山、外来物种入侵等因素。此外还包括如洪灾、地震、水土流失、干旱及河流断流等自然灾害。针对较高层次和较大尺度的水生态系统，如河流、湖泊流域等，必须综合考虑各种风险源的综合影响［40］。许妍41］等从风险源危险度、生境脆弱度及风险受体损失度方面构建了太湖流域生态系统评价体系。丁慧敏［42］等结合太湖流域自身特点，将总氮、总磷等水质因子和生物多样性指数等生态因子及洪灾和旱灾的灾害因子构建评价指标体系，对太湖流域开展水生态风险评价。

（2）风险受体由单一受体向多源受体转化

水生态风险评价的对象是一个复杂的系统，内部具有物理、化学和生物过程以及其相关关系，评价不是单一的物种，如人类、鱼类［18］等所面临的风险，而应该是多种物种，物种群落乃至生态系统层面所面临的风险进行评价，强调种群和生态系统的过程和功能［43］。韩茹茹［44］等为实现流域范围内的生态环境管理和生态风险控制，在生态风险评估框架基础上，基于相对风险模型构建了系统水平的湖泊流域生态风险评估模型。

（3）生态终点多元化转化

水生态系统包括流域、湖泊、江河、水库及湿地等水环境形成的系统。水生态风险评价的生态终点亦多元化。在太湖流域分析了社会经济系统与生态系统的耦合方式，将生态系统整体作为风险受体、生态系统服务作为评估终点，通过风险组分及其关系的分析量化实现了区域相对生态风险水平的表征［44］。周丹卉［45］等以大辽河下游河口段为研究对象，研究筛选河口区特征污染物的生态受体，识别敏感风险因子，确立生态风险评估指标体系，构建河口区水生态风险评估与预警模型，实现大辽河河口水环境风险评估与预警。周晓蔚研究建立了河口生态系统水生态系统健康和风险评价体系［46］。李然然针对查干湖湿地开展查干湖湿地水环境演变及生态风险评估研究，将为维系查干湖湿地水环境安全与生态系统健康稳定提供支持［24］。

（4）评价方法定性和定量相结合

合适的评价模型和方法是进行水生态风险评价的重要工具，主要的评价方法分为定性方法、定量方法及定性与定量相结合的方法。这三种方法各有利弊，研究中需根据不同的区域尺度、研究区域的实际情况、不同的风险源和风险受体等选择不同的评价方法。(www.xing528.com)

由于数据和信息的缺乏，定性的方法在早期的生态风险评价研究和发展中国家应用较多［47-49］。因子权重法被用于主观评价、定性评价和定量评价中，但多用于定性评价，定量评价较少。因子权重法的种类很多，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［50］。因子权重法应用范围也很广，既可以单独用于回顾性评价、原因分析，也可以用于生态风险评价的整个过程。该方法有两大缺陷：①只能定性表征风险源的危害程度，不能定量表达多种风险值的大小；②其研究结果一般不具备重复性和透明性，因此近年来此方法运用的较少。

数学模型是生态风险评价中应用比较广泛的定量方法。最具有代表性的是商值法和概率法。商值法选取环境要素为风险受体，以化学污染为主要风险源，依据已有的经验数据和风险受体的耐受能力，确定化学污染物浓度标准，再利用受体中的污染物的实测浓度与浓度标准的比值测算区域风险值［51］。这种方法简便易行、成本较低，但需运用大量的实测数据，因此常用于小尺度的生态风险评价。由于尺度效应，小尺度实验所得的结论很难外推到大尺度范围。同时，由于水域内部空间异质性及其复杂的相互作用，影响了评价的准确性，无法正确表征生态风险的空间分布特征。生态风险是分析多种风险可能带来的不利后果，因此概率法将针对生态风险的发生概率与不利生态影响相乘，然后利用权重求和，对各级及各类生态风险进行综合计算。概率法能够应用于不同类型的受体风险分析，较好地解决生态系统的多重风险计算问题。但其指标选取和模型参数确定具有一定的主观性。

定性与定量相结合的方法吸收了两种方法的优点，在生态风险评价过程中既考虑了人在确定风险源和风险受体、分析风险源的危害程度等方面的主观能动性，又能够较为精确地定量表征风险值的大小及其空间分布特征，使生态风险评价更具有科学性和合理性。因此它成为目前区域生态风险评价中运用最多的一类方法。其中最具代表性的是Landis与Wiegers［52］（1997）提出的相对生态风险评价模型（Relative Risk Model，简称RRM），该方法简单灵活，被广泛地用于各种区域尺度，例如流域、海洋等区域［53-54］。但如何克服由空间异质性带来的数据缺乏，及对不确定性的定量分析仍是制约其发展的两个主要障碍。国内外研究了不少定性与定量相结合的风险评价方法，包括主成分分析方法、灰色关联法、层次分析法、模糊综合评价法等。

（5）概念模型和技术方法

水生态系统具有二维性，在视角维度上构建评价体系应包括对组分和关系这两属性的反映；在层次维度上，对具体组分各个关系属性的表征需考虑随不同水环境空间尺度的变化。水生态风险评价单纯依靠生态毒理学实验模型等单一的模型已不能满足书水态系统涉及多风险源、多压力因子、多风险影响的评价要求，需适宜整个水生态系统包括能反映多种风险影响的评价模型和技术方法。

其中包括Aquatox模型、相对生态风险评价模型（RRM）、等级动态型（HPDP）、生态等级风险评价（PETER）等。Aquatox模型在风险评价中不仅考虑了污染物的直接毒性效应，还考虑了污染物通过食物网传递引起的间接生态效应，是使用使用的生态风险模型之一，已成功应用于湖泊、河口、河流等生态系统的风险评价。

HPDP模型属于概念模型，模型的一个重要假设是等级存在于生态系统结构中，等级之间的相互关系产生了标志生态系统特征的属性。HPDP的等级是指生态系统的不同范围，并不是指控制因子自上而下或自下而上的尺度推移，而是为了理解控制因子的作用，有必要了解其对较大范围（区域、大斑块）和较小范围（局地、小斑块）的影响。HPDP的斑块是指斑块的位置、分布和动态，斑块特征会影响物种分布、压力因子与风险受体的相互关系和环境变化影响等可以认为斑块在自然界中是动态的，位置会发生变化，具有内稳定性及一定的组成。一个典型的案例是Landis WG［55］等关于太平洋青鱼种群在美国华盛顿Cherry Point区的生态风险评价，该评价从产卵区的小尺度评价扩展到青鱼迁移过程中更大尺度，影响因子里包含了土地利用、道路、城市化等人为因子。HPDP是一个可以用于区域尺度风险评价的概念框架，它将时空相互作用关系结合起来。

PETER方法也是一个区域生态风险评价的概念模型，更加明确了HPDP模型中关于生态系统范围的概念。PETER方法是在缺乏大量野外观察数据的情况下进行风险评价的有效方法。Rosana Moraes等详细介绍了这个模型，该模型将风险评价分为3个部分来进行，也叫“三级风险评价”［56］。第1级为初级评价，是对已有信息如人为压力因子、压力来源及可能的影响进行定性估计。第2级为区域评价，是半定量评价，对整个区域内可能风险源、风险压力因子及可能受到影响的区域进行分级。第3级为局地评价，是定量评价，是在更小范围内建立起风险源、风险因子和与生态、社会相关的评价端点之间建立起数学关系。Moraes［57］最早将这种方法用于亚马逊热带雨林生态风险评价。PETER与已有的ERA评价方法相比，有3个方面的改进：在概念模型中加入了因果分析链；采用综合的方法进行暴露和影响分析；将权重分析法用于因果分析。

此外，还有基于突变级数模型的流域生态风险评价研究［42］，突变级数［58］是对评价目标进行多层次矛盾分解，然后利用突变理论与模糊数学相结合产生的突变模糊隶属函数，由归一公式进行综合量化运算，最后归一为一个参数，即求出总的隶属函数，从而对评价目标进行排序分析的一种综合评价方法。其运算过程为先根据评价目的，对评价总指标进行多层次分解，排列成倒立树状目标层次结构，并将各层指标按照重要性顺序从上向下排列，原始数据只需知道最下层子指标的数据即可。一般情况下突变系数某状态变量的控制变量不超过4个，所以相应各层指标（单指标的子指标）分解不超过4个。常见的突变模型主要有折叠突变、尖点突变、燕尾突变和蝴蝶突变4种。