區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

顏 磊 ,許學(xué)工

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院地表過程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100871)

人類行為對自然環(huán)境的影響研究至少可以追溯到18世紀(jì)的 Buffon＆Humboldt時(shí)代[1]。 1865年,Marsh出版了在環(huán)境研究上具有劃時(shí)代意義的著作《人和自然》,詳細(xì)論述了人類如何擾亂自然之和諧[2]。進(jìn)入人口膨脹和工業(yè)化的“指數(shù)時(shí)代”,人類活動(dòng)對環(huán)境的作用和影響越發(fā)明顯。資源消耗、全球氣候變化、物種過早滅絕、環(huán)境污染、貧困已成為當(dāng)前最重要的環(huán)境問題[3]。Palmer等[4]代表美國生態(tài)學(xué)會(huì)指出：“我們未來的環(huán)境將大部分由人類支配的生態(tài)系統(tǒng)(human-dominated ecosystems)構(gòu)成,人們將有意識(shí)或無意識(shí)地對這些生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行管理”。在這樣的背景下,作為保護(hù)人類健康、有效進(jìn)行環(huán)境管理的科學(xué)手段,環(huán)境健康評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相繼出現(xiàn)。

由于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)從獨(dú)特的不確定性分析和潛在的高成本視角入手[5],考慮不同的環(huán)境管理決策所產(chǎn)生的潛在負(fù)面影響[6],因而在環(huán)境政策制定中扮演越來越重要的角色。自 20世紀(jì) 80年代以來,美國科學(xué)院,美國國家環(huán)保局(EPA)已主持開展了許多生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,后者還主導(dǎo)出版了一系列風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)文獻(xiàn)[7]。EPA將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定義為“評(píng)估暴露于一種或多種壓力因子后,可能出現(xiàn)或正在出現(xiàn)的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)的可能性過程”[8]。多風(fēng)險(xiǎn)壓力和多風(fēng)險(xiǎn)受體的出現(xiàn),使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作不斷拓展其時(shí)空尺度[9-10],已從單一壓力源對單一受體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)走向區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

國內(nèi)學(xué)者付在毅、許學(xué)工[11]較早地注意到區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問題,他們從遼河、黃河三角州的研究案例中總結(jié)出一套評(píng)估方法。陳輝等[12]從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概念、發(fā)展歷程、研究方法等角度對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜述。陽文銳等[13]也做過類似綜述,特別強(qiáng)調(diào)城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該文專門針對區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,著重從研究區(qū)域類型、研究內(nèi)容、研究范式、研究方法、研究技術(shù)、相關(guān)模型等方面對國外區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)行綜述。

1 研究進(jìn)展

Hunsaker最早將區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)界定為描述和評(píng)估區(qū)域尺度的環(huán)境資源風(fēng)險(xiǎn)或由區(qū)域尺度的污染和自然擾動(dòng)所造成的風(fēng)險(xiǎn)[14]。隨后,Hunsaker[15],Suter等[16]開展了景觀尺度的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。迄今為止,學(xué)術(shù)界已開展了若干的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)案例研究,在研究內(nèi)容、方法、技術(shù)、范式、模型構(gòu)建等方面取得了階段性成果。

1.1 區(qū)域類型

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究案例主要集中在流域[17-20]、洪泛平原[21]、海灣[22-23]、三角洲濕地[24]、海岸帶[25]、湖泊[26]、熱帶雨林[27]、山區(qū)森林[28]和一些特殊生態(tài)區(qū),如青藏鐵路 /公路沿線[29]、垃圾場[30]、采礦點(diǎn)[31]、石油污染點(diǎn)[32]等?？梢钥闯?其研究區(qū)域類型雖較為廣泛,但主要呈現(xiàn)出 2個(gè)特征：一是集中于一些自然地域系統(tǒng),如流域、海岸帶、雨林等。這些地域系統(tǒng)往往有著較為明顯的邊界條件,其內(nèi)部系統(tǒng)之間物質(zhì)和能量的分布和流動(dòng)存在著較為明顯的動(dòng)力學(xué)特征;二是集中于一些特殊生態(tài)區(qū),如青藏鐵路/公路沿線,采礦點(diǎn)等。這類區(qū)域有著某種特殊的生態(tài)環(huán)境特征和明顯的污染特性,往往高度敏感、脆弱或存在較高的環(huán)境危機(jī)。

1.2 研究內(nèi)容

經(jīng)過近 20年的努力,來自不同學(xué)科背景的研究人員已開展了大量區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究,包括具體的案例評(píng)價(jià)、方法探討和哲學(xué)依據(jù)的思考等諸多內(nèi)容。由于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對生態(tài)系統(tǒng)的潛在負(fù)面影響[9],而生態(tài)系統(tǒng)具有個(gè)體、種群、群落、景觀等不同層次的等級(jí)結(jié)構(gòu),因而若以評(píng)價(jià)終點(diǎn)或評(píng)價(jià)目的來反映其研究內(nèi)容,可分為以下幾類。

1.2.1 針對物種的評(píng)價(jià)。20世紀(jì) 70年代,研究人員開展了大量人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),后來人們逐漸意識(shí)到,保護(hù)珍惜物種、維護(hù)生物多樣性與保護(hù)人類同樣重要,因而逐步將對人的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)延伸到對物種的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),尤其是那些具有環(huán)境指示作用的珍惜物種或關(guān)鍵物種。Kooistr探討了金屬沉積 (鎘、鋅、銅)對物種(小貓頭鷹、倉鼠、鼩鼱)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[21];Louda等注意到,人為引入外來物種對入侵物種進(jìn)行控制時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn),并發(fā)展了一套方法加以評(píng)估[33];Redfearn建立了淡水和咸水災(zāi)害指數(shù),通過相關(guān)數(shù)學(xué)模型,定量研究了水域動(dòng)物和鳥類(麝香鼠、水獺、濱鷸、野鴨、翠鳥)長期暴露于垃圾場瀝出液/物時(shí)所帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[30]。一些學(xué)者認(rèn)為,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不應(yīng)該僅局限于瀕危物種的個(gè)體水平,而應(yīng)該擴(kuò)展到一般性的動(dòng)植物,并在種群水平上考慮問題。他們描述了在種群水平上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法,并認(rèn)為：“一般而言,可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平是,兩成以上當(dāng)?shù)胤N群所接受的暴露量超過危害物質(zhì)的毒理參考值的概率小于10%”[34]。

1.2.2 針對棲息地/景觀的評(píng)價(jià)。一些學(xué)者認(rèn)為,集中于物種層次的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)忽視了棲息地的質(zhì)量[35]。Leuven＆Poudevigne指出,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估目的是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)受到人類活動(dòng)負(fù)面影響的可能性,風(fēng)險(xiǎn)概率取決于生態(tài)系統(tǒng)的抗性(resistance)和彈性(resilience)[19]。Purucker[35],Chow等[36]充分考慮棲息地狀況,并結(jié)合暴露模型進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Leuven等介紹了立足于生態(tài)系統(tǒng)的、中觀尺度上的整體法(holistic approach)[19]。Xu等綜合了自然和人文兩類因子對生態(tài)系統(tǒng)的影響,對黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[24]。Chen等則主要從自然因子角度,采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,對青藏鐵/公路沿線 50km緩沖區(qū)內(nèi)的 6個(gè)大自然地帶和 10類生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[29]。

1.2.3 針對具體環(huán)境管理的評(píng)價(jià)。以單一物種,多物種或景觀層面為評(píng)價(jià)終點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),往往較少考慮和環(huán)境利益相關(guān)者(stakeholders)之間的關(guān)系,而這些利益相關(guān)者在實(shí)際的環(huán)境管理過程中起到關(guān)鍵的、具有實(shí)際操作性的作用。因此,有的學(xué)者在考慮評(píng)價(jià)終點(diǎn)時(shí),充分考慮利益相關(guān)者的價(jià)值。Walker等研究澳大利亞農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)時(shí)就從維護(hù)飲用水質(zhì)、漁業(yè)產(chǎn)量、游憩價(jià)值、當(dāng)?shù)胤N群數(shù)量等角度考慮評(píng)價(jià)終點(diǎn)[17]。為了優(yōu)化管理,Serveiss將流域方法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法結(jié)合,提出了科學(xué)決策和有效管理的三大原則[37],合理使用評(píng)價(jià)終點(diǎn);科學(xué)家和管理者需經(jīng)常進(jìn)行溝通;進(jìn)行多壓力因子分析。5年后,Serveiss在進(jìn)行流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和戰(zhàn)略管理研究時(shí),又提出了綜合考慮水環(huán)境、自然和社會(huì)層面因素的評(píng)價(jià)終點(diǎn)[38]。事實(shí)上,在這個(gè)層面的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,學(xué)者們所選取的評(píng)價(jià)終點(diǎn)已與 EPA的界定不完全一致了[6]。此外,一些人文科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者為有效進(jìn)行管理,還采用問卷調(diào)查方法,評(píng)估了區(qū)域游客的風(fēng)險(xiǎn)理念、態(tài)度及其假設(shè)行為規(guī)律[39],中法學(xué)生社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)的差異[40]等,但這些研究并非傳統(tǒng)意義上立足于環(huán)境管理的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.3 研究范式

范式的概念和理論由美國著名科學(xué)哲學(xué)家 Thomas Kuhn于 1962年提出,英國學(xué)者 Margaret Masterman概括了范式的 3個(gè)層面,其中一個(gè)重要層面就是“示范的工具、解疑難的方法、類比的圖象”。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架在一定程度上反映了區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究范式。Power＆McCarty詳細(xì)分析了 5個(gè)國家(地區(qū))的 7個(gè)評(píng)價(jià)框架[41]。Wireman等分析了美國國防部(department of defense,DOD)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[42]?，F(xiàn)將各國主要的評(píng)價(jià)框架歸納如下。

1.3.1 荷蘭。荷蘭房屋、物質(zhì)規(guī)劃和環(huán)境部的評(píng)估框架為：確定對人和環(huán)境的危險(xiǎn);估計(jì)這些危險(xiǎn)的可能性和大小;評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的可接受性。如果可能,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防范;如果不能防范,則維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)到其可接受的水平。

1.3.2 澳大利亞/新西蘭。他們的評(píng)估框架為：建構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)容;確定風(fēng)險(xiǎn);進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) /排序;風(fēng)險(xiǎn)處理。

1.3.3 美國。美國的研究頗為深入。EPA的框架為三階段法。即,問題表述、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)表征。這是迄今為止影響最為廣泛的研究范式。其中,問題表述階段,最重要的是確立評(píng)價(jià)終點(diǎn)、概念模型和分析計(jì)劃。分析階段包括兩大基本部分,即暴露表征及其生態(tài)效用表征。前者主要描述壓力源的分布,與它們接觸或共同發(fā)生的生態(tài)受體;后者用于評(píng)價(jià)壓力和受體的“壓力-響應(yīng)關(guān)系”。在風(fēng)險(xiǎn)表征階段,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估者需要清楚明晰地表述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果,解釋風(fēng)險(xiǎn)的負(fù)面效應(yīng),闡明評(píng)估的信度和不確定性。

美國總統(tǒng)/國會(huì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理委員會(huì)的框架為：在社會(huì)和生態(tài)范疇下界定評(píng)價(jià)和管理問題;進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析;界定風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo) ;制定決策;選擇實(shí)施;再評(píng)估。

美國國家研究委員會(huì)將風(fēng)險(xiǎn)表征階段視為決策行為,指出該階段要向著提供決策選擇和解決問題的方向發(fā)展。這就要求對與風(fēng)險(xiǎn)感興趣或受其影響的各群體相關(guān)的損失、損害或結(jié)果建立一個(gè)更為寬泛的理解,強(qiáng)調(diào)協(xié)商過程。美國國防部①美國國防部的 ERA分別在美國陸軍部(U.SA rmy)、海軍部(U.S.Navy)和空軍部(U.S.AirForce)展開。參考了 EPA的方法,將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)歸納為三層法(three-tiered approach)。其每一層次都包含了 EPA的“問題表述、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)表征”過程信息。第一層是監(jiān)控評(píng)估,指直接通過資料/文獻(xiàn)收集數(shù)據(jù),利用“后果-效應(yīng)模型”初步估計(jì)不能接受的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)行決策。若無法做出明確的決策,則進(jìn)入第二層,正式評(píng)估。此時(shí)需要用更多的實(shí)驗(yàn)和野外調(diào)查的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。如果評(píng)價(jià)區(qū)域有較大的空間范圍和復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),則進(jìn)入第三層,重復(fù)評(píng)估。此層需要采用更多的基于種群和生態(tài)系統(tǒng)層次的野外測試。在某種意義上,DOD的框架更像一種根據(jù)問題復(fù)雜程度劃分的實(shí)際解決方案。

1.3.4 英國。英國環(huán)境部用目的(intention)一詞代替了“問題表述”,他們的框架為：目的描述;危害確定;確定后果,包括這種后果的大小和可能性;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;風(fēng)險(xiǎn)管理;風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。

1.3.5 加拿大。該國標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的框架和 EPA的框架非常接近,但包含了一個(gè)和利益相關(guān)者之間的細(xì)致探討過程。該框架特別強(qiáng)調(diào)多壓力效應(yīng),生態(tài)系統(tǒng)的社會(huì)價(jià)值的確定,識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度和可選擇的行動(dòng)決策。

從上述列舉的評(píng)估框架中可以看出,盡管各國表述和側(cè)重點(diǎn)各有不同,但卻有著一些共同點(diǎn),即：(1)都有一個(gè)明確設(shè)計(jì)的任務(wù),適于科學(xué)研究和實(shí)踐、估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)可能性大小和人類活動(dòng)效應(yīng)。(2)都包括了類似于適應(yīng)性管理的(adaptive management)、對于連續(xù)性過程基于監(jiān)測的反饋內(nèi)容(monitoring-based feedback)。(3)都有一個(gè)詳細(xì)設(shè)計(jì)的、具有層次等級(jí)結(jié)構(gòu)的分析步驟。

1.4 研究方法和技術(shù)

隨著評(píng)價(jià)尺度的擴(kuò)展,區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)涉及到諸多方面,許多模擬污染物分布、傳播、積累、壓力-受體交互作用、不確定性分析等方法和技術(shù)被大量引入到區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。一些主要的方法、模型和技術(shù)如下。

1.4.1 RRM。為了快速便捷地進(jìn)行區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,Landis＆Wiegers于 1997年首次建立了相對風(fēng)險(xiǎn)模型(relative risk model,RRM)[43],經(jīng)過 10多年的發(fā)展,RRM已被成功地運(yùn)用到北美、南美和澳洲的許多水域、海域和陸地環(huán)境中去[44]。利用 RRM模型進(jìn)行區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵步驟為：首先根據(jù)區(qū)域情況,將區(qū)域劃分為若干亞區(qū),將傳統(tǒng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析中“壓力-受體”分析轉(zhuǎn)變?yōu)椤皦毫υ春蜅⒌亍狈治?。然后建立一個(gè)概念模型用以分析不同壓力源對不同棲息地之間的相互作用,同時(shí)采用等級(jí)賦值法來刻畫壓力源出現(xiàn)的概率和危害程度(如,將影響程度刻畫為高、中、低、零,并分別賦值為 6,4,2,0),由此量化壓力源和棲息地之間的相互作用程度。由于這種賦值法只能相對表示概率和危害程度,因而被稱為相對風(fēng)險(xiǎn)模型。

1.4.2 PETAR。Moraes＆Molander針對 EPA設(shè)計(jì)了一個(gè)三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程(procedure for ecological tiered assessment of risk,PETAR),包括初級(jí)評(píng)價(jià),區(qū)域評(píng)價(jià)和局地評(píng)價(jià)[45]。每個(gè)層次針對不同尺度的區(qū)域類型,其所依賴的數(shù)據(jù)和方法也各有不同。國內(nèi)有學(xué)者將其作為一種重要的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概念模型加以總結(jié)[12]。但其初級(jí)評(píng)價(jià)類似于 DOD的監(jiān)控評(píng)估,其區(qū)域評(píng)價(jià),如文獻(xiàn)[27]基本類同于 RRM方法,因而,在某種意義上,我們更愿意將 PETAR方法作為一種框架而非具體模型加以理解。

1.4.3 MR。Martin[46]總結(jié)了一種被稱為 3MR的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法,即：多媒介、多路徑、多受體(multimedia,multipathway,and multireceptor)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法由風(fēng)險(xiǎn)分析和不確定性分析兩大模塊構(gòu)成,特別適于估計(jì)不同的空間尺度的化學(xué)物質(zhì)污染所帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)分析模塊融入了相關(guān)暴露和積累數(shù)學(xué)模型,由 8個(gè)屬性參數(shù)構(gòu)成：污染源、傳播介質(zhì)、傳播過程及結(jié)果、受體、暴露方式、暴露路徑、風(fēng)險(xiǎn)測度值、門檻計(jì)算值。該過程循環(huán)計(jì)算污染物對每一個(gè)受體的風(fēng)險(xiǎn)。不確定分析模塊則采用兩階段蒙特卡羅法分析,以便于有效分析數(shù)據(jù)采集、暴露模型、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段等諸多不確定性。

1.4.4 WOE。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)關(guān)注區(qū)域問題,因此,最具有挑戰(zhàn)性的工作就是通過有限的觀測數(shù)據(jù)來研究對生態(tài)系統(tǒng)的影響。在這個(gè)過程中,證據(jù)權(quán)衡法或因子權(quán)重法 (weight-of-evidence,WOE)被廣泛運(yùn)用。Burton[47]系統(tǒng)總結(jié)了各種 WOE方法,分析了不同方法各自的優(yōu)勢、劣勢和不確定性。他將 WOE方法總結(jié)為定性分析、專家排序法、民意排序法、半定量排序法、沉積特性三合一指標(biāo)法(sediment quality triad)、綜合 WOE、定量概率法、矩陣分析法等 8類,并從方法的魯棒性(robustness)、易用性、敏感性、適用性、透明性 5個(gè)方面對這些方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析和比較。他認(rèn)為,WOE需要朝更定量化、透明化、多方參與化(廣泛的包括各種專家和利益相關(guān)者)方面發(fā)展。

1.4.5 生態(tài)模型。生態(tài)學(xué)家和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估者已意識(shí)到傳統(tǒng)的基于劑量法的“個(gè)體暴露模型”限制了在種群、生態(tài)系統(tǒng)和景觀層次的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,而這些和環(huán)境管理最為相關(guān)。將建立在種群、生態(tài)系統(tǒng)、景觀層次的生態(tài)模型運(yùn)用到生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中已成為趨勢。Pastorok[48]詳細(xì)總結(jié)了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中使用的生態(tài)模型及其使用階段,并將這些生態(tài)模型分為三大類、若干亞類和小類：(1)種群模型,包括標(biāo)量豐度、生活史、個(gè)體模型、集合種群 4個(gè)小類。(2)生態(tài)系統(tǒng)模型,包括食物網(wǎng)模型、水域生態(tài)系統(tǒng)模型、陸地生態(tài)系統(tǒng)模型。(3)景觀模型,包括水域景觀和陸地景觀模型。此外,他還結(jié)合各類模型的具體使用案例,詳細(xì)分析了每類模型所使用的參數(shù)特性。他認(rèn)為,當(dāng)前種群生態(tài)模型和生態(tài)系統(tǒng)模型發(fā)展已比較成熟,但景觀層次模型還需進(jìn)一步發(fā)展。

1.4.6 GIS/RS技術(shù)。研究者們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中,風(fēng)險(xiǎn)源/壓力因子和風(fēng)險(xiǎn)受體都存在著顯著的空間異質(zhì)性。具有強(qiáng)大的空間關(guān)聯(lián)和分析能力的地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)已越來越廣泛地運(yùn)用到區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中。近年來的一個(gè)運(yùn)用趨勢是：將 GIS技術(shù)和其他生態(tài)模型、改進(jìn)算法相結(jié)合,在一定的時(shí)空尺度上進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。例如,Kooistr等[21]在研究荷蘭 Rhine河生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)注意到,沿河兩岸的土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性導(dǎo)致了不同的金屬沉積情況,從而帶來不同的暴露狀況,并通過食物鏈影響物種。他成功地利用 GIS技術(shù)將土壤空間分異引入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中來,基于金屬沉積采樣數(shù)據(jù),結(jié)合動(dòng)物覓食行為模型和典型食物鏈進(jìn)行區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Ganines[49]在研究 Savannah河生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí),則綜合運(yùn)用了 GIS和 RS技術(shù)。他從該區(qū)域 70種脊椎動(dòng)物中挑選出 6種符合條件的物種作為風(fēng)險(xiǎn)受體,從景觀生態(tài)學(xué)和動(dòng)物行為科學(xué)角度,以演繹-誘導(dǎo)法建立了物種空間分布概率模型。以改進(jìn)的暴露模型計(jì)算了化學(xué)和核輻射污染所帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

1.4.7 專門計(jì)算機(jī)軟件。一些學(xué)者認(rèn)為,區(qū)域的差異導(dǎo)致了大量評(píng)估模型的出現(xiàn),其結(jié)果是模型不斷地建立、運(yùn)用、出版、繼而被遺忘,應(yīng)該綜合這些模型開發(fā)一些軟件,以提高評(píng)估效率[50]。Lu等在確定了大量參考模型,如 CALTOX,CHEMS-1,Ecosys4等,在 EPA的框架下,發(fā)展了一套計(jì)算機(jī)模擬工具,并成功運(yùn)用到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中去。Zhao[51]還對已開發(fā)的 2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件,ToxTools(Version 1,Cytel Software Corporation)和Benchmark Dose Software(Version 3.1,U.S.EPA)的使用進(jìn)行了詳細(xì)比較。

2 討論和展望

2.1 討論

從前述分析中,可以得出如下基本結(jié)論：(1)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)正不斷擴(kuò)展研究尺度,已從早期的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)走向面向生態(tài)系統(tǒng)、面向區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。這種從單一走向綜合的趨勢,充分反映了人類對自身生命支持系統(tǒng)的關(guān)注和環(huán)境管理的現(xiàn)實(shí)需求。(2)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已在全球不同的地域展開,形成了許多評(píng)價(jià)流程和方法,這些方法的共同特點(diǎn)在于有明確的評(píng)價(jià)目標(biāo)、清晰的操作步驟、合理的風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)方法,并強(qiáng)調(diào)為現(xiàn)實(shí)環(huán)境管理服務(wù)。(3)評(píng)價(jià)的方法在不斷改進(jìn),地理信息系統(tǒng)、遙感、各種模型、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)開始廣泛地應(yīng)用。

關(guān)于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有幾點(diǎn)值得關(guān)注和討論。(1)對風(fēng)險(xiǎn)源的認(rèn)識(shí)。國外特別強(qiáng)調(diào)由人引起的風(fēng)險(xiǎn)(humaninduced or anthropogenic),他們認(rèn)為只有探討由人類活動(dòng)引起的風(fēng)險(xiǎn),才便于在評(píng)價(jià)工作結(jié)束后,在實(shí)際操作工作中加以相應(yīng)的調(diào)控和決策。有的學(xué)者認(rèn)為,一些重大自然災(zāi)害也會(huì)對生態(tài)系統(tǒng)帶來風(fēng)險(xiǎn),也應(yīng)當(dāng)考慮,但目前這種觀點(diǎn)尚未在國際上形成主流。在某種程度上,由自然因素引起的風(fēng)險(xiǎn)不確定性更強(qiáng),很難人為調(diào)控和決策,只能進(jìn)行適應(yīng)性探討。因此,在合理確定風(fēng)險(xiǎn)源這個(gè)問題上還值得進(jìn)一步探討。(2)不確定性分析。這是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的最大特點(diǎn),體現(xiàn)在評(píng)價(jià)工作前后等諸多環(huán)節(jié)中。如對區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)源選擇的不確定性,發(fā)生概率的不確定性,“壓力-受體”相互作用的不確定性,將個(gè)體水平的風(fēng)險(xiǎn)推移到種群、景觀、生態(tài)系統(tǒng)中的不確定性等。對不確定性的深入探討將始終貫穿于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估之中。(3)研究哲學(xué)基礎(chǔ)。Chapman認(rèn)為以“維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀”為哲學(xué)基礎(chǔ)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是不現(xiàn)實(shí)的,生態(tài)系統(tǒng)不可避免地發(fā)生變化,評(píng)價(jià)的哲學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)該是平衡人和生態(tài)系統(tǒng)的共同需要,最終以“人作為度量”[52]。在這個(gè)意義上,建立立足于人類福祉的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值得進(jìn)一步關(guān)注。

2.2 研究展望

盡管許多利益相關(guān)人士和機(jī)構(gòu)對生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做出批評(píng),但這恰恰反映了人們對改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的期待[53],Landis提出,等級(jí)斑塊動(dòng)態(tài)范式(hierarchical patch dynamic paradigm,HPDP)能在擴(kuò)展尺度中起到重要作用,并指出了未來 3個(gè)研究領(lǐng)域,即有效確定區(qū)域系統(tǒng)的因果關(guān)系、發(fā)展相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方法、有效溝通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果以加強(qiáng)決策過程[54]。W ickwire在此基礎(chǔ)上還強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性分析[55]。我們認(rèn)為,當(dāng)前區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究可在下述方面進(jìn)一步努力。(1)嘗試通過 HPDP框架,建構(gòu)具體的操作評(píng)估方法,以解決區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的核心和關(guān)鍵問題。即哪些問題能構(gòu)成區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)?它們該如何表達(dá)?具有時(shí)空分異特性的不同風(fēng)險(xiǎn)壓力源和受體之間如何相互作用并對區(qū)域綜合產(chǎn)生影響?(2)加強(qiáng)對不確定性分析的探討。當(dāng)前,一些與不確定性相關(guān)的方法,如蒙特卡羅法、貝葉斯方程、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等已在區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中加以應(yīng)用,可進(jìn)一步加強(qiáng)和嘗試其他相關(guān)方法。(3)加強(qiáng) GIS的綜合運(yùn)用。具有空間分析和表達(dá)能力的 GIS技術(shù)已在區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中展示其強(qiáng)大功能,需進(jìn)一步加強(qiáng)其綜合運(yùn)用。一方面,要注意與其他方法、技術(shù)的結(jié)合,如遙感、相關(guān)生態(tài)模型等,另一方面,可加強(qiáng)時(shí)間尺度的分析,從而真正地從時(shí)空尺度綜合分析區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。(4)區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。世界衛(wèi)生組織、國際化學(xué)品安全項(xiàng)目與美國國家環(huán)保局等機(jī)構(gòu)已啟動(dòng)區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目[56]。他們在一個(gè)評(píng)估中綜合了對人、生物區(qū)系、自然資源生態(tài)評(píng)估的過程。復(fù)雜世界呼喚綜合分析,區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)成為未來的發(fā)展方向。

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